Термоанемометр Советский патент 1990 года по МПК G01P5/12 

1

12

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростей неизотермических газовых потоков. Целью изобретения является повышение точности за счет линеаризации выходной характеристики и повышения чувствительности. В исследуемом потоке располагают чувствительный элемент 1, выполненный в виде нитевидного кристалла GA AS_0,6 P_0,4, легированного CU и SI, концентрация которых составляет 5^.10¹⁷ - 10¹⁸ и 5^.10¹⁷ см^-3 соответственно. Подключают чувствительный элемент через клеммы 5 к источнику 9 постоянного тока и с помощью регистрирующего прибора 12, предварительно отградуированного в единицах скорости, определяют скорость потока. Для температурной компенсации кольцевую державку выполняют в виде ветвей термопары 8, подключенных через масштабирующий усилитель 10 к первому входу сумматора 11, второй вход которого подключают к клеммам 5 чувствительного элемента 1, а выход к регистрирующему прибору 12. Термоанемометр отличается линейностью выходной характеристики и повышенной чувствительностью к скорости потока.

Фиг. 2

10

15

31569858

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростей потоков воздуха или иного газа.

Цель изобретения - повышение точности за счет линеаризсэции выходной характеристики и повышения чувствительности.

На фиг. 1 приведена конструкция измерительной головки термоанемомет- оа; на фиг. 2 - измерительная схема устройства, обеспечивающего термокомпенсацию; на фиг. 3 - зависимость падения напряжения на чувствительном элементе от скорости потока воздуха при двух температурах.

Термоанемометр (фиг. 1) содержит зствительный элемент 1, контакты 2, гоковыводы 3, места 4 подклейки, клем ЛУ 5 и 6, термопару 7 в виде кольца, спай 8 термопары. Измерительная схема {+игf 2) состоит из стабилизированно- J источника 9 постоянного тока, масш усилителя 10, измерительного прибора в виде сумматора 11, регистрирующего прибора 12.

Чувствительный элемент 1 представ- т-t г собой нитевидный монокристалл Г-MS ,.х Р ,« с х 0, (легирующие примеси Oi и Si) прямоугольного сечения . размерами (0 ,1 -0 ,3) х(0 ,1 -0 ,3) х хЮ,3-1 ,5) мм3.

Исгставливают термоанемометр следу ч,щим образом.35

К ч ьствительному элементу 1 методом импульсной приварки золотого микропровода создают точечные контакты 2, образующие одновременно токовыво ды 3. Ветви термопары 7 изгибают в 40 виде кольца, рабочий спай 8 термопары находится на кольце, а клеммы 6 выведены за пределы исследуемой зоны. Чувствительный элемент 1 с токовыводами 3 устанавливают посредине кольцевой державки (термопары) 7 и крепят посредством клея в точках . Термопара 7 выполнена из проволоки хромель-ко20

25

30

45

источнику постоянного тока, к ним подсоединяют цифровой измерительный прибор, например В7-1&А. Клеммы-6 от термопары подсоединяют к цифровому вольтметру, например 87-21. Устанавливают рабочий ток i 0,6-0,7 мА. Головку термоанемометра (фиг. 1) устанавливают на выходе внутренней части трубы установки, задающей определенный поток и его температуру. Строят гра- дуировочный график (фиг. 3) , т.е. зависимость Up f(V) для фиксированных температур. В дальнейшем при исследовании неизвестных потоков по предварительно измеренной термопарой температуре, выбирают нужную кривую графика, по которой и определяют поток V

В связи с тем, что зависимость Up f(V) аппроксимируется прямой ли нией в интервале 0,2-1,5 м/с и температурный сдвиг зависимости также линейный, Up можно представить аналитически

U

uo -cip(T Т0)

F

где U,

начальное падение напряжения на чувствительном элементе при V 0 и температ ре потока Т Т0; чувствительность термоанемс метра к потоку /UV при Т Т0; температурный коэффициент сдвига Up - U0/T-T0. Таким образом, определив на основе

