Термоанемометрическое устройство Советский патент 1992 года по МПК G01P5/12 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потока жидких и газообразных сред термоанемометрическими методами с помощью одного датчика.

Известны термоанемометры, содержащие включенные в мостовую схему измерительный преобразователь скорости и термокомпенсационный преобразователь, цепь термокомпенсации и регистратор ско- рости 1.

По технической сущности наиболее близким к заявленному устройству является термоанемометрическое устройство, включающее в себя датчик, термометр сопротивления, термоанемометр с управляемым сопротивлением, управляемую ключевую схему, два запоминающих блока, сумматор и блок компенсации 2.

Его недостатками являются низкая чувствительность и малая точность измерений, обусловленные использованием в качестве датчика линейного терморезистора прямого подогрева, включенного в мостовую схему термоанемометра.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерения скорости потока среды.

Сущность изобретения заключается в том, что во всем температурном диапазоне среды независимо от скорости ее движения поддерживается постоянной разность температур # подогревателя и контролируемой среды. Поскольку полный тепловой поток Q нагретого тела определяется формулой Q %5в , где S - поверхность нагретого тела;

Ј - коэффициент теплоотдачи, зависящей от геометрических параметров тела, скорости потока среды и ее теплофизиче- ских свойств,

то при постоянных значениях S и в по количеству подводимого тепла Q можно судить о скорости потока данной среды,

Основная техническая задача, решаемая данным изобретением, - формирование во всем температурном диапазоне среды сигнала, зависящего от перегрева #подогревателя, и его использование в автоматической системе поддержания заданного значения перегрева во .

На чертеже представлена блок-схема термоанемометрического устройства.

В него входят источник 1 опорного напряжения, управляемое сопротивление 2, датчик 3, подогреватель 4, операционный усилитель 5, следящая схема 6, функциональный преобразователь 7, сумматор 8, усилитель 9, регулируемый источник 10

мощности подогрева, ключевая схема 11 и регистратор 12, отградуированный в единицах скорости потока.

Устройство работает в двух режимах, каждый из которых устанавливается ключевой схемой, а именно:

-режим температурной коррекции;

-режим измерения скорости потока. Ключевая схема может управляться ли0 бо вручную, либо от тактового генератора (на чертеже не показан).

В режиме температурной коррекции ключевая схема находится в состоянии, изображенном на чертеже, когда подогрева5 тель 4 обесточен, первый вход следящей системы.подключен к выходу источника 1 опорного напряжения, а второй - к выходу операционного усилителя 5. Поскольку в этом режиме температура подогревателя

0 совпадает с температурой среды, то сопротивление датчика 3 также соответствует температуре среды. Сигнал рассогласования на входе следящей схемы 6 будет отличным от нуля и активно воздействовать на

5 нее до тех пор, пока управляемое сопротивление 2 по величине не станет равным сопротивлению датчика 3. Тогда коэффициент передачи усилителя 5 примет значение - 1, напряжение на его выходе станет равным 0 Uc, а сигнал рассогласования следящей системы - соответственно нулю. На этом заканчивается температурная коррекция устройства.

При переводе ключевой схемы в режим

5 измерения скорости потока выходной сигнал следящей системы фиксируется (запоминается), управляемое сопротивление 2 по величине остается равным сопротивлению термодатчика 3 при температуре среды, т.е.

R2 Аехр (-,-) , где А,В - постоянные

1ср

полупроводникового термодатчика 3; ТСр - температура среды. Подогреватель 4 подключается к источ- 5 нику 10 мощности, а выход операционного усилителя 5 подключается к второму входу сумматора 8. Напряжение на этом входе будет определяться выражением

0

U2 -Uo ехр - т

|

В-0

;,

ср(Тср+0) где Uo напряжение опорного источника 1. Напряжение на первом входе сумматора 8 задается функциональным преобразо- 5 вателем 7 и устанавливается равным

Ui U0 ехр -т-гт-хтг-

где во ля.

