Термоанемометрическое устройство Советский патент 1986 года по МПК G01P5/12 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть .исполь зовано для измерения скорости и температуры газовых потоков.

Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения температуры и .скорости как периодических, так и непериодических потоков, имеющих пространственную температурную неравномерность с помощью одного датчика за счет автоматического отделения информации о скорости от информации о температуре.

.На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит из датчика 1, термометра 2 сопротивления, термоанемометра 3 постоянной температуры с электрически управляемым сопротивлением 4 и высо состабильным резистором 5, делителя 6 сигналов, дифференциального усилителя-сумматора 7, блока 8 компенсации, а также дополнительной цепи автоматической температурной самокомпенсации, состоящей из запоминаю1дих блоков 9 и 10, ключевой схемы 11 к управляющего ими коммутатора 12, причём ютючевая схема 1 1 с подключенным к.ней датчиком

1включена между входами термометра сопротивления 2 и термоанемометра 3, а запоминающие блоки 9 и 10 подключены к их выходам. Выход термометра

2сопротивления через запоминающий блок 9, блок 8 компенсации и первый вход дифференциального усилителясумматора 7 подключен к входу электрически управляемого сопротивления 4. Датчик 1 через ключевую схему 11

и высокостабильный резистор 5 подключены к входам делителя 6 сигналов, выход которого подключен к второму входу дисЬференциального усилителя-сумматора 7. С выхода запоминающего блока 9 снимается сигнал, пропорциональный температуре потока, а с выхода запоминающего блока 10 сигнал, пропорциональный скорости потока.

Устройство работает следующим об. разом.

Датчик 1. помещается в исследуемый поток и поочередно, в два такта, подключается ключевой схемой 11 к термометру 2 сопротивления и термоанемометру 3.

В первоначальный момент времени :(в первый такт) коммутатор 12 вьщает

такой импульс сигнала, которьй заставляет ключевую схему.11 подключить датчик 1 на вход термометра 2 сопротивления и одновременно открывает вход запоминающего блока 9, на которое начинает поступать напряжение с выхода термометра 2 сопротивления . Температурная составляющая потока, воздействуя на датчик 1,

вызьшает изменение его электрического сопротивления, которое термометром 2 сопротивления преобразуется в напряжение.

Датчик в режиме измерения температуры изменяет свое электрическое сопротивление по закону

Rj RO (1 +с6р- ut)

20 где R. - сопротивление датчика 1 в режиме измерения температуры в потоке; . RQ - сопротивление датчика 1 в

режиме измерения температуры при температуре О С (измеренное заранее); температурный коэффициент

сопротивления; температура потока, С.

Соответственно на выходе термометра 2 сопротивления и на выходе запоминающего блока 9, имеющего коэффициент передачи, равный единице, присутствуют напряжения U g, и UBWX.9 равные

выхг ивых9 0 , (oJp-ut +1),

где К, - коэффициент пропорциональ- , ности.

Блок 8 компенсахщй умножает посту, пающее ему на вход напряжение на коэффициент перегрева К пер датчика 1, когда он включен в режим измерения скорости, т,е. в измерительньй мост термоанемометра (тот коэффициент пе регрева, при котором производится предварительная градуировка по скорости датчика), для чего он включа; ется в изиерительньй мост, т.е. на вход термоанемометра.

Таким образом, на выходе блока 8 компенсации получается напряжение вых-е /равное:

, пер

.пер i

и

ВЫК.Ч К,- R W,Tpee. J К.,ц - то требуемое сопротив1т,ТрвБ ление датчика 1, которое он должен иметь при данной температуре потока ut в режиме измерения скорости, т.е. будучи включенным в измерительный мост и буду чи перегретым с коэффициентомотносительно потока. Итак, на выходе блока 8 компенса ции образуется напряжение К,- RW, треь пропорциональное том сопротивлению , которое долж иметь датчик 1 в режиме измерения скорости. Это напряжение посту пает на первьА вход дифференциального усилителя-Сумматора 7. Какое бы напряжение S первоначал ный момент времени (когда датчик 1 подключен к термометру 2 сопротивле поступало на второй вход диф ференциального усилителя-сумматора с выхода делителя сигналов 6 и како бы при этом напряжение не образовалось на выходе термоанемометра 3, на выходе запоминающего блока 10 в первоначальньй момент времени нулевое напряжение, так как запоминающий блок 10 работает в противофазе (попеременно) с запоминающим блоком 9, т.е. его вход в этот момент закрыт и оно помнит напряжение, которое бьшо на его выходе до первоначального момента, т.е. нулевое напряжение. В следующий момент времени (во второй такт) коммутатор 12 вьщает импульс сигнала, который заставляет ключевую схему 11 подключить датчик 1 на вход термоанемомет ра (т.е. включает датчик 1 в режим измерения скорости) и одновременно закрывает вход запоминающего блока 9. При этом на выходе запоминающего блока 9 остается запомненное ранее напряжение U gj,, g до подачи следующего открывающего вход импульса сигнала. Следовательно, и на первый вход дифференциального усилителя-сумматора 7 по-црежнему поступает напряжение

