Измеритель нестационарного теплового потока Советский патент 1992 года по МПК G01K17/08 

Изобретение относится к теплометрии и может быть использовано в энергетике, металлургии, машиностроении и других областях народного хозяйства для измерения нестационарных тепловых потоков.

Известно устройство для измерения нестационарного теплового потока, содержащее чувствительный элемент и вычислитель величины нестационарного теплового потока. Недостатком известного устройства является низкая точность измерения.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения нестационарного теплового потока, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде гипертермопзры, выход которой через усилитель подключен к первому входу сумматора, три последовательно соединенных термоэлектрических преобразователя, два из которых закреплены на приемной, а третий на обратной поверхности чувствительного элемента. Недостатком предлагаемого устройства является низкая точность измерения. .

Цель изобретения - повышение точности измерения нестационарного теплового потока...

На чертеже представлена блок-схема цифрового измерителя нестационарного теплового потока.

Ч ГО 00 О 00

Устройство для измерения нестационарного теплового потока содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде гипертермопары и соединенный через усилитель 2 и преобразователь напряжение-ча- стота 3 со счетным входом счетчика 4, последовательное соединение термоэлектрических преобразователей 5,6 и 7, выходы которых через второй усилитель 8 и второй преобразователь напряжение-частота 9 со- единены со счетным входом реверсивного счетчика 10, первый и второй управляющие входы которого соединены непосредственно с первым и вторым выходом формирователя временных интервалов 11, а третий через линию задержки 12 с третьим выходом формирователя, вход которого подключен к генератору тактовых импульсов 13, сумматора 14, п выходов которого соединены с цифровым индикатором 15, а первые и вторые п входов с выходами реверсивного счетчика 10 и счетчика импульсов 4.

В предлагаемом устройстве величина теплового потока определяется по формуле

- Л 1+ л L pcb v

q Ь 01 b1 6-

X

(2t01 +tbl )-(2to2 + tb2)

5F

где A,c,p,b - коэффициент теплопроводности, теплоемкость, удельная плотность и толщина чувствительного элемента;

toi , - температура приемной и обратной поверхности чувствительного элемента в момент времени п ;

to2 . tb2 температура приемной и обратной поверхности чувствительного элемента в момент времени Т2 ;

Дг п Т2 .

Устройство для измерения нестационарного теплового потока работает следующим образом.

При воздействии на чувствительный элемент теплового потока на его выходе образуется сигнал, пропорциональный разности температур приемной и обратной поверхности (to - tt), который усиливается усилителем 2 в А/b раз и далее поступает на преобразователь напряжение-частота 3. На выходе преобразователя 3 появляется последовательность импульсов, частота которых пропорциональная величине -г (to -tt).

Эти импульсы подаются на счетный вход счетчика импульсов 4.

Температура приемной и обратной поверхностей чувствительного элемента измеряется термоэлектрическими преобразователями 5,6 и 7. Суммарный сигнал

с этих преобразователей, пропорциональный величине(2т.0 + tt), усиливается усилителем 8 в раз и поступает

на

0 5 0

5

0

5

0

5

0

второй преобразователь напряжение-частота 9, С выхода преобразователя 9 последовательность импульсов, с частотой,

пропорциональной (2t0 + tb),

поступает на счетный вход реверсивного счетчика 10.

Работой реверсивного счетчика 10 и счетчика импульсов 4 управляет формирователь временных интервалов 11, который из тактовых импульсов, поступающих от генератора 13, формирует три последовательности управляющих импульсов.

На первом и втором выходах форирова- тель 11 образует импульсы длительностью 1 с, с периодом следования Т. Длительность импульсов на третьем выходе формирователя 11 равна Шти период.

Счетчик импульсов 4 и реверсивный счетчик 10 работает следующим образом.

