Устройство для измерения скорости газожидкостного потока Советский патент 1991 года по МПК G01P5/12 

Н

СЬ VI СО

ю

00

о

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростей различных потоков жидкостей и газов. Целью изобретения является расширение рабочего диапазона измерений. В исследуемой области потока располагают диэлектрическую подложку 1, в которой сделано прямоугольное окно. Вдоль большей стороны окна прикреплен основной чувствительный элемент 2 из нитевидного кристалла полупроводника. Непосредственно на диэлектрической подложке 1 закреплен параллельно основному дополнительный чувствительный элемент 3 из того же материала. При малых скоростях потока работает чувствительный элемент 3 в режиме термоанемометра. При больших скоростях потока - чувствительный элемент 2 в режиме тензоэлемента. В устройстве предусмотрена взаимная температурная компенсация чувствительных элементов. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Щиг1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростей движения неустановившихся, пульсирующих и стационарных газовых или жидкостных потоков.

Цель изобретения - расширение рабочего диапазона измерений.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2-6 - диаграммы, поясняющие его работу.

Устройство для измерения скоростей газожидкостного потока (фиг. 1) содержит корпус 1, изготовленный из диэлектрика и являющийся несущей конструкцией. В корпусе имеется окно прямоугольной формы. К корпусу 1 жестко прикреплены основной 2 и дополнительный 3 чувствительные элементы из нитевидных кристаллов (НК) полупроводника. Элементы 2 и 3 прикреплены клеем 4 и имеют электрические контакты 5-6 и 7-8 соответственно. Основной чувствительный элемент 2 прикреплен посередине окна к корпусу 1 своими нерабочими концами длиной I, определяемой из условия li kd, где d - диаметр НК у его соответствующего конца (фиг. 2); k - коэффициент, равный 20 и определяемый экспериментально, и расположен над окном в корпусе 1, как показано на фиг. 1.

Основной и дополнительный чувствительные элементы могут быть изготовлены из микропроволок микрокристаллов полупроводников типа pSKIII, nSi 100 или . Ось роста НК2 расположена вдоль широкой стороны прямоугольного окна.

Устройство работает следующим образом.

Основной 2 и дополнительный 3 чувствительные элементы электрическими выводами и 7-8 соответственно включаются в электрическую цепь измерительного моста, в его смежные плечи (на фиг. 1 не показаны). Корпус 1 с наклеенными основным 2 и дополнительным 3 чувствительными элементами помещается в поток и ориентируется так, чтобы ось роста НК была перпендикулярна вектору скорости газового потока. Это соответствует максимальной чувствительности основного чувствительного элемента 2 как в режиме термоанемометра, так и в режиме тензорезистора (фиг. 4). В режиме термоанемометра основной чувствительный элемент 2 разогревается выше температуры спокойной окружающей среды. В потоке, движущемся со скоростью v, основной чувствительный элемент 2 охлаждается и сопротивление его уменьшается пропорционально скорости газового потока. По изменению электросопротивления основного чувствительного элемента

определяется скорость потока в области ее малых величин. Для компенсации изменений скорости потока, обусловленных изменением температуры газового потока,

используется дополнительный чувствительный элемент 3. В предлагаемом устройстве предусмотрена температурная компенсация как температурных изменений самого потока, так и тензорезистивного эффекта,

0 обусловленного расширением корпуса 1 и самих чувствительных элементов - основного 2 и дополнительного 3.

По мере увеличения скорости потока чувствительность термоанемометра умень5 шается настолько, что при некоторых скоростях становится нецелесообразным его использование. Поэтому для измерения средних и больших скоростей газового или жидкостного потока используются тенэос0 войства основного чувствительного элемента 2. В потоке, как показано на фиг. 3, основной чувствительный элемент прогибается, увеличивает свою длину и получает деформацию е , являющуюся функцией ско5 рости потока V/. При этом сопротивление RO его возрастает на величину №, определяемую по формуле (I vl), где К - коэффициент тензочувствительности основного чувствительного элемента; e(IVI)0 его деформация в потоке; RO - сопротивление в спокойной среде. Основной чувствительный элемент оказывается термокомпенсированным не только в режиме термоанемометра, но также и в режиме

5 тензорезистора с помощью того же дополнительного чувствительного элемента 3, включенного в смежное плечо измерительного моста.