K. R

VS(

(Треь. На второй вход дифференциального усилителя-сумматора 7 поступает в этот момент времени с выхода делителя сигналов 6 напряжение Ug,j, g образовавшееся в результате деления напряжения, снимаемого с датчика 1 в режиме измерения скорости, на напряжение, снимаемое с высокостабипьного резистора 5 величиной 1 Ом, т.е. IlRjv,jifx(OM)i( URW, ист т/ -iL- -J 1И Ом напряжение, снимаемое с дат;чика 1 в режиме измерения скорости : (истинное напряжение на датчике); напряжение, снимаемое с высокостабильного резистора 5 величиной 1 Ом; . истинное сопротивление датчика 1 в режиме измерения скорости;ток, протекающий че- рез датчик 1 в режиме измерения скорости и через высокостабиль- ный резистор 5 (вследствие последовательного соединения датчика 1 и высокостабильного резистора 5, а также вследствие большого входного сопротивления делителя сигналов 6 ток, протекающий через датчик 1, равен току, протекающему через высок остабш1ьный резистор 5); коэффициент пропорциональности, равный коэффициенту К, . , на один из входов о усилителя-сумматоапряжение, равное другой - ,„, (так как К К,). ный усилитель-сумет эти два напряжения, усиливает их разность исуммирует с напряжением i yj rpeBТаким образом, напряжение Ug,j, ., на выходе дифференциального усилителя-сумматора 7 будет определяться формулой: бЫХ.7 V/1 И ,ТреБ X Kjjg + K:,( ) KUJ, + K, R w, где KVJC коэффициент усиления раз ностного сигнала диффере циальным усилителем-сумматором 7. Таким образом, на выходе диффере циального усилителя-сумматора 7 образуется усиленное напряжение, пропорциональное разности величин того сопротивления Ry fpgg , которое дол жен иметь датчик 1 в режиме измерения скорости при данной температуре ut и заданном коэффициенте перегрев Крд , и того сопротивления которое этот датчик при тех же усло виях имеет в действительности. Это :напряжение подается на вход электри чески управляемого сопротивления 4, которое при этом изменяет свое элек трическое сопротивление таким образом, чтобы истинное сопротивление датчика 1 в режиме измерения скорос ти RY(, щ. равнялось требуемому значению w, трек которое должно быть при данной температуре потока &t и данном коэффициенте перегрева К,р При этом при достаточно большом :Kyj, .происходит практически полная температурная самокомпенсация датчика 1. Фактически, как это известно из теории отрицательной обратной связи первоначальная (без обратной связи) разность между RV,, „ст w, треб, :т.е. первоначальная ошибка, с помощью обратной связи уменьшается в (1 + Кур) раз и при большом Кц сводится практически к нулю. На выходе термоанемометра 3 при этом образуется напряжение U,,. .„ , , цропорциональное только скорости. Это напряжение поступает на вход за поминающего блока 10 с коэффициентом передачи, равным единице, который во второй такт, т.е. в данньй момент времени, является открытым. Таким образом, на выходе запоминающего блока 10 образуется напряжение Uebix,,o кш которое при подаче следующего, закрывающего, импульса сигнала запоминается и остается до приходящего за закрывающим открывающего импульса сигнала. В последующие моменты времени датчик 1 снова подключается сначала к входу термометра 2 сопротивления, а затем - к входу термоанемометра 3, Запоминаюш 1е блоки 9 и 10, включаемые поочередно, опять запоминают соответственно сигнал, пропорциоиальный новой температуре, и сигнал, пропорционапьньй новой скорости. Таким образом, в предлагаемом устройстве происходит периодическая автоматическая температурная самокомпенсация датчика. При этом на выходе запоминающего блока 9 все время присутствует напряжение, пропорциональное только температуре, а на выходе запоминающего блока 10 - напря-жение, пропорциональное только скорости, что позволяет одновременно получать информацию и о температуре и о скорости исследуемого потока. Формула изобретения Термоанемометрическое устройство, Содержащее датчик, термоанемометр постоянной температуры с включенным в измерительный мост электрически управляемым сопротивлением и образцовым резистором, термометр сопротивления, а также цепь обратной связи, состоящую из последовательно подключенных к образцовому резистору делителя сигналов и дифференциального усилителя-сумматора, к второму входу которого подключен блок компенсации, а к выходу - управляемоесопротивление, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения скорости газового потока, в него дополнительно введена цепь автоматической температурной самокомпенсации, включающая, два запоминающих блока, ключевую схему и коммутатор, причем ключевая схема подключена своим входом к датчику, а выходами - к входам термометра сопротив712738138

ления и термоанемометра, первый за- анемометра постоянной температуры и поминающий блок включен между ВЬЕХО- выходом устройства, а выход коммутадом термометра сопротивления и вхо- тора подключен к управляющим входам дом блока компенсации, второй запогг ключевой и двух запоминающих

минающий блок - между выходом термо-j блоков.

Изобретение мож:ет использоваться ддя измерения скорости и температуры газового потоков. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения температуры и скорости как ; периодических, так и непериодических потоков, имеющих пространственную температурную неравномерность, с помощью одного датчика. На выходе уси лителя-сумматора 7 образуется усиленное напряжение, пропорциональное .разности величин сопротивления, которое должен иметь датчик 1 в режиме измерения скорости при определенной температуре и коэффициенте перегрева и сопротивления датчика при тех же условиях в действительности. Это напряжение подается на вход сопротивления 4, которое изменяет свое сопротивление так, чтобы истинное сопротивление датчика 1 в режиме i измерения равнялось требуемому. На W выходе термоанемометра 3 образуется напряжение, пропорциональное скорости, которое поступает на вход запоминающего блока 10, где присутствзет напряжение, пропорциональное скорости, а на выходе блока - пропорциональное температуре. 1 ил. ю &: 00 00