ТЕРМОАНЕЛЮМЕТР ШИРОКОПОЛОСНЫЙ Советский патент 1971 года по МПК G01P5/12 

Изобретение относится к области электрических приборов для измерения скорости потоков газов и жидкостей и может быть использовано при измерении скоростей и структуры турбулентных потоков при исследовании турбин, две, аэродинамики летательных аппаратов, автомобилей и т. п.

Известны термоанемометры широкополосные с датчиками в виде металлических нитей или пленок, содержащие измерительный мост, в одно из плеч которого включен регулируемый дроссель, а входная диагональ подключена на выход суммирующего усилителя, и образующий контур автоматической стабилизации темлературы датчика усилитель обратной связи с параллельно друг другу включенными низкочастотным и высокочастотным каналами с усилителями в каждом из них и фильтрам низкой частоты в низкочастотном канале, включенном на его входе, причем вход усилителя обратной связи подключен к выходной диагонали измерительного моста, а его выход ко входу суммирующего усилителя.

К недостаткам известных устройств относятся сложность обеспечения устойчивости системы автоматического регулирования, особенно в приборах на транзисторах, что приводит либо к снижению предельного коэффициента усиления, либо к необходимости применения специальных стабилизирующих устройств, и большой уровень шумов при высоком коэффициенте усиления.

Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что оно снабжено генератором

синусоидального напряжения, включенным в контур автоматической стибилизации температуры, при этом в низкочасготном канале на вход усилителя переменного тока подсоединен выход дополнительного фильтра низких частот, ко входу которого подключен выход двухполупериодного модулятора, на выходе усилителя переменного тока включен синхронный демчодулятор, а выход каждого канала связан с регулятором коэффициента усиления.

Это позволяет улучщить устойчивость работы, снизить уровень , повысить точность измерений.

Электрическая схема описываемого термоанемометра представлена на чертеже.

