ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1994 года по МПК G01P5/12 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потоков жидких и газообразных веществ термоанемометрическими методами.

Известен термоанемометр, содержащий измерительный преобразователь скорости и термокомпенсационный преобразователь, включенные в мостовую схему, источник стабилизированного напряжения, термокомпенсационную цепь и регистратор [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является термоанемометр следящего уравновешивания. содержащий измеритель температуры среды, термочувствительную цепь для измерения скорости потока, задатчик перегрева, стабилизированный источник питания, сумматор, масштабный усилитель, логический блок и регистратор скорости потока [2].

Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность, точность и незначительный диапазон измеряемых скоростей.

Цель изобретения - повышение чувствительности, точности и расширение диапазона измеряемых скоростей потока.

Цель достигается за счет того, что в термоанемометрическое устройство, содержащее термочувствительные цепи для измерения температуры и скорости потока, задатчик перегрева, выход которого соединен с первым входом сумматора, источник стабилизированного напряжения, масштабный усилитель и регистратор мощности, введены блоки перемножения, деления и логарифмирования, второй сумматор, усилитель, источник питания подогревателя, усилитель мощности и подогреватель, при этом термочувствительная цепь для измерения скорости потока выполнена в виде двух идентичных полупроводниковых терморезисторов, один из которых, снабженный подогревателем, включен в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя, вход которого через другой полупроводниковый терморезистор подключен к источнику стабилизированного напряжения, а выход через блок логарифмирования - к первому входу второго сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные масштабирующий усилитель, блок деления, блок перемножения, первый сумматор соединен с выходом термочувствительной цепи для измерения температуры, причем выход второго сумматора через усилитель подключен к управляющему входу регулятора мощности, выход которого через регистратор, проградуированный в единицах скорости, соединен с подогревателем, а вход - с источником питания подогревателя, при этом вход первого сумматора соединен с вторым входом блока перемножения.

На фиг.1 представлена блок-схема термоанемометрического устройства; на фиг.2 - его функциональная схема.

Термоанемометрическое устройство содержит термочувствительную цепь 1 для измерения температуры среды, задатчик 2 перегрева, первый сумматор 3, блок 4 перемножения, блок 5 деления, масштабирующий усилитель 6, термочувствительную цепь 7 для измерения скорости потока, блок 8 логарифмирования, второй сумматор 9, усилитель 10, источник 11 питания подогревателя, регулятор 12 мощности, поступающей в подогреватель, регистратор 13, отградуированный в единицах скорости потока, подогреватель 14, источник 15 стабилизированного напряжения, полупроводниковый терморезистор 16 без подогрева, полупроводниковый терморезистор 17 с подогревом, операционный усилитель 18.

Устройство работает следующим образом.

По принципу действия его можно рассматривать как специальную замкнутую автоматическую систему поддержания заданного перегрева θ_o (см.фиг.2) с раздельной компенсацией внешних возмущений, а именно изменение температуры среды компенсируется в целях формирования задающего воздействия и обратной связи, а изменение скорости потока среды компенсируется регулированием температуры подогревателя Т_п.

Цепь формирования задающего воздействия (ЦФЗВ) состоит из блоков 1-6 включительно (фиг.1). Выходной сигнал блока 6 описывается как
U_зад(T_c,θ_o) =
(1)
Действительно, выходной сигнал блока 1, равный температуре среды Т_с, складывается в блоке 3 с заданным перегревом θ_o , который устанавливается задатчиком 2 перегрева. Полученная сумма (T_c+θ_o) умножается блоком 4 на Т_с, в результате чего получается сигнал, равный T_c˙(T_c+θ_o). Блок 5 формирует обратную величину, т.е. , масштабирующий усилитель 6 с коэффициентом передачи B˙θ_o формирует сигнал U_зад( T_c,θ_o).

Цепь обратной связи (ЦОС) включает в себя термочувствительную цепь 7 и блок 8 логарифмирования (фиг.1). Сигнал на выходе блока 8 описывается как
U_oc(T_c,θ) =
(2)
Функцию элемента сравнения (ЭС) полученных сигналов U_зад(T_c,θ_o) и U_ос(T_c,θ_o) выполняет сумматор 9. Его выходной сигнал
U_Σ= =
(3) где Δθ=θ_o-θ, по величине пропорционален отклонению действительного перегрева θ от заданного значения θ_o , а по знаку определяется направлением этого отклонения.

В остальном устройство работает как обычная система регулирования: сигнал рассогласовывания U_ε усиливается по величине (блок 10), усиливается по мощности (блоки 11,12) и воздействует на объект регулирования (подогреватель 14), изменяя его состояние (температуру Т_п) таким образом, чтобы сигнал рассогласования U_ε уменьшался до нулевого (или достаточно малого) значения. При этом регистратор 13, отградуированный в единицах скорости потока, показывает величину скорости потока среды.

Регулятор, приведенный на фиг.1, включает в себя блоки 10,12 и реализует принцип пропорционального регулирования (П - регулятор). Для повышения точности регулирования могут быть использованы другие известные типы регуляторов, например И, ИП, ДИП - регуляторы.

Сущность изобретения: устройство содержит термочувствительную цепь для измерения температуры потока, задатчик перегрева, два сумматора, блок перемножения, блок деления, масштабирующий усилитель, термочувствительную цепь для измерения скорости потока, блок логарифмирования, усилитель, источник питания подогревателя, регулятор мощности, регистратор, подогреватель, источник стабилизированного напряжения, два полупроводниковых терморезистора, операционный усилитель. 2 ил.

ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее термочувствительные цепи для измерения температуры и скорости потока, задатчик перегрева, выход которого соединен с первым входом сумматора, источник стабилизированного напряжения, масштабирующий усилитель и регистратор скорости потока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, чувствительности и расширения диапазона измерения скорости потока, в него введены блоки перемножения, деления и логарифмирования, второй сумматор, усилитель, источник питания подогревателя, регулятор мощности и подогреватель, при этом термочувствительная цепь для измерения скорости потока выполнена в виде двух идентичных полупроводниковых терморезисторов, один из которых, снабженный подогревателем, включен в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя, вход которого через другой полупроводниковый терморезистор подключен к источнику стабилизированного напряжения, а выход через блок логарифмирования - к первому входу второго сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные масштабирующий усилитель, блок деления, блок перемножения, первый сумматор соединен с выходом термочувствительной цепи для измерения температуры, причем выход второго сумматора через усилитель подключен к управляющему входу регулятора мощности, выход которого через регистратор, проградуированный в единицах скорости, соединен с подогревателем, а вход - с источником питания подогревателя, при этом вход первого сумматора соединен с вторым входом блока перемножения.