Способ динамический градуировки датчиков термоанемометров и устройство для его осуществления Советский патент 1991 года по МПК G01P5/12 

Изобретение относится к измерительной технике и метрологии и может быть использовано для динамической градуировки термоанемометров.

Цель изобретения - снижение погрешностей и расширение рабочего диапазона градуировки.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - диаграмма его работы.

Сущность способа заключается в том, что в замкнутом по входу и выходу контуре аэродинамической трубы (импеданс-трубы) путем синфазного сложения нескольких звуковых волн на входе аэродинамической трубы возбуждают бегущую волну, измеряют амплитуду звукового давления, температуру, давление и влажность газа. Затем определяют амплитуду скорости Vi|(fj) для заданной частоты колебаний по формуле

Vij(f|)

P1(Fj)

р (Pi Tip)-c (Pi Ti p)

где Р (fj) - суммарная амплитуда звукового давления;

fj - частота колебаний;

р (Pi Ti (р ) ,с (Pi Ti p ) -соответственно плотность и скорость звука как функции от давления р, температуры Т, влажности р газа.

На схеме устройства (фиг. 1) обозначены несколько источников 1 звуковых колебаний несколько конических рупоров 2, рабочий участок 3 аэродинамической трубы в виде проточного канала импеданс-трубы, устройство 4 для создания потока воздуха, акустический сумматор (согласующее устройство) 5, катеноидзльный рупор 6, заглушенная камера 7, осевой вентилятор 8, задатчик 9 скорости потока, датчик 10 звукового давления, измеритель 11 звукового давления, датчик 12 средней скорости (трубка Пито), измеритель 13 средней скорости потока, датчик 14 термоанемометра, электронный блок 15 термоанемометра, датчики 16 давления, влажности и температуры (условно совмещены), блок 17 вычисления плотности и скорости звука, генератор 18 гармонических колебаний, усилитель 19 мощности, блок 20 вычислений амплитуды пульсаций скорости, синхронизатор 21, блок 22 линеаризации,блок 23 центрирования, интегратор 24, блок 25 определения верхней граничной частоты, регистрирую- , щий блок 26, при этом градуируемый датчик установлен в рабочем участке 3 аэродинамической трубы, причем в этом же сечении заподлицо со стенкой трубы закреплен датчик 10 звукового давления. Акустическое согласование рабочего участка 3 трубы, что необходимо для создания бегущей волны, осуществляется с одной стороны при помощи рупора 2 и акустического сумматора 5, а с

другой - с помощью катеноидального рупора 6 и заглушенной камеры 7. Задатчик 9 скорости соединен с управляемым двигателем осевого вентилятора 8. Через задатчик 9 осуществляется обратная связь с генера0 тором 18 гармонических колебаний. Генератор 18 соединен через усилитель 19 мощности с источником 1 звуковых колебаний, а также через синхронизатор 21 с регистрирующим блоком 26. Измеритель 13

5 средней скорости потока с трубкой Пито 12 в качестве датчика подключен к регистрирующему блоку 26 и задатчику 9 скорости. Измеритель 11 звукового давления, к которому подключен его датчик 10, соединен с

0 компрессионным входом генератора 18 и с блоком 20 вычисления амплитуды пульсаций скорости. На два других входа блока 20 подаются сигналы с блока 17 вычисления плотности и скорости звука, соединенного,

5 в свою очередь, датчиками 16 температуры, давления и влажности. Выход блока 20 подключен к одному из входов регистрирующего блока 26 и блоку 25 определения верхней граничной частоты.

0 К входу блока 15 термоанемометрэ подключен датчик 14 термоанемометра, а выход блока 15 соединен через блок 22 линеаризации блоком 23 центрирования и интегратором 24, причем один из выходов

5 интегратора 24 подключен к блоку 23 центрирования. Блок 23 одним из своих выходов, как и интегратор 24, соединен с одним из входов регистрирующего блока 26. Второй выход блока 23 через блок 25 определения

0 верхней граничной частоты подключен к одному из входов регистрирующего блока 26. Способ осуществляют следующим образом.

