Способ измерения скорости и температуры потока жидкости или газа Советский патент 1985 года по МПК G01P5/12 

11 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости и температуры потока жидкости или газа. Известен способ одновременного измерения скорости и температуры потока жидкости или газа при помощи двух чувствительных злементов, один из которых чувствителен к скорости и температуре, а другой тольк к температуре D. При повышении требований к пространственному разрешение измерений этот способ становится непригодным вследствие возрастания ошибок, связанных с взаимным влиянием близко расположенных чувствительных злементов . Наиболее близким к изобретению является способ измерения скорости и температуры потока жидкости с помощью одного чувствительного элемента, помещенного в поток, основанный на нагревании и охлаждении чувствительного элемента расположенного в потоке. Во время отсутствия нагрева после того как температура чувствительного элемента достигает температуры окружающей среды, измеряется температура чувствительного элемента а следовательно, температура окружающей среды. В течение 1времени нагрева после установления теплового баланса по температуре чувствительного элемента, количеству тепла, подводимого к чувствительному элемен ту, и температуре судят о скорости потока среды ;2. Недостатком известного способа является то, что измерения скорости и температуры среды должны проводить ся после установления теплового равновесия между чувствительным элементом и средой. Вследствие тепловой инерции чувствительного элемента, на установление теплового равновесия уходит большая часть времени измерений. Цель изобретения - повышение быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения скорости и температуры потока жидкос ти или газа, основанному на нагревании и охлаждении чувствительного эле мента, расположенного в потоке, нагрев и охлаждение осуществляют в интервале температур, превьш1ающих пературу потока, задаваемом выраием(VT,) .) +tt i - время нагрева; j - время охлаждения; л - минимальная температура чувствительного элемента; j - максимальная температура чув ствительного злеьюнта; TO, - температура потока; m -г масса чувствительного элемента;с - удельная теплоемкость чувстйи. тельного элемента; d- - коэффициент теплоотдачи; Q - количество тепла, подводимого к чувствительному элементу а единицу времени; еряют время нагрева и охлаждения ствительного элемента, а значения рости V и температуры потока опреяют по формулам . mc(VT,) К и Kj - коэффициенты, определяемые с помощью градуи-. ровки. равнение (1) вытекает из решения емы уравнений, определяющих услотеплообмена при нагреве и охлажи чувствительного элемента, «( тс 1 « / JJ равнения (2) и (3) получез данной системы уравнений, но при условии, что.на интервал темпера тур и HHTeHCHBHocVb подвода тепла наложены ограничения: (T,-Tj.O,1f(T,-T) )(М а,) ,) где Те, П10(х максимальная температура потока; eirnin минимальная температура потока; г K,f m«.- К,; V. - максимальная скорость пот ка. Из соотношений (2) и (3) скорость и температура потока могут быть найдены с погрешностью менее 1%. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - графики зависимости нагр ва и охлаждения чувствительного элемента и его температуры от времени. Устройство содержит (фиг. 1) чув.ствительный элемент 1, установленный в мостовой схеме с резисторами 2 - 4 измеритель 5 разбаланса моста, выход которого подключен через электронный ключ 6 к источнику 7 тока, нагревающему чувствительный элемент 1. Имеет ся также источник 8 малого тока, нагревающий чувствительный элемент 1. У диагонали моста 1 - 4 подключен измеритель 9 длительности импульсов и пауз мезвду импульсами. Устройство работает следующим образом. При достижении заданного разбалан са моста, а следовательно, температуры чувствительного элемента Т2 (фиг. 2) на электронный ключ 6 с изм рителя 5 разбаланса моста подается команда на выключение нагревающего . напряжения от источинка 7 после чего мост 1 - 4 питается только от источника 8 малого тока, который не нагре вает чувствительный элемент. После достижения другого заданного значени разбаланса моста, а следовательно, температуры чувствительного элемента Т (фиг. 2) измеритель 5 разбалан са подает команду на электронный ключ 6 о включении нагревающего напряжения. Далее цикл повторяется. Время t и t определяется с помощью измерителя 9 длительности импульсов и пауз между ними. Примером осуществления предложенного способа может служить измерение скорости и температуры потока воздуха с помощью чувствительного элемента, представляющего собой вольфрамовую нить диаметром 5 мкм и длиной 1 мм. В рассматриваемом примере диапазон скоростей составлял 25 - 100 м/с, а диапазон температур 20 - . В соответствии с предложенным способом нить нагревалась электрическим током мощностью Q 0,1 Вт от температуры Т 210С до температуры Т 220с, после чего электропитание отключалось и нить остывала до первоначальной температуры и т.д. При этих условиях неравенства (6) и (7) удовлетворяются, поэтому скорость и температуру потока можно определять по формулам (2) и (3). По величине скорости, определяемой независимым способом, и измерениям времени нагрева t и остывания tj, строилась тарировочная зависимость (фиг. 2), из которой определялись коэффициенты К и К. Для данного примера были получены следующие величины: К 2,1 10 Вт/град ( Вт/град; pc 5,65-10 Дж/град; -() 1.77..1o 1/с Характерное время измерений в рассматриваемом случае составляет 20 МКС. В то же время при измерениях известным способом в сопоставимых условиях время измерения превышает 1 мс. Таким образом, время замера одной пары значений скорость - температура предлагаемым способом уменьшается по сравнению с временем замера известным способом более чем в 50 раз, что соответственно повышает временное рдзрешение способа, необходимое для изучения быстроизменяющнхся характеристик потоков.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И ТЕНПЕРАТУШ ПОТОКА ЖИДКОСТИ ИЛИ , основанный на нагревании и охлаждении чувствительного элемента расположенного в потоке, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, нагрев и охлаждение осуществляют в интервале температур, превышающих температуру потока, задаваемом выражением лт(т,.т„) «i(T,-TJ где . t - время нагрева; tj - время охлаждения; ,; Т., - минимальная температура чувствительного элемента; Т. - максимальная температура чувствительного элемента; т, температура потока; fi га - масса чувствительного элемента; с - удельная теплоемкость чувствительного элемента; d - коэффициент теплоотдачи; Q - количество тепла, подВодимого к чувствительному элементу в единицу времени, (Л измеряют время нагрева и охлаждения чувствительного элемента, а значения скорости и температуры потока определяют по формулам «. me N J-l, 1 V (VMj 2 pfiC me О) СП ф ф & 1 t() TO, T,00 i J (VTJ t1 t2 me где K и K, - коэффициенты, определяемые с помощью гра дуировки.