Термоанемометрическое устройстводля изМЕРЕНия СКОРОСТи и РАСХОдАгАзОВОгО пОТОКА Советский патент 1981 года по МПК G01P5/12 

54) ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И РАСХОДА ГАЗОВОГО ПОТОКА церами и профилированным соплом, уст новленным перед термочувствительным элементом. На фиг. 1 изображена схема.устройства; на фиг. 2 - сечение по А-А; на фиг. 3 - электрическая схема устройства. Устройство содержит основание 1, на которс жестко укреплены четыре массивныестойки 2-5 - по две с каждой стороны от вертикальной оси симметрии основания. На плоскостях более коротких стоек 2 и 4 жестко укреплены планки б и 7. Концы термочувствительного элемента 8, выполнен ного в виде металлической струны круглого или прямоугольного сечения закреплены на плоскостях планки б и стойки 3посредством накладок 9 и 10. Концы термокомпенсационного элемента 11,также выполненного в виде тонкой метгшлич ской струны иэ того же материгша, что и термочувствительный элемент« закреплены на плоскостях планки 7 и стойки 5 посредством накладок 12 и 13. Перед окончательным закреплением концов термочувствительного элемента и компенсационной струны в них соэдается начальное напряжение растяжения, величина которого определяется расчетным путем. Терйочувствитель кый элемент в воздушный зазор магнитной системы 14, жестко закрепленной на основании 1. Компен сационная -струна расположена в воздушнсм зазоре магнитной системы 15, . также жестко закрепленном на основании. Конструкция магнитных систем 14 и 15 полностью идентична. Основание 1 установлено внутри цилиндричес кого корпуса 16, с укрепленным на торцовой стенке входным .штуцером 17 Торцовая кснлшса fd содержит выходной штуцер 19. С целью предотвращения утечки иэ корпуса прибора предусмотрена уплотнительная проклёодка 20. Направляющее сопло 21 жестко укреплено на перегсчродке 22, которая закреплена неподвижно внутри цилинщ ического корпуса. К торцовой части перегородки жестко крепится основание 1. Уплотмительная прокладк 23 предотвргоцает утечку проходящего газа в обход сопла. ; Для регшизации магнитоэлектрического способа возбуждения автоколебаний один из концов термочувствительного элемента и компенсационной струны должны быть изолированы от юснования 1 и корпуса 16; Концы термочувствительного элемента подсоединяются к входу электронного усилителя 24 с положительной обратной связью. Мостовая схема одним из плеч которого является термочувствительный элемент 8, является частью входного каскада электронного усилителя. Для разогре-i ва термочувствительного элемента.8 параллельно входу электронного усилителя включена электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных измерительного прибора 25, дросселя Др, регулировочного переменного резистора Rp и стабилизирова:нного по напряжению источника питания и. Термочувствительный элемент 8 вместе с усилителем 24 с положительной обратной связью образует струнный автогенератор с магнитоэлектрическим способом возбуждения поперечных колебаний. Концы струны, обеспечивающей температурную компенсацию, подсоединяются к входу электронного усилителя 26 с положительной обратной связью. Электрические сигналы с выходов усилителей 24 и 26 подаются, на смеситель 27, на выходе которого выделяется разностная частота, функционально связанная с измеряемым расходом газа. Значение разностной частоты может быть измерено электроннот счетным цифровым частотомером 28. Электрические сигналы с выходов усилителей 24 и 26 могут подаваться на входал цифрового электронносчетного частотомера 28, работающего в режиме измерения отношения частот. В обоих случаях показания частотомера 28 будут функционально связаны с измеряемым расходом газа и практически не зависеть от изменения температуры контролируемого газа. Устройство работает следующим образом. Термочувствительный элемент 8, являясь частотозадакяцим элементом струнного автогенератора и помещенный в непосредственной.близости от торца направляющего сопла 21, обдувается гаэовЕлч потоком. Поскольку по термочувствительному элементу 8 течет постоянный ток.разогрева, то с ростом расхода, а следовательно и скорости потока, температура термочувствительного элемента уменьшается. Изменение температурят приводит к увеличению упругой деформации термочувствительного элемента, а, следовательно, к увеличению силы его продольного натяжения и частоты поперечных автоколебаний. Компенсационная струна 11 является частотозадакяцим элементом второго автогенератора. По компенсационной струне ток подогрева не пропускается, а обтекающий ее поток газа имеет значительно меньшую скорость. Температурный коэффициент линейного расширения материала базы закрепления термочувствительного эп&лента и базы закрепления компенсационной струны одинаковы, так как они установлены на едином основании 1. Термочувствительный элемент 8

и компенсационная струна 11 изготовлены из одного и того же материала и их коэффициенты линейного расширения так же равны.

