ТЕРМОАНЕМОМЕТР ПОСТОЯННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ Российский патент 1999 года по МПК G01P5/12 

Изобретение относится к области измерений скоростей потоков газа или жидкости, в частности к термоанемометрам постоянной температуры.

Известны термоанемометры постоянной температуры, содержащие мост с включенным в одно из его плеч чувствительным элементом, усилитель, вход которого подключен к измерительной диагонали моста, выход - к диагонали питания моста (см., например, \1\). Недостатками подобных термоанемометров являются: наличие синфазного напряжения в измерительной диагонали моста, приводящего к перегрузке и самовозбуждению усилителя при больших коэффициентах передачи из-за возникновения положительной обратной связи \2\, что ограничивает быстродействие и сужает диапазон измеряемых скоростей, низкая помехозащищенность из-за невозможности одновременного "заземления" источника питания моста и одного из полюсов измерительной диагонали. Эти помехи зачастую обусловлены "емкостными" токами силового трансформатора источника питания устройства.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков. Эта цель достигается введением в известную схему термоанемометра постоянной температуры второго, инвертирующего, усилителя и модификацией моста таким образом, что к выходу первого усилителя подключена цепочка, состоящая из двух последовательно соединенных сопротивлений, одно из которых является чувствительным элементом, другое - постоянным сопротивлением, другой конец цепочки подсоединен к общей точке источников питания, к которой подсоединены также неинвертирующие входы усилителей, к точке соединения сопротивлений первой цепочки подсоединена вторая цепочка, состоящая из двух последовательно соединенных постоянных сопротивлений, другой конец которой соединен с выходом второго усилителя, вход которого подключен к выходу первого усилителя, а инвертирующий вход первого усилителя подключен к точке соединения постоянных сопротивлений второй цепочки.

Устройство термоанемометра постоянной температуры поясняется чертежом фиг. 1. Оно содержит сопротивления 1, 2, 3, 4 и усилители 5, 6. Пусть чувствительным элементом является сопротивление 2 с положительным температурным коэффициентом сопротивления (например, платиновая проволока), а инвертирующий усилитель 6 имеет коэффициент усиления, равный "K". Устройство работает следующим образом. Выходной ток усилителя 5 протекает через сопротивления 1, 2, вызывает разогрев чувствительного элемента 2 и, как следствие, увеличение его сопротивления. Сопротивление 1, а также 3, 4 при этом остаются постоянными. Усилитель 6 инвертирует выходное напряжение усилителя 5 и усиливает его с коэффициентом "K". На входе усилителя 5 присутствует разностный сигнал, который при увеличении сопротивления 2 стремится к "нулю". В результате, выходной ток усилителя 5 уменьшается, разогрев сопротивления 2 прекращается и устанавливается баланс моста. Можно показать, что условием баланса является равенство: KR1R3= R2(R4-KR3-KR1), где: K - коэффициент передачи инвертирующего усилителя. При K=1, выражение принимает вид: R1R3=R2(R4-R3-R1).

Испытания следящей системы термоанемометра постоянной температуры показали, что благодаря отсутствию на входе усилителя синфазного напряжения термоанемометр сохраняет устойчивость в более широком диапазоне амплитуд и частот возмущающих воздействий на чувствительный элемент, чем в известных устройствах. Так, полоса пропускания испытанного макета устройства, составила более 10 кГц.

В предложенном устройстве могут использоваться чувствительные элементы и с отрицательным температурным коэффициентом. В этом случае чувствительный элемент включается в цепь вместо сопротивления R1.

Термоанемоментр может работать также на переменном токе и при импульсной форме напряжения без принципиальных изменений в структурной схеме, для чего необходимо лишь ввести в схему задатчик напряжения соответствующей формы.

Литература
1. Маякин В.П., Донченко Э.Г. "Электронные системы для автоматического измерения характеристик потоков жидкостей и газов", изд. Энергия, М, 1970 г.

2. Janssen J.M.L. and EnsingL., Proc.I.R.E., v. 47, N 4, 1959, p. 555.

Изобретение относится к устройствам измерения скорости потоков газа или жидкости и может найти применение в измерительной технике и приборостроении. Устройство содержит сопротивления (1,2,3,4), одно из которых является чувствительным элементом, и усилители (5,6). Следящая система поддерживает постоянство сопротивления (а следовательно, и температуры) чувствительного элемента и сохраняет устойчивость в широком диапазоне возмущающих воздействий. Чувствительный элемент может иметь как положительный, так и отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Технический результат: изобретение позволяет увеличить диапазон измеряемых скоростей потоков за счет повышения устойчивости следящей системы термоанемометра в более широкой полосе пропускаемых частот, а также повысить помехозащищенность. 1 ил.

Термоанемометр постоянной температуры, содержащий первую цепочку, состоящую из двух последовательно соединенных сопротивлений R1, R2, одно из которых является чувствительным элементом, вторую цепочку, состоящую из двух последовательно соединенных сопротивлений R3, R4, и первый усилитель, отличающийся тем, что в него введен второй, инвертирующий, усилитель, причем к выходу первого усилителя подключена первая цепочка, другой конец цепочки соединен с общей точкой питания, к которой также подсоединены неинвертирующие входы усилителей, к точке соединения сопротивлений первой цепочки подсоединена вторая цепочка, другой конец которой соединен с выходом второго усилителя, вход которого подключен к выходу первого усилителя, инвертирующий вход первого усилителя подключен к точке соединения сопротивлений второй цепочки, причем условие баланса описывается выражением
KR1R3 = R2(R4 - KR3 - KR1),
где K - коэффициент передачи второго инвертирующего усилителя.