Устройство для динамической градуировки датчиков параметров газовых потоков Советский патент 1992 года по МПК G01P21/00 

(Л

С

Использование: измерительная и поверочная техника. Сущность изобретения: градуируемый датчик 17 помещается в рабочий участок 3 и с помощью блока 7 управления режимами производится выбор режима градуировки в соответствии с типом датчика 17, который содержится в задатчиках 8, 9, 10, Блок 14 обработки и вычисления производит анализ получаемой информации в соответствии с заданной программой градуировки. 1 ил.

X О х|

Изобретение относится к измерительной и поверочной технике по измерению скорости, температуры и давления газовых сред.

Известны способы и устройства 1, по- зволяющие тарировать датчики давления по уровню постоянной составляющей давления. Однако в известных решениях градуируемый датчик под вёрТается воздействию одного ил даух параметров с целью выяс- нения зав: симости градуировочных характеристик от этих параметров, но не по полному набору аэрофизических параметров: температуре, скорости, давлению, существенных при функционировании та- рируемых датчиков.

Наиболее близким по технической сущности к устройству является устройство для динамической градуировки термоанемометров (ТА) 2, содержащее заглушенную камеру, рабочий участок, соединенный с ней посредством ютеноидального рупора и акустически согласованный с источником звуковых волн, подключенным через усилитель мощности к первому выходу генерато- ра гармонических колебаний, второй выход которого, а также первый вход соединен с задатчиком скорости, второй выход задат- чика скорости подключен к вентилятору, аэродинамически связанному с устройст- вом для создания потока, а также находящиеся в рабочем участке датчик средней скорости, соединенный через измеритель звукового давления с первым входом регистратора, датчик звукового давления, свя- занный через измеритель звукового давления с первым входом блока вычисления амплитуды пульсаций скорости и вторым входом генератора, датчик термоанемометра, соединенный через электрон- ный блок термоанемометра и линеаризатор с устройством центрирования и с блоком интегрирования, датчики давления, температуры и влажности, подключенные через блок вычисления плотности и скорости зву- ка и через блок вычисления амплитуды пульсаций скорости со вторым входом регистратора и с первым входом блока определения верхней граничной частоты, второй вход которого подключен к выходу блока центрирования, а выход к пятому входу регистратора, кроме того, таймер, вход которого подключен к третьему выходу генератора, первый выход - к третьему входу генератора, а второй выход - к шестому входу регистратора, к третьему входу которого подключен первый выход блока интегрирования, второй выход которого соединен с устройством центрирования. Устройство позволяет исследовать и определять характеристики термоанемометриче- ских устройств, предназначающихся для измерения в потоках газа, однако не позволяет учесть при градуировке влияние неинформативных параметров, таких, как температра и давление, ввиду невозможности менять их величины в устройстве. Кроме того, наличие акустического сумматора и устройства для создания потока приводит к появлению шума в канале, что вносит погрешность в градуировочный процесс.

Целью изобретения является повышение точности градуировки и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для динамической градуировки термоанемометров, содержащее рабочий участок в виде проточного воздушного канала, конфузор которого соединен через заглушенную камеру и вентилятор с диффузором, перед которым помещается источник звуковых колебаний, акустически согласованный с рабочим участком, датчики давления, температуры, средней скорости, влажности, звукового давления, подключенные к блоку обработки и вычисления, выходы которого соединены с входами регистратора, управляемый генератор гармонических колебаний, подключенный к источнику звуковых колебаний, задатчик скорости, первый выход которого соединен с вентилятором, дополнительно вводятся блок управления режимами, задатчики температуры и давления, блоки регулирования температуры и давления, при этом, вторые выходы задатчиков скорости, температуры и давления подключены к информационным входам блока управления режимами, управляющие выходы которого через задатчики температуры и давления соединены соответственно с блоками регулирования температуры и давления, а также с входом управляемого генератора гармонических колебаний, причем выходы блока обработки и вычисления по давлению, средней скорости, температуре и соответствующие входы блоков управления режимами связаны с соответствующими входами блока управления режимами.

На чертеже изображена схема устройства, где: 1 - источник звуковых колебаний, 2 - диффузор, 3 - рабочий участок, 4 - конфузор, 5 - заглушенная камера, 6 - управляемый генератор гармонических колебаний, 7 - блок управления режимами, 8 - задатчик скорости, 9 - задатчик температуры, 10 - задатчик давления, 11 - вентилятор, 12 - блок регулирования температуры, 13 - блок регулирования давления, 14 - блок обработ- и вычисления, 15 - регистратор, 16 обводной кана;, М - градуируемый датчик газовых потоке о, 18 - датчик звукового давления, 19 -датчики температуры, давления и влажности, 20 - датчики средней скорости. При градуируемый датчик 17 установлен в рабочем участке 3. В этом же сечении рабочего участка заподлицо со стенкой закреплен датчик 18 звукового давления.