Разность частот струнных автогенераторов будет функционально..свя- . зана с изменяемым объемным расходом.

Изменение температуры газа, обтекающего термочувствительный элемент, приведет к изменению частоты автогенератора, обусловленному раз- . ностью коэффициентов линейного расшйрения материалов термочувствительного элемента и основания, а так же их различной тепловой инерционностью.

Аналогичным образом изменение 15 температуры газа вызовет также по величине изменение частоты второго автогенератора, где частотозадающим элементом является компенсационная струна.20

Если автогенераторы настроить таким образом, чтобы при отсутствии потока газа () их частоты были равны или отличались незначительно то в этом случае разность частот .. jc автогенераторов будет функционально связана с измеряемым расходом газа, . а погрешность, обусловленная изменением температуры газа, уменьшится на порядок по сравнению с устройством, содержащим только один термочувствительный элемент и соответственно один автогенератор.

При стабильной температуре контролируемого потока компенсационная струна и второй генератор могут от- 35 сутствовать.

В этом случае устройство содержит термочувствительный элемент 8, магнитную систему 14, мостовую схему, соединенную с входом электронного 0 усилителя 24..

Работа устройства осуществляется аналогично предлагаемому выше.

Устройство имеет преимущества в том, что существенно повышается 45 чувствительность устройства, поскольку разрешающая способность совремеиного частотомер а- на несколько порядков выше чувствительности пассивной модтовой схемы. Кроме того., отпадает 50 необходимость использовать измерительную схему, в виде неравновеё1ного Моста постоянного тока, обладает невысокой точностью-11я линейностью помехоустойчивостьрред- jj лагаемого устройства с частотио- . модулированным выходным сигналом значительно выше, чем помехоУстЫ чивость аналогового сигнала низкого уровня, каким является сигнгш разбаланса мостовой схемы постоянного 0 тока. Это преимущество является одним из важнейших при реализации дистанционных автоматических систем контроля и управления скоростью и расходом в условиях современного про- 65

гФ1Шленного предприятия, где обычно высок уровень индустриальных помех.

Благодаря высокой добротности ;струнных автогенераторов, высокой разрешающей способности современных средств измерения частоты и высокой помехоустойчивости частотно-модулированного электрического сигнала существенно повышается точность измере;ния скорос- и и расхода газов.

Связь устройства для измерения скорости и расхода газов с ЭВМ, упраляющей техпроцессом осуществляется через преобразователь типа частотакод, который осуществляет преобразование частоты в код практически без потери точности, чего нельзя сказать о преобразователях типа напряжение-код.

С целью повышения чувствительности и точности измерения скорости и расхода газообразных сред устройство снабжено дополнительным : направляющим существенно повышающим :скорость перемвЕвения газа в месте расположения термочувствительного элемента.

При измерениях малых расходов за счет сужения ;ю1ходной щели направлякщего сопла и высокой чувствительности струнного метода измерения удается получить высокую чувствительность функции преобразования и соответственно малую погрешность измерения. При расходах 30-50 известное устройство практически не может Gaib использовано вследствие низкой чувствительности, в то время, как предлагаемое устройство при указанных расходах обладает Приемлемой чувотвитепьиостью и малой погрешностью измерения.

Фсфмула изобретения

1. Термоаиемометрическое устройство для измерения скорости и расхода газового пЬтока, содержащее корпус, в котором размещено основание со стойками, на которых закреплены термочувствительный .и термоксялпенрационный элементы, измерительную схему и схему подогрева теЕФЮчувствительного , включсшщую стабилизированный источник питания, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, точности измерения и помехоустойчивости, термочувствительный и термокомпенсащ онный элементы выполнены в виде струн, помещенных в воздушные зазоры магнитных систем возбуждения и подключены к входам усилителей с положительной обратной связью, выходы которых через смеситель подключены к регистрирующему прибору, при этом в схему подогрева, включенную параллельно входу электронного усилителя, введены соединенные последовательно ,со стабилизированным источником питания дроссель, переменный резистор и указательный прибор. 2. Термоанемометрическое устрой. xcb mv ancMUMeipMHtiUKue устройство по п,1, отличающееся тем, что его корпус снабжен штуцерам и профилированным соплом, установленным перед термочувствительным элементом. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Туричин A.M. Электрические иэмерения неэлектрических ве измерения неэлектрических величин. Л., Энергия ; 1975, с. 354. 2. Патент США № 3114261, кл. 73-228, 1963 (прототип).

S

iO

.