В рабочий участок 3 аэродинамической

5 трубы в центр сечения, где заподлицо со стенкой закреплен датчик 10 звукового давления, помещают градуируемый датчик 14, термоанемометра и создают воздушный поток. Создание потока и его дополнительная

0 перестройка по программе градуировки происходят следующим образом. Задатчик 9 скорости потока, включаемый пускателем Пуск, производит перестройку потока в рабочем участке 3 на значение средней ско5 рости потока VI из набора дискретных значений в заданном диапазоне Vm|n; Vmax и включает перестраиваемый генератор 18 . гармонических колебаний, а также с помощью осевого вентилятора 8 поддерживает в течение заданного промежутка

времени Atj , необходимого для проведения измерений, скорость Vi const. За время A ti источники (1 звуковых колебаний, управляемые генератором 18 гармонических колебаний, через усилитель 19 мощности перестраивают частоту излучаемого звукового сигнала f плавно или дискретно в заданном диапазоне fmin; fmax. С помощью датчика 10 звукового давления и его измерителя 11 определяют величину получаемого таким образом звукового давления Р, уровень которого поддерживается постоянным в течение времени A ti посредством компрессивной связи измерителя 11 звукового давления с генератором 18. Блок 17 вычисления плотности и скорости звука преобразует сигналы, полученные с датчиков 16 давления, температуры и влажности, в аналоговые в данном варианте напряжения Up и U e в соответствии с выражениями:

Up Кр р Ki

Рн.п Т7

+ Р РН.П :

Uc KC-C

КгТ-(1+К,Ј),

где Ki, Кз, М - постоянные для заданных условий коэффициенты;

К2 - коэффициент сжимаемости газов; (р- относительная влажность газа; РН.П ,Рн.п. - плотность и давление насыщенного газа при температуре Т; I - упругость водяного пара;

KptKc -коэффициенты пропорциональности.

Аналоговые напряжения Up, U p,Uc в блоке 20 преобразуются согласно выражению

Vi К

Uc

Up-Uc

где К- коэффициент пропорциональности.. Полученная таким образом величина VJ регистрируется блоком 26. Градуируемый датчик 14, следовательно, обдувается потоком газа со средней скоростью Vi, на которую накладываются пульсирующие колебания Vj, вызываемые бегущей звуковой волной, поэтому на его выходе появляиется сигнал U ТА Ui + Uij (fj), который

подается на блок 23 центрирования, в котором выделяется сигнал Uij (fj) пульсацион- ной составляющей скорости, обусловленной наличием звукового поля p (fj), а также подается на интегратор 24, в котором выделяется сигнал постоянной составляющей скорости Ui, поступающий на регистрирующий блок 26. Сигнал Uij поступает с блока 23 центрирования непосредственно на блок 26 и блок 25 определения

верхней граничной частоты термоанемометра, в котором в течение времени раззертки частоты A ti сравнивается со значением амплитуды пульсации скорости Vj, получзе- 5 мым с блока 20, и когда разность этих величин L К - V/- UiJ в логарифмическом масштабе достигает 3 дБ, т.е. когда частота перестройки f генератора 18 достигает значения верхней граничной частоты tVp, с вы10 хода блока 25 на блок 26 подается сигнал, в результате чего в регистрирующем блоке 26 фиксируется значение f,-p (фиг. 2).

На фиг. 2 приведены результаты градуировки, проведенной на предлагаемом уст5 ройстве, для термоапемометра постоянного сопротивления, где firp, f2rp, f3rp - верхние граничные частоты для соответствующих средних скоростей м/с, V2 30 м/с, /з 70 м/с. На шлейфограмме первого ка0 нала самописца отображены величины средней скорости потока, поддерживаемые постоЯ Шыми в течение времениДй. На шлейфограмме второго канала показана зависимость выходного сигнала термоанемо5 метра от частоты и величины верхней граничной частоты термоанемометра на уровне - 3 дБ от значения выходного сигнала термоанемометра при частоте fmin. По оси абсцисс шлейфограмм отложено теку0 щее время перестройки частоты или сама частота перестройки генератора. Формула изобретения 1. Способ динамической градуировки датчиков термоанемометров, заключаю5 щийся в том, что датчик термоанемометра располагают в импеданс-трубе, через которую осуществляют с заданной скоростью поток газа и одновременно возбуждают звуковую волну, измеряют амплитуду пульса0 ций давления в звуковой волне, по которой определяют амплитуду пульсаций скорости для заданной частоты колебаний, измеряют выходной сигнал термоанемометра и по значениям амплитуды пульсаций скорости и