Акустическое согласование рабочего участка 3 осуществляется с одной стороны с помощью диффузора 2, с другой - с помощью конфузора 4 и заглушенной камеры 5. Блок 12 регулирования температуры располагается сразу за рабочим колесом вентилятора 11, причем охладитель и нагреватель размещены в одном объеме трубы,

С помощью блока 7 управления режимами осуществляется управление вентилятором через задатчик 8 скорости, блоком 12 регулирования температурой через задатчик 9 температуры, блоком 13 регулирования давления, через задатчик 10 давления и источником 1 звуковых колебаний через генератор 6 гармонических колебаний.

Вторые выходы задатчика 8 скорости, задатчика 9 температуры и задатчика 10 давления подключены к блоку 7 управления режимами. Датчики 20,19 и 18 средней скорости температуры, давления и влажности, звукового давления, а также градуируемый датчик 17 подключены к соответствующим входам блока 14. Выходы блока 14 подключены к соответствующим входам регистратора 15, причем четыре из них соединены также с входами блока 7 управления режимами.

Устройство работав следующим образом.

Градуируемый датчик 17 помещается в рабочий участок 3 в место зависящее от вида датчика 17, например термоанемомет- рический датчик скорости - центр сечения, где закреплен датчик звукового давления и т.д. Далее блок 7 управления режимами выбирает режим градуировки датчика в соответствии с его типом и заданной точностью градуировки (программа каждого ее режима содержится в задатчиках 8, 9, 10). Согласно выбранному режиму в рабочем участке 3 устанавливаются требуемые для градуировки величины физических параметров среды: средней скорости потока Ч с. помощью задатчика 8 скорости потока и вентилятора 11, температуры Т посредством использования задатчика 9 температуры и блока 12 регулирования температуры, абсолютного давления Р с помощью задатчика 10 давления и блока 13 регулирования давления, уровня звукового давления Р и

пульсаций скорости V через генератор 6 гармонических колебаний и источник 1 звуковых колебаний.

Информация об установленных в рабочем участке 3 величинах средней скорости, давления и температуры поступает на регистратор 15 и одновременно на входы блока 7 управления режимами. В функции блока 7 входит поддержание U и Т в процессе тарировки на заданном уровне.

Таким образом поступающие блок 14 на входы блока 7 сигналы V, Р и Т при выполнении шага программы с V, Р, Т

--const сравниваются с соответствующими

величинами, установленными задатчиками. Поскольку, в рабочем участке 3 вышеуказанные параметры потока могут по разным причинам менять свои значения, описанные обратные связи корректируют выходные

сигналы задатчиков 8, 9, 10 для приведения V, Р и Т в соответствие с программой.

Градуируемый датчик 17 (например датчик абсолютного давления, датчик температуры - термометр сопротивления, датчик

скорости - термоанемометрический датчик), реагируя на соответствующие величины параметров среды, вырабатывает электрический сигнал U, из которого в блоке

14выделяется средняя U и пульсационная Ui составляющие. После этого средний и

пульсационный сигнал регистрируются независимо друг от друга регистратором 15. Кроме того, на один из входов регистратора

15подается сигнал пульсационной состав- ляющей скорости V , получаемый путем преобразования в блоке 14 обработки и вычисления, сигнала Р с датчика 19 звукового давления согласно функции:

V-PV/эС,

где р- плотность среды, С - скорость звука и газа.

При этом величины р и С рассчитываются также аналоговым путем в блоке 14 с использованием аналоговых сигналов,

адекватных величинам Т, Р и влажности г. получаемых с датчиков 20.

В случае необходимости определения верхней граничной частоты амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) градуируемого датчика блок 14 в течение времени развертки частоты генератором 6 гармонических колебаний сравнивает U co значением амплитуды пульсаций скорости V H когда разность этих величин достигает

уровня 3 дБ, т.е. когда частота перестройки генератора 6 достигает верхней граничной частоты, с блока 14 на блок 15 подается сигнал Ufrp в результате чего в регистраторе 15 фиксируется значение tVp.

Одновременно сигнал Ufrp подается на блок 7 управления режимами, который в свою очередь ь рлбатывает управляющие сигналы для задатчиков 8, 9, 10 и генератора 6, приводящие к дальнейшему выполнению шагов программы градуировки. Так, например, при динамической градуировке датчиков скорости согласно программе устанавливается новое значение средней скорости V прл поддержании Р и температуры Т на прежнем уровне

7, У,-1-.

