Устройство для измерения скорости потока газа Советский патент 1978 года по МПК G01P5/10 

1

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения скоростей газовых потоков.

Известны термоанемометрические датчики, предназначенные для измерения скоростей потоков газа, содержащие теплопередающий элемент в ввде тонкой проволоки, помещенной в заданную точку потока, импульсные линии, источник питания и державку Н-л

Недостатком этих устройств является низкие чувствительность и точность измерений, нелинейная зависимость выходного сигнала от скорости потока.

Ближайшим к изобретению по технической сущности является устройство для измерения скорости потока газа, содержащее составной корпус, имеющий хвостовую часть, носовую часть, «выполненную в виде тела с обтекаемым ребром атаки из стойкого против эрозии материала и содержащую холодный спай датчи- ка температуры, среднюю рабочую часть, в полости которой размешены нагреватель и горячий спай датчика температуры L2J.

Однако указанное устройство имеет недостаточную точность измерения скорости неустаиовивщегося потока газа из-за высокой тепловой инерции средней рабочей части в виде металлического блока и холодного спая датчика температуры, расположенного в носовой части корпуса.

Для повышения точности измерения при неустановившемся потоке газа в предлагаемом устройстве средняя рабочая часть выполнена в виде теплоизолирующего блока с металлической мембраной, ограничивающей рабочую .полость и контактирующей с установленным в полости блока тензодатчиком перем&шения, при этом холодный спай датчика температуры может быть помещен в металлический вкладыш, выполненный из материала с большим значением коэффициента теплопроводности, например меди, В корпусе устройства выполнены каналы, сообщающие полость в теплоизолирующем блоке с внешней средой.

На чертеже показано описываемое устройство для изменения скорости потока газа, содержащее расположенный вдоль потока составной корпус, имеющий носовую часть 1, среднюю рабочую часть 2 и хвостовую часть 3, где средняя рабочая часть выполнена в виде теплоизолирующего блока и имеет сообшающуюся с внешней средой посредством каналов 4 полость, в которой расположены металлическая мембрана 5, контактирующий с ней датчик перемещения 6, нагреватель7, горячий спай .датчика темпе{ атуры 8, Каналы 4 служат для выравнивания давления в полости блока. Носовая часть 1 выполнена в виде тела с обтекаемым ребром атаки из сто кого против эрозии кштеркала, например каменного литья, и обеспечивает безвихревое обтекание устройства потоком газа. На поверхности носовой части имеется металлический вкладьы 9, изготовленный из материала с большим значением коэ4|фициента теплопроводности, например меди, снижающий тепловую инерцию и предохраняющий от эрозии содержащийся в нем ХСМ1ОДНЫЙ спай 10 датчика температуры. Нагреватель 7, выполненный в виде пластины, устанавливается с зазором -в полости блока под мембрарюй 5 И работает в режиме постоянной температуры, превыщаюшей температуру потока газа с коррекцией ве личины тока через него от горячего сПая дат чика температуры 8. Устройство работает следующим образом. Корпус помещают продольно в поток газа, нагреватель 7 выходит на заданный режим работы, термопара 10, включенная в цепь коррекции датчика перемещения 6, дает температуру потока, мембрана 5 изгибается в зависимости от скорости потока. Каналы 4 обеспечивают равенство давлений в потоке и в полости блока 2, горячий спай датчика температуры 8 поддерживает через нагреватель постоянство температуры на внутренней поверхности мембраны 5. При определении осредненной скорости потока газа в процессе работы устройства производится запись величины тока через нагреватель,питающийся от внещиего источника электрической энергии. Величина тока через нагреватель ха1эактеризует скорость отвода тепла от нагрейателя к потоку газа, пропорциональную скорости потока. Тепловой поток от нагревателя 7 равномерно распределяется по мембране 5 благодаря зазору и форме нагревателя, причем подавляющая часть теплового потока от нагревателя передается потоку raq, так как блок средней рабочей части 2 выполнен из материала с малым значением коэффициента теплопроводности.. На внутренней поверхности мембраны 5 режимом работы нагревателя 7 поддерживает ся постоянная температура, чему также способствует большая тепловая инерционность нагревателя, зазора и мембраны, изготовленной из материала с низким зЕШчением коэф- фи1 мента теплопроводности, например стали ЛХ18Н9Т. Мембрана 5 жестко крепится в теплоизолирующем блоке средней рабочей части 2. В результате отвода тепла потоком газа от мембраны 5 на ее внешней поверхности устанавливается температура, меньшая температуры ее внутренней поверхности. Из-за возникщего градиента температур под действием температурных деформаций мембрана 5 будет нагибаться, гфичем величина прогиба мембраны будет характеризовать скорость потока газа. Размеры мембраны выбираются так, чтобы величина прогиба ее была незначительной и не вносила возмущений в поток газа. Прогиб мембраны фиксируется датчиком перемещения 6. С целью исключения влияния температуры потока газа на величину прогиба мембраны при одной и той же скорости потока, показания датчика перемещения б -корректируются показаниями холодного спая 10 датчика температуры в аппаратуре регистрации. Влияние давления потока газа на точность измерения скорости из-за дополнительного прогиба мембраны 5устраняется наличием канала 4. По величине сигнала от датчика перемещения 6 с помощью тарировочных зависимостей определяют мгновенную скорость потока газа, характеризующую в числе прочих параметров неустановившийся поток. Величина сигнала от датчика перемещения 6дает точное, мгновенное значение скорости потока, а величина тока через нагреватель . 7характеризует грубое среднее значение скорости неустановившегося потока. При установившемся потоке газа показания скорости по величине сигнала от датчика перемещения и по величине тока через нагреватель будут одинаковыми. Формула изобретения 1.Устройство для измерения скорости потока газа, содержащее составной корпус, имеощий хвостовую часть,носовую часть,выполнен- 1ую в виде тела с обтекаемым ребром атаки из Ьтойкого против эрозии материала и содержащую холодный спай датчика температуры, среднюю рабочую часть,в полости которой размещены нагреватель и горячий спай датчика температуры, отличающееся тем, что, с целью повышен-ия точности измерения при неустановившемся потоке газа, средняя рабочая часть выполнена в виде теплоизолирующего блока с металлической мембраной, ограничивающей рабочую полость и контактирующей с установленным в этой полости тензодатчи- ком перемещения, причем рабочая полость связана с внешней средой, 2,Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что холодный спай датчика

температуры помешек в металлический вкладыш, выполненный из высокотеплопроводного металла, например меди,

Источники информации, принятые во нимание при экспертизе:

1.Горлин С. М., Слеэингер И. И. Аэромеханические измерения. М., Наука, 1964,

с. .

2.Авторское свидетельство № ЗО8363, 1Ш. q 01 Р 5/10. 1971.