5 выходному сигналу термоанемометра при различных значениях частоты колебаний определяют амплитудно-частотную характеристику градуируемого термоанемометра, отличающийся тем, что, с целью

0 снижения погрешностей и расширения рабочего диапазона градуировки, звуковую волну возбуждают в замкнутом по входу и выходу контуре импеданс-трубы путем синфазного сложения нескольких звуковых

5 волн на входе импеданс-трубы, дополнительно измеряют температуру, давление и влажность газа в импеданс-трубе, а амплитуду пульсаций скорости Uy (fj) для частоты колебаний fj определяют по формуле

lj (fj ) p(P,f,l)-c(PiTip) где P (fj) - суммарная амплитуда звукового давления;

p(Pi TI (Pi ) -соответственно плотность и скорость звука как функции от давления Р, температуры Т и влажности р газа.

2. Устройство для динамической градуировки датчиков термоанемометров, содержащее импеданс-трубу в виде проточного воздушного канала, акустически согласованную с источником звуковых волн, подключенным через усилитель мощности к первому выходу генератора гармонических колебаний, а также установленные в одном сечении импеданс-трубы датчики термоанемометра и пульсаций давления, блок обработки результатов, отличающееся тем, что в него введены дополнительные источники звуковых волн, заглушенная камера, задатчик скорости потока, датчики температуры и влажноети,блок линеаризации, сих- ронизатор, блок вычисления плотности и скорости звука, блок вычисления амплитуды пульсаций скорости, измеритель средней скорости потока, блок определения верхней граничной частоты, блок центрирования, интегратор, причем дополнительные источники звуковых волн параллельно подключены к усилителю мощности, второй выход генератора гармонических колебаний связан с входами синхронизатора, первый управляющий вход генератора гармонических колебаний связан с задатчиком скорости, второй его управляющий вход - с первым входом блока вычисления, а синхронизирующий вход генератора связан с выходом

синхронизатора, второй и третий входы блока вычисления амплитуды пульсаций скорости подключены к выходам блока вычисления плотности и скорости звука, входы которого соединены с выходами датчиков давления, температуры и влажности, выход датчика термоанемометра через блок линеаризации подключен параллельно к входам интегратора и первому входу блока центрирования, второй выход которого соединен с первым выходом интегратора, а выход - с первым входом блока определения верхней граничной частоты, второй вход которого связан с выходом блока вычисления амплитуды пульсаций скорости, входы блока регистрации соединены соответственно с выходами синхронизатора, измерителя средней скорости, блока вычисления амплитуды пульсаций скорости, блока центрирования, блока определения верхней

граничной частоты и интегратора.

Изобрете ние относится к измерительной технике и метрологии и может быть использовано для динамической градуировки термоанемометров в газовом потоке. С помощью источников 1 звуковых волн в проти- воточной камере 6 замкнутой аэродинамической трубы (импеданс-трубе) создается бегущая звуковая волна. Это приводит к возникновению в потоке на фоне средней скорости гармонических пульсаций скорости, которые воздействуют на градуируемый датчик 14 термоанемометра 15. Пульсации скорости вычисляются с помощью блока 17, вычисления плотности и скорости звука на который подаются сигналы с датчиков 16 температуры, давления, влажности. Интегратор 24 и устройство 23 центрирования выделяют из выходного сигнала термоанемометра 15 соответственно постоянную и пульсационную составляющие, и регистрирующий блок 26 автоматиче- ски строит амплитудно-частотную характеристику термоанемометра, 2 ил. Ё Оч N5 о 2 ю