Способ изготовления скорости газа или жидкости Советский патент 1991 года по МПК G01P5/12 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения скорости потока газа или жидкости.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг.1 изображена схема устройства, реализующего данный способ.

Способ осуществляют следующим образом.

Подключают к источнику тока дифференциальную термопару со спаями разных геометрических размеров, меньший спай размещают в контролирующем потоке, а больший, образованный путем контакта электродов термопары с токоведущими проводами, размещают в термостате вне потока и используют силу тока и электродвижующую силу для сравнения с калибровочной зависимостью, через термопару пропускают П-образные импульсы тока такой полярности и силы, чтобы температура меньшего спая установилась ниже температуры омывающего его потока, измеряют электродвижущую силу и силу тока, затем, меняя полярность П-образных импульсов и сохраняя прежней силу тока, вновь производят измерение электродвижущей силы и сравнивают с калибровочной зависимостью функцию скорости контролируемого потока, определяемую по формуле

О

ся ю

00

о ел

f 1 (v)

l T2 /T T2+Tx A Tx

T2-TX

+

la

n

(1J

где fi(v) - функция скорости контролируемого потока;

I - сила тока;

Т2 - температура меньшего спая при нагреве;

Е - электродвижущая сила термопары;

Т - абсолютная температура;

Тх - температура меньшего спая при охлаждении;

n - константа.

Устройство включает в себя дифференциальную термопару 1 с малым омическим сопротивлением, один спай которой 2 расположен в контролируемом потоке 3, а второй спай 4, имеющий геометрические размеры, значительно превосходящие размеры спая 2, образован контактами электродов термопары 1 с токоведущими проводами 5 и находится в термостате 6.

Термопара 1 через коммутирующий элемент 7 соединена с генератором тока 8 и через коммутирующий элемент 9 подключена к входу цифрового вольтметра 10, Управление коммутирующими элементами 7 и 9 вольтметром 10 осуществляется системой, состоящей из задающего генератора 11, непосредственно сопряженного t управляющим входом коммутирующего элемента.7 и подключенного через дифференциальную цепочку 12 и диод 13 к входу ждущего мультивибратора 14. Выход ждущего мультивибратора 14 непосредственно сопряжен с управляющим входом коммутирующего элемента 9 и через дифференцирующую цепочку 15 и диод 16 с входом запуска цифрового вольтметра 10.

Устройство работает следующим образом.

Прямоугольные импульсы от задающего

генератора 11с частотой , где г- поV

стоянная времени термопары, поступают на управляющий вход коммутирующего элемента 7 и фронт импульса открывает его. При этом выходной ток от генератора 8 протекает через термопару 1. В это время коммутирующий элемент 9 закрыт и вход цифрового вольтметра 10 отключен от термопары 1. Срез импульса с задающего генератора 11 закрывает коммутирующий элемент 7 и на входе диода 13 с помощью дифференцирующей цепочки 12 сформирует короткий импульс, запускающий ждущий

мультивибратор 14. На выходе ждущего мультивибратора 14 формируется импульс, который открывает коммутирующий элемент 9 и тем самым вход цифрового вольтметра 10 подключается к термопаре. При времени преобразования вольтметра 10 меньшим длительности импульса на выходе ждущего мультивибратора 14 обеспечивается надежность измерения

0 электродвижущей силы, так как вольтметр 10 подключается к термопаре 1 после окончания переходных процессов в коммутирующих цепях.

Затем весь цикл повторяется. Таким об5 разом устройство позволяет пропускать через термопару 1 импульсы тока, сила и полярность которых определяется генератором тока 8, а частота следования - задающим генератором 11 и измерять величину

0 электродвижущей силы вольтметром 10.

Силу и полярность тока выбирают так, что температура спая 1 устанавливается ниже температуры омывающей его жидкости или газа.

5 При изготовлении термоп ары из низко- омных электродов с постоянной площадью поперечного сечения и теплоизолированной боковой поверхностью, уравнение, определяющее установившуюся температуру спая

0 1 имеет вид

0 -Т1 (Т р) I + К (Тт -Т V) + +

+ f(v)(Tn-T r)-,(2)

где Ti(T r) - коэффициент Пелтье при темпе- 5 ратуре Т;

TV установившаяся температура спая 1 при охлаждении;

1- сила тока; К - константа;

0 Тт - температура в термостате;

г(Тх) - сопротивление термопары при температуре спая 1;

f(v) - функция скорости жидкости или газа, омывающего спай 1; Тп - температура жидкости или газа,

омывающего спай 1.

