Термоанемометр (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК G01P5/10 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения скорости пото ка жидкости или газа, в частности для измерения скорости воздушного потока в отсеках бортового оборудования летательных аппаратов и при аэродинамических исследованиях Известен термоанемометр, содержащий дифференциальную термопару с измерительным и температурным ком пенсационным спаями, компенсатор н правления потока шарообразной формы выполненный в виде меридианных витков одного из электродов дифференциальной термопары lj . Недостатком данного термоанемометра является значительная погрешность измерения скорости потока изнеидентичности условий теплообмена витков компенсатора и измерительног спая при изменении направления потока вследствие того, что в вершина меридианных витков создается зона повьш енного нагрева, а .измерительный спай находится вне компенсатора, кроме того, при направлениях потока со стороны нижней полусферы компенсатора измерительньш спай дополнительно нагревается тепловым следом компенсатора. Наиболее близким к изобретению является термоанемометр, содержащий дифференциальную термопару с измерительным и компенсационным спаями нагреватель и компенсатор направле ния потока сферической формы. Дифференциальная термопара вьтолнена в виде двух сфер из одного металла в центре которьк расположены спаи термопар. Внутри одной из сфер, являющейся компенсатором направления потока, помещен нагреватель в виде спирали, намотанной на сердечник. Сферы подвешены на С-образ ной державке Г21. Недостатком известного устройства является значительная погрешность измерения, возникающая при изменении направления потока, из-з области повышенной чувствительност направлению потока вследствие взаи ного затенения сфер и С-образной державкой. Целью изобретения является повы шение точности измерения скорости потока путем увеличения степени нечувствительности к направлению потока и повьш1ение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в термоанемометре, содержащем дифференциальную термопару с измерительным и компенсационным спаями, нагреватель и компенсатор направления потока сферической формы, измерительный спай дифференциальной термопары выполнен в виде равномерно нанесенных на наружной поверхности сферы кольцевых полос, при этом сфера и кольцевые полосы выполнены из разнородных термоэлектродных материалов, а нагреватель выполнен в виде спирали, витки которой равномерно рассредоточены по внутренней поверхности сферы. По второму варианту измерительный спай дифференциальной термопары вьшолнен Р виде стыка двух полусфер 1из разнородных термоэлектродньпс материалов, а нагреватель вЬшолнен в виде спирали, витки которой рассредоточены по внутренней поверхности сферы. Вьтолнение измерительного спая в виде сферы из одного металла с нанесенными на нее кольцевыми полосами из другого металла и конструктивное совмещение измерительного спая и компенсатора направления потока позволило получить сигнал,пропорциональный осредненному значению температуры поверхности сферы при обтекании ее потоком. Причем при разных направлениях потока все кольцевые спаи находятся в разных температурных зонах и генерируют каждый ТЭДС,пропорциональную среднему значению температуры части поверхности сферы вдоль кольцевого спая, а суммарная ТЭДС, генерируемая измерительным спаем, пропорциональна среднему значентда температуры поверхности сферы, а значит,и измерительного спая. Таким образом, измерительньй спай генерирует сигнал, пропорциональный скорости потока, независимо от его направления, что повышает точность измерения. Выполнение нагревателя в виде сферической спирали, примьпсанйдей вплотную к внутренней поверхности сферы, являкицейся измерительным спаем и компенсатором направления потока, позволило создать равномерный нагрер сферы, уменьшить массу измерительного спая при прочих равных с изве.