При необходимости в отдельных случа0 ях устройство можно использовать для измерения средних скоростей газового потока в режиме термоанемометра. Для этого в качестве измерительного чувствительного элемента используется дополнительный

5 чувствительный элемент 3, поставленный в режим саморазогрева выше температуры спокойной окружающей среды. При этом чувствительный элемент 2 выполняет функ цию компенсирующего.

0 Основные результаты исследования характеристик устройства приведены на фиг. 4-6.

Сигнал на выходе измерительной мостовой схемы при прочих равных ус5 ловиях наибольший, когда между вектором скорости потока и длинной осью основного чувствительного элемента 2 угол а составляет 90°, и наименьший, когда а - 0. 180° (фиг. 4).

Зависимость чувствительности от угла а может быть также использована для опре деления направления скорости потока, те для измерения вектора скорости а не толь- ко его численного значения На фиг А приняты следующие обозначения U0 напряжение на выходе измерительной мостовой схемы при ц- 0°, U напряжение на выходе измерительной мостовой схемы при а 0°

Типичная зависимость величины выходного сигнала от скорости потока среды U(v) приведена на фиг 5, откуда видно что у термоанемометра практически отсутствует начальный участок с нулевой чувствительностью (мертвая зона) характерный для и псттых т.-;рмознем мет;)Ор На линей ном участке зависимости м(/) (область малых скоростей логика от 0 до 5 . 10 м/с) чупствигельность тгрмоэнемомогра паи большая и неизменная Она равна 2,5 .10 Вс/м при рабочем юкел 5,10 А и возрастает более чем на порядок (до - 4 7 10 Вс/м) при рабочем токе 16,10 Л Это обуслов- п- но более высоким значением ТКС в области температур собственной проводимости чолупроводника С увеличением скорости

эозду чимо потока 4VP пительно гь приР р уменьшат: rc - J ; (J ч ономернсг TL

тр явчмо оя н г1бо/|( е яоко ллых рабс- 4 ix ток Г пм , епичении рабочего п ка

0

5 0 5

0

линейная область зависимости U(V) расти ряетсч и высокая чувствительность термо анемометра сохраняется вплоть до скоростей-0 25 м/с

Формула изобретения

1Устройство для измерения скорости газожидкостного потока, содержащее два параллельно расположенных чувствительных элемента на основе нитевидных кристаллов полупроводников, токовые выводы которых закреплены на корпусе, отличающееся тем, что с целью расширения рабочего диапазона измерений, чувстви тельные элементы расположены на диэлектрической подложке с окном, при этом первый чувствительный элемент закреплен поперек окна подножки своими нерабочими концами длиной I Ко1, где К- 20; d - диаметр нитевидного кристалла а второй жестко за- чроплрц по всей длине подложки

2Устройство поп 1,отличающее- с я тем, что окно в диэлектрической подложке выполнено прямоугольной формы, а пер вый чувствительный элемент расположен посередине окна так что ось роста нитевидного кристалла расположена вдоль широкой стороны прямоугольного окна

3Устройство по пп 1и2,отличаю- |п с с я г -м что тбт чуастпительных эле- ,(.- ia Bi.if 1 и ени и 1 г. сидныл крист , /i -я полупроводников типа или пЧ

i(}(; игм ole П1

т: г

Фиг.З

5 Мф 1-э-ы го1-л ог oi

gnd к

о

21 О 9 П

П

986СШ

5-Ю

е,%

Фиг. 6