При изменении полярности импульсов тока и неизменной величине силы тока температура спая 1, определяется уравнением

„ (-г 2 О -Ti () I + К (Тт -Т г) + -f(v)fT r-Tn) .(3)

где Тг - установившаяся температура спая 1

5 ПРИ наФеве

Вычитая уравнение (2) из уравнения (3) и-учитывая, что

Т1(т) А|-Т и r(T) +afr-T0).

где Т - текущая температура;

Е - электродвижущая сила термопары;

г rfTo):

То 273,15 К, после преобразований получают

т I О t /-f -.- / , -Г It О t /т-т- (I

Тг -дТ/Т-Тг +ТГ -Щ-/Т - Тг

,

+ I2 roi «1 + гоа аг} + К f (v) (4)

где по, Г2о - температура электродов при 273,15 К,

#1, он. - температурные коэффициенты сопротивления электродов термопары.

Обозначив

Г01 «1 4 Г02 «2 П, f(v) - К f 1 (v),

получают из уравнения (4) уравнение (1).

Величина, стоящая в левой части уравнения (1), как и fi(v), является функцией только скорости жидкости или газа, омывающей спай 1 и может быть использована после определения в результате калибровки вида функции fi (v) для вычисления скорости потока.

Константа п определяется в результате калибровки при нулевой скорости потока.

Значение производной электродвижущей по температуре при различных температурах определяются при градуировке термопары или из таблиц.

Температура спая 1, помещенного в контролируемый поток, вычисляется по значениям электродвижущей силы, пренебрегая изменением температуры спая, находящегося в термостате, причем ошибка в определении температуры зависит от отношения площадей контактов электродов в спаях и может быть конструктивно сделана сколь угодно малой.

Редактор М. Товтин

Составитель А. Зосимов Техред М.Моргентал

Формула изобретения Способ измерения скорости газа или жидкости, включающий изготовление дифференциальной термопары с двумя спаями

разных размеров, размещение спая меньшего размера в контролируемом потоке, измерение ЭДС термопары и силы тока в цепи термопары, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, спай термопары большего размера помещают вне потока в термостат, включают в цепь термопары источник тока, подбирают направление тока и его силу согласно условию Т г (1 - 5) Тп, где TV - температура спая

термопары меньшего размера,Тп -температура потока, измеряют ЭДС термопары Е, силу тока I и температуру TV охлажденного спая термопары меньшего размера, затем меняют направление тока при неизменности его силы, измеряют ЭДС термопары и температуру нагретого спая термопары меньшего размера, затем вычисляют функцию скорости потока fi(v) по соотношению

25

f1(v)

I Г Т ( U Т -I- Т f U. Ч Т 1

f 4JT г г ЧГТ г J

где I - сила тока в цепи термопары;

п - константа,

а величину скорости и потока (v) определяют путем сравнения вычисленной функции скорости потока с функцией, определенной предварительно при помощи градуировок

Корректор Э. Лончакова

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет измерять скорость газа или жидкости. Цель изобретения - повышение точности. Способ измерения скорости основан на применении дифференциальной термопары с разными размерами спаев. Спай меньшего размера помещают в поток газа или жидкости, спай большего размера - в термостат. В цепь термопары включают источник импульсного тока, подбирают направление и силу тока так, чтобы температура меньшего спая была меньше температуры потока на 1-5 К, измеряют ЭДС термопары и температуру меньшего слоя, затем меняют направление тока на противоположное и снова измеряют ЭДС и температуру меньшего спая, после измерений определяют функцию fi(v)cKOpocm контролируемого потока Mv) ( + + T(-iff )V /Tr -Tr +Jln, где I - сила тока; Т и температура меньшего спая при нагреве и при охлаждении; Е - ЭДС термопары; п - константа, Затем путем сравнения измеренного значения функции скорости с эталонным определяют скорость потока. 1 ил w ё