I

, v

градуировки по нескольким точкам параметры U0, $ , Ыр , можно, пользуясь приведенным уравнением, определять ско- - рость потока. В данном случае у 1, В-с/м (максимальное значение 10), rip 0,215 В/К (достигает 0,5). П р и м е р 2. Применяется схема с автоматической компенсацией температуры. Измерительная головка подсоединяется в измерительную схему (фиг.2). Масштабному усилителю 10 задают коэффициент усиления /3 dp/ Ы-г 3000,

где - температурный коэффициент

пель 00,1-0,2 мм, диаметр кольце- вой державки 20 мм. Возможно также 50 термоанемометра; Ыт - коэффициент тер- выполнение термопары в пленочном исполнении на диэлектрической подложке.

моЭДС термопары. Сумматору 11 задают компенсирующее напряжение Uq 36,Ь В (при i 0,5 мА), полученное экстраполяцией зависимости Up f(V)K, V О при начальной температуре Т0 20 С. Цифровой измерительный прибор 12, например В7-16 А, показывает напряжение, пропорциональное толккс потоку ди f(V).

Термоанемометр работает следующим образом.

Пример 1. Производят его пред варительную градуировку. Для этого клеммы 5 от чувствительного элемента 1 подсоединяют к стабилизированному

0

5

0

источнику постоянного тока, к ним подсоединяют цифровой измерительный прибор, например В7-1&А. Клеммы-6 от термопары подсоединяют к цифровому вольтметру, например 87-21. Устанавливают рабочий ток i 0,6-0,7 мА. Головку термоанемометра (фиг. 1) устанавливают на выходе внутренней части трубы установки, задающей определенный поток и его температуру. Строят гра- дуировочный график (фиг. 3) , т.е. зависимость Up f(V) для фиксированных температур. В дальнейшем при исследовании неизвестных потоков по предварительно измеренной термопарой температуре, выбирают нужную кривую графика, по которой и определяют поток V

В связи с тем, что зависимость Up f(V) аппроксимируется прямой ли нией в интервале 0,2-1,5 м/с и температурный сдвиг зависимости также линейный, Up можно представить аналитически

U

uo -cip(T Т0)

F

где U,

начальное падение напряжения на чувствительном элементе при V 0 и температ ре потока Т Т0; чувствительность термоанемс метра к потоку /UV при Т Т0; температурный коэффициент сдвига Up - U0/T-T0. Таким образом, определив на основе

I

, v

градуировки по нескольким точкам параметры U0, $ , Ыр , можно, пользуясь приведенным уравнением, определять ско- - рость потока. В данном случае у 1, В-с/м (максимальное значение 10), rip 0,215 В/К (достигает 0,5). П р и м е р 2. Применяется схема с автоматической компенсацией температуры. Измерительная головка подсоединяется в измерительную схему (фиг.2). Масштабному усилителю 10 задают коэффициент усиления /3 dp/ Ы-г 3000,

где - температурный коэффициент

термоанемометра; Ыт - коэффициент тер-

термоанемометра; Ыт - коэффициент тер-

моЭДС термопары. Сумматору 11 задают компенсирующее напряжение Uq 36,Ь В (при i 0,5 мА), полученное экстраполяцией зависимости Up f(V)K, V О при начальной температуре Т0 20 С. Цифровой измерительный прибор 12, например В7-16 А, показывает напряжение, пропорциональное толккс потоку ди f(V).

Формула изобретения

Термоанемометр, содержащий державку, чувствительный и компенсационный элементы, источник,постоянного тока, блок измерения и регистрации, о - пичающийся тем, что, с це- nt-fj уменьшения nor peibi-остей за счет

6б О

Фиг.1

линеаризации выходной характеристики и повышения чувствительности чувствительный элемент выполнен из нитевидно- го кристалла GaAs0g PO(J , легированного Си и Si, концентрация которых составляет соответствг-нно - 10

V3

см

7

и 5ЧО 7см-э