СПОСОБ ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ Российский патент 2002 года по МПК G01N25/00 

Техническое решение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении скорости движения газовой или жидкой среды, ее состава, плотности, а также состава и плотности твердых теплопроводных сред.

Известен способ термоанемометрических измерений путем изменения условий теплообмена терморезистора и регистрации установившегося значения его электрического сопротивления. Недостатком данного способа являются большие температурные погрешности при измерении характеристик движущихся газовых или жидких сред [1].

Известен способ термоанемометрических измерений путем разогрева терморезистора до характеристической температуры за счет тока разогрева, отключения тока разогрева и регистрации времени остывания терморезистора до температуры окружающей среды. Недостатком данного способа является необходимость ожидания времени окончания переходного процесса остывания терморезистора от характеристического значения температуры до температуры окружающей среды, что обуславливает большую инерционность при измерениях [2].

В качестве прототипа выбран способ термоанемометрических измерений путем коммутации энергетического состояния терморезистора при его нагреве и остывании до фиксированных температур и регистрации длительности импульса изменения энергетического состояния терморезистора [3].

Недостатком данного способа является изменение инерционных свойств измерительной системы в процессе измерений. Время измерений (инерционность при измерениях) определяется длительностью импульса изменения температуры терморезистора между фиксированными температурными уровнями его нагрева. Длительность импульса однозначно связана с характеристиками, например скоростью движения контролируемой газовой или жидкой среды. Значение длительности импульса определяет как быстро фиксируются параметры характеристик потоков, а следовательно, и динамические свойства измерительной системы. Время измерения параметра контролируемой среды равно длительности импульса.

Однако в процессе измерений длительность импульса изменения температуры терморезистора меняется в соответствии с значением скорости движения газовой или жидкой среды и однозначно связана с скоростью движения среды. Следовательно, инерционность измерений (динамические свойства измерительной системы) меняется в процессе измерений, что затрудняет коррекцию динамических погрешностей при создании систем управления параметров газовых и жидких потоков.

Целью изобретения является стабилизация динамических характеристик при термоанемометрических измерениях.

Данная цель достигается за счет того, что в способе термоанемометрических измерений путем коммутации энергетического состояния терморезистора при его нагреве и остывании до фиксированных температур и регистрации временных интервалов изменения энергетического состояния терморезистора между моментами коммутации изменяют фиксированную температуру коммутации энергетического состояния терморезистора, выдерживают постоянной длительность импульса изменения энергетического состояния терморезистора и регистрируют время изменения энергетического состояния терморезистора между соседними моментами коммутации.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства, реализующего предложенный способ термоанемометрических измерений; на фиг.2 - диаграмма изменения электрического сопротивления терморезистора.

Терморезистор 1 соединен с источником питания 2 через ключ 3. Выход преобразователя 4 сигнала с терморезистора соединен с входом звена 5 изменения уровня коммутации энергетического состояния терморезистора.

Работа устройства, реализующего предложенный способ термоанемометрических измерений, осуществляется следующим образом.

При подключении терморезистора 1 к источнику питания 2 через ключ 3 через терморезистор начинает протекать электрический ток I, разогревая его до температуры, которой соответствует электрическое сопротивление R₁ терморезистора. При достижении значения электрического сопротивления R₁ ключ 3 отключает источник питания 2 и электрический ток I через терморезистор прекращается. Терморезистор начинает остывать, изменяя свое электрическое сопротивление R со значения R₁ до R₂. При значении электрического сопротивления R₂ по сигналу с терморезистора ключ 3 снова подключает источник питания 2 и через терморезистор 1 снова начинает протекать электрический ток I, разогревая терморезистор до температуры R₁, при котором цикл отключения источника питания 2 от терморезистора повторяется.

Преобразователь 4 сигнала U₁ с терморезистора осуществляет преобразование изменения длительности импульса изменения данного сигнала U₁=IR, при I - const,
в сигнал на входе звена 5 изменения уровня R₁ коммутации электрического тока I. Сигнал на выходе звена 5 изменяет, при изменении длительности to импульса изменения электрического сопротивления R уровень коммутации R₁ на ΔR₁ так, чтобы выполнялось условие t₀=const.

Длительность t₁ составляющей импульса несет информацию о значении контролируемой характеристики (скорости движения) среды, т.к. скорость нагрева (изменение электрического сопротивления) терморезистора, а следовательно, и время изменения электрического сопротивления R терморезистора между уровнями R₂ и R₁ определяется условиями теплообмена терморезистора с окружающей средой.

Таким образом, при предложенном способе термоанемометрических измерений время измерения значений контролируемых параметров стабилизировано и равно t₀=const, т.е. измерительные системы, реализующие предложенный способ, будут обладать стабильными инерционными свойствами (динамическими характеристиками). Контролируемые характеристики потоков однозначно связаны длительностью изменения электрического сопротивления R от значения R₂ до R₁, которая составляет t₁.

Следует иметь в виду, что о значении контролируемых характеристик потоков можно судить и по длительности t₀-t₁ другой составляющей длительности импульса t₀.

Таким образом организация изменения одного из уровней коммутации в соответствии с изменением длительности импульса изменения энергетического состояния терморезистора позволила стабилизировать значение длительности импульса в течение всего процесса измерения, а следовательно, и динамические свойства измерительных систем, реализующих предложенный способ термоанемометрических измерений.

Техническая реализация способа требует применения известных технических средств и технологий реализации отдельных операций.

Ориентировочные сроки внедрения способа термоанемометрических измерений в производство 2-3 месяца.

Имеются аналитические и экспериментальные результаты, позволяющие обоснованно выбирать параметры и режимы работы технических устройств, реализующих предложенный способ.

Источники информации
1. Попов В.С. Металлические подогревные сопротивления в электроизмерительной технике и автоматике. М.-Л., Наука, 1964, с.13.

2. Авторское свидетельство 637676, СССР, МКИ G 01 P 5/12, Б.И. 46, 1978.

3. Авторское свидетельство 817567, СССР, МКИ G 01 N 25/72, Б.И. 12, 1981. - прототип.

Изобретение относится к измерительной технике. В способе термоанемометрических измерений путем коммутации энергетического состояния терморезистора при его нагреве и остывании до фиксированных температур и регистрации временных интервалов изменения энергетического состояния терморезистора между моментами коммутации изменяют фиксированную температуру коммутации энергетического состояния терморезистора, выдерживают постоянной длительность импульса изменения энергетического состояния терморезистора и регистрируют время изменения энергетического состояния терморезистора между соседними моментами коммутации. Технический результат - стабилизация инерционных свойств процесса измерения. 2 ил.

Способ термоанемометрических измерений путем коммутации энергетического состояния терморезистора при его нагреве и остывании до фиксированных температур и регистрации временных интервалов изменения энергетического состояния терморезистора между моментами коммутации, отличающийся тем, что изменяют фиксированную температуру коммутации энергетического состояния терморезистора, выдерживают постоянной длительность импульса изменения энергетического состояния терморезистора и регистрируют время изменения энергетического состояния терморезистора между соседними моментами коммутации.