Поточный измеритель водности Советский патент 1980 года по МПК G01W1/00 

мощности (напряжения) питания чувствительного элемента. При этом мощность питания чувствительного элемента затрачивается не только на испарение осаждающейся воды, но и частично на теплоотдачу чувствительного элемента независимо от водности потока, причем, эта часть мощности зависит от параметров потока. Это приводит к недостаточной точности и чувствительности устройства в условиях изменчивых параметров потока, в том числе при его использовании на самолете.

Целью изобретения является повышение чувствительности и точности измерений путем непрерывной автоматической компенсации затрат мощности на конвективную теплоотдачу чувствительного элемента.

Это достигается тем, что измеритель водности снабжен дополнительной аналогичной замкнутой цепью с чувствительным элементом, защищенным от воздействия входного аэрозоля, при этом усилитель мощности этой цепи выполнен с дополнительным пропорциональным выходом переменного тока, подключенным к резистивному мосту основной цепи измерителя.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого поточного измерителя водности.

Измеритель водности содержит датчик, имеющий два чувствительных элемента в виде обмоток 1 и 2 из изолированной проволоки с термозависимым сопротивлением, размещенных на цилиндрическом основании 3. Обмотка 1 размещена в коническом углублении в торце основания 3 и служит измерительным чувствительным элементом, а обмотка 2 намотана на цилиндрической поверхности основания и служит компенсационной. В устройстве может быть использован любой аналогичный датчик, содержащий измерительный и компенсационный чувствительные элементы.

Обмотки 1 и 2 включены в плечи резистивных мостов 4 и 5 соответственно. К измерительным диагоналям мостов 4 и 5 иодключены усилители переменного напряжения 6 и 7, нагруженные на синхронные детекторы (фазочувствительные выпрямители) 8 и 9.

Переменное опорное напряжение на детекторы подается от задающего генератора 10. К выходам синхронных детекторов подключены усилители 11 и 12 постоянного напрялсения одной полярности, имеющие мощные выходные транзисторные каскады 13 и 14. При этом каскад 13 в цепи измерительного чувствительного элемента выполнен с высоким выходным сопротивлением (по схеме генератора тока), что достигается, например, включением выходного транзистора по схеме с общим эмиттером, и погружен на питающую диагональ соответствующего моста 4. К выходу каскада 14 нодключен ключевой усилитель 15 переменного напряжения задающего генератора 10, нагруженный на выходной трансформатор 16. Вторичные обмотки трансформатора 16 подключены к питающим диагоналям мостов 4 и 5, причем к мосту 4 - через переменный резистор 17 и конденсатор 18.

Питающая диагональ моста 4 либо обмотка 1 через фильтр неременного напряжения 19 подключена к регистрирующему

устройству 20.

Устройство работает следующим oujj:.зом.

Датчик 3 расположен в воздушном потоке и ориентирован обмоткой 1 навстречу нотоку. Частицы водного аэрозоля, содержащиеся в потоке, осайадаются на обмотке 1 и не обтекают обмотку 2, благодаря чему ее тепловой режим не зависит от водности потока.

Мосты 4 и 5 заранее уравновешены при сопротивлениях обмоток чувствительных элементов 1 н 2, соответствующих их одинаковой заданной рабочей температуре, йапример, 80-100°С. Синхронные детекторы

8 и 9 сфазированы таким образом, чтобы контуры 1-4-6-8-11 - 13-4 и 2-5-7- 9-12-14-15-16-5 обеснечивали отрицательную термическую обратную связь, необходимую для автоматического ноддержания баланса мостов 4 и 5 посредством регулирования тока их питания, нагревающего чувствительные элементы 1 и 2 до заданной температуры. Стабилизация заданной температуры измерительного чувствительного

элемента 1 производится постоянным управляющим напряжением выходного каскада 13, а опорного 2 - переменным управляющим напряжением выходной обмотки трансформатора 16. С другой обмотки

трансформатора 16 через конденсатор 17 и реостат 18 на питающую диагональ моста 4 поступает переменное напряжение, величина которого, вследствие большого выходного сопротивления каскада 13, не зависит

от его выходного тока.

С помощью реостата (переменного резистора) 17 величина переменного напряжения питания моста 4 устанавливается такой, чтобы мост 4 был сбалаисирован в условиях сухого потока при нулевом токе каскада 13. При изменениях параметров потока этот баланс достаточно точно сохраняется, так как при этом и потери тепла с обоих чувствительных элементов, и переменные напрял ения, и соответствующие мощиости их питания меняются пропорционально друг другу.

Таким образом, в сухом потоке постоянное напрял ение питания моста 4 и чувствительного элемента 1 равно нулю. Наличие в потоке водного аэрозоля вызывает донолнитсльные потери тепла с чувствительного элемента 1 на нагревание и испарение осал дающейся воды. При этом мощность неременного напряжения оказывается недостаточной для поддержания его заданной температуры, п баланс моста 4 восстанавливается за счет постоянного управляющего тока выхода каскада 13. На чувствительном элементе 1 выделяется мощность, равная сумме мощностей переменной и постоянной составляющих тока, причем мощность переменной составляющей компенсирует конвективную теплоотдачу чувствительного элемента, а мощность постоянного тока - затраты тепла на нагревание и испарение осаждающейся воды. Если рабочая температура чувствительного элемента достаточно высокая, чтобы обеспечить испарение всей осаждающейся воды в заданных условиях измерений, то мощность постоянного тока на обмотке чувствительного элемента 1 равна

Р z г/, - - 0,24:SVLWB, R-c

где i - постоянная составляющая тока чувствительного элемента;

и - постоянная составляющая падения напряжения на нем: V iRi; RT - сопротивление чувствительного элемента при рабочей температуре;

5 - приемная (нормальная к потоку) площадь чувствительного элемента;

V - скорость потока;

L - удельная теплота парообразования воды при температуре потока;

W - водность;

8 - коэффициент захвата чувствительного элемента, равный единице для использованного датчика; 0,24 дж/кал - механический эквивалент теплоты.

Регистрирующее устройство 20 регистрирует постоянную составляющую напряжения на чувствительном элементе 1, а фильтр 19 на его входе подавляет переменкую составляющую.

Формула изобретения

Поточный измеритель водности, содержащий чувствительный элемент с термозависимым сопротивлением, включенный в замкнутую цепь стабилизации его температуры, состоящую из резистивного моста, нуль-органа и усилителя мощности с выходом на постоянном токе, являющимся выходом измерителя, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности, он снабжен дополнительной аналогичной замкнутой цепью с чувствительным элементом, защищенным от воздействия

водного аэрозоля, усилитель мощности которой выполнен с дополнительным пропорциональным выходом переменного тока, подключенным к резистивному мосту основной цепи измерителя.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 2.814.948, кл. 73-170, 1957.

2.Авторское свидетельство СССР № 124684, кл. G 01W 1/00, 1959.