Термоанемометр состоит из четырехплечего измерительного моста /, усилителя 2 обратной связи и генератора 3 синусоидального напряжения меняющейся частоты. Плечо моста 1 составляет датчик 4 вместе с соединительной линией. Резисторы постоянные, последовательно с резистором 6 включен регулируемый дроссель 7. В противоположное датчику плечо моста включен магазин проводимостей 8. Усилитель обратной связи 2, состояного 9 и высокочастотного 10 каналов и суммирующего усилителя 11, лодключен на выход моста J. Мост 1, в свою очередь, является нагрузкой суммирующего усилителя //. Низкочастотный канал 9 выполнен по схеме модулятор-усилитель перемеинщ-о тока- демодулятор. Модулятор 12 включает два компенсированных транзисторных ключа на транзисторах 13, 14 и 15, 16. Фильтры 17, 18 низких частот и трансформатор 19. Ко входу суммирующего усилителя 11 нри настройке подключается генератор 3. Прибор работает в режиме стабилизации температуры датчика 4. Это достигается тел1, что моет 1 и усилитель 2 образуют контур автоматического регулирования с отрицательной обратной связью, чюбое изменение температуры датчика 4 (следовательно, и его сопротивления) приводит к лоявлению нанряжения небаланса моста 1, которое нодается на вход усилителя 2. Это приводит к изменению выходного напряжения усилителя 2, служащего напряжением литання моста 1. Фаза усилителя 2 обратной связи такова, что нанряжение питания моста / увеличивается при уменьшении температуры датчика 4 и уменьшается при ее увеличении. Таким образом, система стремится поддержать постоянной температуру датчика 4. 1емпература датчика 4 тем к постоянной, чем больше коэффициент усиления усилителя 2 обратной связн. Величина рабочей температуры датчика устанавливается набором магазина проводимостей 8. Ма входе усилителя обратной связи сигнал небаланса моста делится на две составляющие - пизкочаетот 1ую и высокочастотную, усиливаемые соответственно усилителями 2U и 10). Прохождеиие высокочастотной составляющей в низкочастотный канал предотвращается фильтром 17 нижних частот. В зависимости от условий измерения нроизводится регулировка коэффициентов усиления низкочастотного 9 и высокочастотного 10 каналов усилителя 2 обратной связн. Коэффициент усиления низкочастотного канал 9 устанавливается минимально возможным, с точкв зрения статизма. Это позволяет получить мини.мальные низкочастотные шумы, уменьшить напряжение псмех частоты модуляции и повысить запас устойчивости системы. Коэффициент усиления высокочастотного канала устанавливается с помощью регулятора успления таккм, чтобы получить требуемую граничную частоту прибора. Низкочастотный канал 9 усилителя обратной связи вследствие применения в нем синхронного демодулятора 21 имеет фазочувствигельную характеристику. Это дает возможность измерить сопротивление датчика 4 (следовательно, и температуру потока) путем уравновешивания моста 1 с помощью магазина прозодимостей 8 при работе прибора в неавтоматическом режиме, когда мост / питается не от cviMMHpynouiero усилителя 11, а от отдельного источника. При изменении скорости потока меняется мощность, рассеиваемая датчиком 4. Так как сопротивление д.атчика 4 поддерживается поСТОЯННЫЛ1, то меняется напряжение питания моста /, которое является функцией скорости потока и служит ее мерой. Наличие и -5Дукгнвности в соединительной линии приводит к спаду частотной характерисТики прибора при сравнительно гп1зки.х: частотах. Для выравнивания частотной характеристики в смелхное с датчиком 4 плечо моста / оключен регулируемый дроссель 7, позволяюnuni скомпенсировать влияние индуктивности соединительной линии. Включение регулируемого дросселя 7 последовательно с ностоянным резнсторо.м 6 позволяет учесть при градуировке моста 1 величину активного сопротчБлепия дросселя 7 и обеспечить компенсацию для датчиков различного сопротивления при различных рабочих температурах датчи1са 4. Для пастройки величины регулируемого дросселя 7 на мост через суммирующий усилитель // нодается напряжение с генератора скпусондального напряжения меняющейся частоты. Введение в систему сипусоидальпого напряжения мепяюпгейся частоты от геператора 3 позволяет определить частотную полосу прибора. Увеличение устойчивости и снижение уровня шумов в требуемом частотном диапазоне достигается включением двухпол)пер йодного : 10д лятора 12 и синхронного демодулятора 21 в низкочастотный каиал 9 и введением отдельных регуляторов 22 и 23 коэффициентов усиления в низкочастотпый и высокочастотный каналы усилителя обратной связи, подключепием в коптур автоматической стабилизации температуры датчика 4 генератора 3 синусоидального напряжения меняющейся частоты при настройке .прибора. Включение в низкочастотный канал усилителя обратной связи двухполупериодного модулятора и синхроппого демодулятора позволяет умепьшить (разовые искажения и, следовательно, повысить предельной коэффициент усиления системы автоматического регулирования, а раздельная регулировка коэффициентов усиления ниЗКОчаетотного и высокочастотного каналов нозволяет получить оптимальные характеристики по частотному диапазону и уровню шумов. Использовапие генератора синусоидального напряження меняющейся частоты для настройки прибора позволяет точно подобрать величину иидуктивности регулируемого дросселя и определить граничную частоту прибора. Таким образом, становится возможным полностью использовать частотную полосу прибора при подключении датчиков разного сопротивления и разных соединительных линий.

Предмет изобретения

Термоанемометр шарикополосный с датчиками в виде металлических нитей или пленок, содержаидий измерительный мост, в одно из плеч которого включен регулируемый дроссель, а входная диагональ подключена на выход суммируюгцего усилителя, и образующий контур автоматической стабилизации температуры датчика усилитель обратной связи с параллельно друг другу включенными низкочастотным и высокочастотным каналами с усилителями в из них и фильтром низкой частоты в низкочастотном канале, включенном на его входе, причем вход усилителя обратной связи подключен к выходной

диагонали измерительного моста, а его выход-ко входу суммирующего усилителя, отличающийся тем, что, с целью улучшения устойчивости работы, снижения уровня шумов, позыщения точности, он снабжен генератором синусоидального напряжения, включенным з контур автоматической стабилизации температуры, при этом в низкочастотном канале на вход усилителя переменного тока подсоединен выход дополнительного фильтра низких частот, ко входу которого подключен выход двухлолупериодного модулятора, на выходе усилителя переменного тока включен синхронный демодулятор, а выход каждого канала связан с регулятором коэффициента усиления.

Ъ TL: LL ИЬ m Г ISfS lg..Ji.. I-. fl TjVb