стным устройством размерах и, следовательно, уменьшить инерционность Термоанемометр по второму варианту отличается тем, что измерительный спай дифференциальной термопары образован по линии соединения двух полусфер из разнородных термоэлектронных материалов, образующих сферу являющуюся компенсатором направления потока. В этом случае температура поверхности сферы воспринимается единичным кольцевым спаем. При этом быстродействие у термоанемометра по второму варианту выше, чем у термоанемометра по первому вариан ту, так как масса измерительного спая в термоанемометре по второму варианту меньше, чем в термоанемомет ре по первому варианту. Преимущест- во термоанемометра по первому вариан ту перед термоанемрметром по второму варианту состоит в более полном оср нении температуры поверхности измерительного спая, что расширяет диапазон нечувствительности к направле нию потока. Вьшолнение измерительно го спая в термоанемометре по втором варианту в виде кольцевого спая поз воляет получить большее осреднение температуры, чем в известном устройстве, где спай сосредоточенный. Достоинство термоанемометра по второму варианту состоит в упрощени технологии изготовления из-за исключения операции нанесения кольцевых полос. На фиг. 1 представлена схематично конструкция термоанемометраi на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. t. Термоанемометр согласно первому варианту содержит измерительный спай дифференциальной термопары 1, . температурный компенсационный спай 2 нагреватель 3, регистрирукщий при бор 4, стабилизированный источник 5 питания и несущий стержень 6. К несущему стержню 6 прикреплены измерительный спай дифференциальной термопары 1 и температурный компенса ционный спай 2. Внутри измерительного спая 1 вплотную к его поверхности расположен нагреватель 3 в виде сферической спирали. Сфера компенсатора направления потока изготовлена из константана. На нее гальваническим способом (по трафарету) с равномерными промежутками нанесены две полосы из меди, при этом первый слой меди нанесен на часть сферы, противоположную области крепления к несущему стержню, другой г- параллельно предьщущему, так что образуются три кольцевых спая, образующих совместно со сферой измерительный спай дифференциальной термопары. Вьгаоды измерительного спая располагаются в диаметрально проти- . воположных точках сферы на оси, совпадающей с осью несущего стержня. Сферическая спираль нагревателя выполнена из манганиновой проволоки. Термоанемометр по первому варианту работает следующим образом. От стабилизированного источника 5 питания при помощи нагревателя 3 осуществляется нагрев измерительного спая 1. Температурный компенсационньм спай 2 принимает температуру потока и осуществляет температурную компенсацию.-При обтекании потоком измерительного спая 1 на его поверхности образуется неравномерное поле температур, причем изотермы расположены перпендикулярно направлению потока. При разных направлениях потока кольцевые спаи находятся в разных температурных зонах и генерирует каждый ТЭДС, соответствующую среднему значению температуры части поверхности сферы вдоль кольцевого спая. Степень осреднения температуры всей поверхности сферы, а значит.и изме-. рительного спая вдоль направления потока зависит от числа кольцевых спаев. Таким образом, генерируемая ТЭДС соответствует некоторому среднему значению температзфы поверхности сферы независимо от направления потока, а регистрируюпшй прибор 4 регистрирует сигнал,пропорциональный разности средней температуры измерительного спая (сферы) и температуры компенсационного спая и соответственно величине модуля вектора скорости потока. Работа термоанемометра по второму варианту аналогична описанной. Выполнение термоанемометра измерительного спая по линии соединения двух полусфер и в виде сферы с нанесенными полосами металла, являющейся компенсатором направления потока, а нагревателя в виде сферической спирали, примыкающей к внутренней поверхности сферы, пэз

1. Термоанемометр, содержащий дифференциальную термопару с измерительным и компенсационным спаями нагреватель и компенсатор направления потока сферической формы, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности путем увеличения степени нечувствительности к направлению потока и повышения быстродействия, измерительны спай дифференциальной термопары выполнен в виде равномерно нанесен ВСЕСОКОЗЙАЯ 13 13 ть::г -хя;; БИБЛЙОТеКА ных на наружной поверхности сфер кольцевых полос, при этом сфера и кольцевые полосы вьтолнены из разнородных термоэлектродных материалов, а нагреватель выполнен в виде спирали, витки которой равномерно рассредоточены по внутренней поверхности сферы. 2. Термоанемометр, содержащий дифференциальную термопару с измерительным и компенсационным спаями, нагреватель и компенсатор направления потока сферической формы, отличающийся тем, что, с целью повьтения точности путем увеличения степени нечувствительности к направлению потока и повышения быстродействия, измерительный спай дифференциальной термопары вьтолнен в виде стыка двух полусфер из разнородных термоэлектродных . материалов, а нагреватель выполнен виде спирали, витки которой равно- i мерно рассредоточены по внутренней ; поверхности сферы.