Здесь VI - средняя скорость на i-м шаге программы;

Vi-i - скорость на предыдущем шаге; Јiv - коэффициент приращения скорости на i-м шаге. Для каждого 1-го шага, т.е. для каждой средней скорости Л, находится АЧХ датчика. По выполнению всей программы градуировки в регистраторе 15 фиксируются значения верхних граничных частот исследуемого датчика газовых потоков при разных значениях V. что является достаточным для динамической градуировки, например, проволочных датчиков термоанемометра постоянной температуры.

Значения коэффициента §v и аналогичных ему коэффициентов fiT и fip задаются программно в задатчиках 8, 9 и 10 скорости, температуры и давлс ния соответственно. В общем случае их величины не постоянны. Это обусловлено тем, что различные датчики скорости обладают разной чувствительностью на одних и тех же участках температурного диапазона. Чувствительность этих датчиков обычно зависит и от величины самой скорости, так, например, для микропроволочного датчика скорости в термоанемометре на статической градуиро- вочной кривой скорости существуют участки большой чувствительности.

Очевидно, что в целях повышения быстродействия устройства, следует варьировать величину прироста скорости (коэффициента §v) так, чтобы участки большой чувствительности проходить с малой дискретностью шагов, Аналогичный алгоритм существует и при прохождении температурного и барического диапазонов.

Присутствие акустической части в устройстве приводит к необходимости специального расположения блока 12 регулирования температуры. Блок 12 располагается в обводной части, канала 16 устройства сразу за вентилятором. Причем зона нагревания и охлаждения в нем совмещена. Это, с одной стороны, приводит к уменьшению времени установления требуемого температурного режима, а другой позволяет уменьшить погрешность градуировки, связанную с наличием тепловых пульсаций, неизбежно генерируемых блоком регулирования температуры. Тепловые пульсации, непосредственно воздействуя на датчик 18 звукового давления (большинство таких датчиков чувствительно к температуре, вызывают появление ложного сигнала на выходе датчика. К тому же, они обуславливают

0 появление пульсаций давления (при адиабатическом распространении пульсаций температуры), которые искажают полезный выходной сигнал датчика звукового давления и также вносят дополнительную по5 грешность а определение скорости при градуировке датчиков скорости. Расположение блока 12 в зоне вихревого следа лопастей вентилятора и совместное расположение в нем нагревательного и охлаждающих эле0 ментов приводит к интенсивному перемещению разнотемпературных объемов газов и выравниванию температуры уже на участке обводного канала 16.

Изобретение может быть реализовано

5 на базе аэродинамической герметичной трубы замкнутого цикла с цилиндрическим рабочим участком диаметром d « D, где D - диаметр предконфузорной части трубы; труба оснащена дополнительно блоком ре0 гулирования температуры, состоящим из электрического преобразователя с тири- сторным управлением, теплорассеива- тель, стандартных электронагревательных устройство ЭТ-80, холодильного агрегата

5 типа ФАК с рассеивающей трубчатой решеткой, причем трубки решетки расположены между пластинами теплорассеивателя; блока регулирования давления, состоящего из диафрагменного компрессора типа СО0 45А и вакуумного насоса типа ЗНВР-1Д.

Изобретение позволяет обеспечить следующее.

Замена акустического сумматора диффузором 2 приводит к уменьшению искаже5 ния потока, существующего в известных решениях за счет изменения сечения трубы, а также к уменьшению искажения звуковых волн, имевшего место в прототипе из-за возбуждения высокочастотных колебаний

0 на выходе акустического сумматора.

Расположение блока регулирования температуры сразу за вентилятором и совместное расположение в нем нагревающих и охлаждающих элементов позволяет

5 уменьшить погрешность градуировки и улучшить быстродействие устройства.

Одновременное воздействие на градуи- ровочный датчик различных параметров газового потока и специальный подбор шага изменения этих параметров при тарировке

приводит к уве/и- ению быстродействия устройств.

Формула изобретения Устройство для динамической градуи- ровки датчиков параметров газовых потоков, содержащее рабочий участок в виде проточного канала, конфузор которого соединен через заглушенную камеру и вентилятор с диффузором, перед которьн . размещен источник звуковых колебаний, акустически согласованный с рабочим участком, датчики давления, температуры, средней скорости, влажности, звукового давления, подключенные к блоку обработ- ки и вычисления, выходы которого соединены с входами регистратора, управляемый генератор гармонических колебаний, подключенный к источнику звуковых колебаний, задатчик скорости, первый выход

которого соединен с вентипятором, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него дополнительно введены блок управления режимами, задатчики температуры и давления, блоки регулирования температуры и давления, при этом вторые выходы задатчиков скорости, температуры и давления подключены к информационным входам блока управления режимами, управляющие выходы которого через первые входы задят- чиков температуры и давления связаны со- ответствекко с блоками регулирования температуры и давления, а также с входом управляемого генератора гармонических колебаний, причем выходы блока обработки и вычисления по давлению, средней скорости, температуре и граничной частоте связаны с соответствующими входами блока управления режимами.