В момент времени т управляющий импульс со второго выхода формирователя 11 поступает на первый управляющий вход счетчика 4 и второй управляющий вход реверсивного счетчика 10. При наличии этого импульса на управляющих входах оба счетчика 4 и 10 суммируют импульсы, поступающие на их счетный вход. Далее, в момент времени та управляющий импульс с первого выхода формирователя 11 будет .поступать на первый управляющий вход реверсивного счетчика 10, который вычитает импульсы, поступающие на его счетный вход. Таким образом, к моменту тз счетчик импульсов 4 зафиксирует число, пропорциональное A/b(toi tbi), а реверсивный счетчик 10 - число, пропорциональное

(2 toi + tbi) - (2 to2 + tb2 ), что будет соответствовать сумме удвоенной скорости измерения температуры приемной и скорости изменения температуры обратной стороны чувствительного элемента за время

О с b Tj - Tiz и умноженной на

Оба эти

числа подаются на входы n-разрядного сумматора, имеющего 2п входов, который определяет их сумму. В момент времени тз управляющий импульс с третьего выхода формирователя 1.1 поступит на управляющие входы цифрового индикатора 15 и сумматора 14, а через линию задержки 12 на второй управляющий вход счетчика импульсов 4 и третий управляющий вход реверсивного счетчика 10. Цифровой индикатор 15

высветит на своем табло результат суммирования, т.е. число, пропорциональное нестационарному тепловому потоку д.

Управляющий импульс с третьего выхода формирователя 11, пройдя через линию временной задержки 12, сбрасывает счетчик импульсов 4 и реверсивный счетчик 10 в нулевое состояние и подготовляет схему для следующего измерения. Линия временной задержки 12 необходима для того, что- бы разнести во времени операцию записи числа с выхода сумматора 14 в цифровой индикатор 15 и операцию обнуления обоих счетчиков.

.Формул а изоб ретен ия

Цифровой измеритель нестационарного теплового потока, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде гипертермопары, подключенной-выходом к усилителю, три последовательно соединен- ных термоэлектрических преобразователя, два из которых закреплены на приемной, а один - на обратной поверхности чувствительного элемента, сумматор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в него введены последовательно соединенные второй усилитель,

преобразователь напряжение-частота и реверсивный счетчик, последовательно соеди- ненные второй преобразователь напряжение-частота, подключенный входом к выходу первого усилителя, и счетчик, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и формирователь временных интервалов, линия задержки и цифровой индикатор, соединенный входами с выходами сумматора, при этом формирователь временных интервалов подключен первым выходом к первому управляющему входу реверсивного счетчика, вторым выходом ко второму управляющему входу реверсивного счетчика и к первому управляющему входу счетчика, третьим выходом к управляющим входам сумматора и цифрового индикатора непосредственно, а к третьему управляющему входу реверсивного счетчика и ко второму управляющему входу счетчика через линию задержки, выходы реверсивного счетчика и счетчика подключены соответственно к первой и второй группам входов сумматора, свободные концы цепочки из последовательно соединенных термоэлектрических преобразователей подключены ко входам второго усилителя.

Изобретение относится к теплометрии и позволяет повысить точность и помехоустойчивость измерений нестационарного теплового потока. При воздействии на чувствительный элемент теплового потока на его выходе образуется сигнал, пропорциональный разности температур приемной и обратной поверхностей чувствительного элемента 1. Этот сигнал усиливается, преобразуется в частоту и поступает на счетный вход счетчика 4. Температура приемной и обратной поверхностей чувствительного элемента измеряется термоэлектрическими преобразователями 5,6 и 7, усиливается, преобразуется в частоту следования импульсов и поступает на счетный вход реверсивного счетчика 10. Работой счетчиков 4 и 10 управляет формирователь 11 временных интервалов. Выходные коды счетчиков 4 и 10 поступают на соответствующие входы сумматора 14, Результат измерения, образующийся на выходе сумматора 14, высвечивается на цифровом индикаторе 15. 2 ил.

Фиг.1

Г; ГгГ3Ц

Фиг. 2