Тер ( ТСр + и0 ) заданный перегрев подогреватеВ результате на формируется-сигнал

выходе сумматора 8 В -во

Uz (- -р --гтг- ) -ехр (I ср ( I ср т (70 J /

В-0

,

ТСр(ТСр+#))

который через усилитель 9 воздействует на источник 10 мощности таким образом, чтобы свести сигнал Ц к значению, близкому (равному) к нулю. В этом состоянии устройства перегрев 8 близок (равен) заданному в функциональном преобразователе значению в0 .С изменением скорости потока меняется поступающая в подогреватель мощность, регистрируемая регистратором 12, отградуированным в единицах скорости.

Для повышения точности измеренийпу- тем исключения статической ошибки замкнутой системы регулирования температуры подогревателя, усилитель 9 может быть заменен интегратором с соответствующей коррекцией динамических свойств устройства.

В качестве следящей схемы 6 может быть использован автокомпенсатор напряжения с фиксацией выходного сигнала, а функциональный преобразователь 7 может быть выполнен по схеме однополярного преобразователя. Построение зависимости, аппроксимируемой функциональным преобразователем, может быть выполнено как расчетным, так и экспериментальным способами. Экспериментальный способ дает более точные результаты, Для этого в устройстве датчик 3 заменяют магазином сопротивлений. Устройство с помощью ключевой схемы последовательно переводят то в режим температурной коррекции, то в режим измерения скорости потока.

В режиме температурной коррекции магазином устанавливают сопротивление, равное расчетному значению сопротивления датчика 3 при определенном значении

D

температуры среды: А-ехр ( ) . На выхо| ср

де следящей системы устанавливается напряжение U , при котором управляемое сопротивление 2 по величине равно установленному на магазине.

Затем устройство переводят в режим измерения скорости. При этом фиксируется

управляемое сопротивление 2 и напряжение и .

Магазином устанавливают сопротивление, соответствующее сопротивлению дат- чика при заданном перегреве во .вычисляемое

D

по формуле (-,--,а ). После этого

I ср т о

измеряют напряжение, которое принимают за абсциссу аппроксимируемой функциональным преобразователям зависимости, и напряжение на выходе операционного усилителя, которое принимают за ординату этой зависимости. Аналогичная процедура выполняется для других значений ТСр в заданном рабочем диапазоне температур контролируемой среды.

Формула изобретения Термоанемометрическое устройство, содержащее датчик, управляемое сопротивление, ключевую схему и сумматор, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, в него введены источник опорного напряжения, подключенный к первому выводу управляемого сопротивления и к первому выводу ключевой схемы, операционный усилитель, включенный между вторым выводом управляемого сопротивления и вторым выводом ключевой схемы, следящая схема,

подключенная первым и вторым входами соответственно, к третьему и четвертому выводам ключевой схемы, а выходом соединенная с входом управления управляемого сопротивления, функциональный преобразователь, включенный между входом управления управляемого сопротивления и первым входом сумматора, а также усилитель, подключенный входом к выходу сумматора, источник мощности подогрева и

последовательно соединенные регистратор и подогреватель, имеющий термический контакт с датчиком, выполненным в виде полупроводникового терморезистора с косвенным подогревом и включенным в цепь

отрицательной обратной связи операционного усилителя, второй вход сумматора соединен с пятым выводом ключевой схемы, шестой и седьмой выводы которой соединены соответственно с входом регистратора и

выходом источника мощности подогрева, подключенного управляющим входом к выходу усилителя.

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить чувствиА тельность и точность измерений термоане- мометрического устройства. Перед измере- нием скорости потока производится температурная коррекция устройства, в результате которой управляемое сопротивление 2 по величине остается равным сопротивлению термодатчика 3 при температуре среды. Подогреватель 4 подключается к источнику 10 мощности, а выход операционного усилителя 5 подключается к второму входу сумматора 8. С изменением скорости потока меняется поступающая в подогреватель мощность, регистрируемая блоком 12, отградуированным в единицах скорости потока. 1 ил. (Л XI СА) XJ СО 00