Пневматическое измерительноеуСТРОйСТВО Советский патент 1981 года по МПК G06G5/00 G01K1/20 

(54) ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Изобретение относится к пневматической измерительной технике, а более конкретно - к пневматическому датчику температуры. Известные пневматические датчики температуры, построенные по мостовой С уравновешенные и неуравновешенные) и немостовой схемам, включающие ламинарные сопротивления создают пневматическую помеху, которая модулируе полезный сигнал по амплитуде во времени, измеряемом часами fl . Расходная характеристика ламинарного сопротивления зависит от общего коэффициента сопротивления, который равен - соответст ВЫХ iTp венно )ициенты сопротивления, ха рактеризующие потери на входе и выходе и потери на трение при течении во духа через ламинарное сопротивление: E/d - отношение длины капилляра к его внутреннему диаметру. Величина зтих коэффициентов различна, так как их сумма есть функция числа Рейнольдса. Причем крутизна S-параметр, характеризуниций отношение приращения общего коэффициента сопротивления к числу Рейнольдса, на всем протяжении характеристики различная (нелинейная). Нелинейность крутизны общего коэффициента сопротивления ламинарного сопротивления определяет выражение: e/d WTP Из-за изменения (флуктуации) вязкости атмосферного воздуха изменяется в фазе отношение (2 ), изменяется (флуктуацирует) величина ламинарного сопротивления R падение давления на нем tfР и расход воздуха G через него в функции времени измеряемое часами.

В известных пневматических мостовых (уравновешенных и неуравновешенных) и немостовых схемах измерение температуры производят путем сравнения величин падения давления на ламинарном сопротивлении преобразователя и ламинарном сопротивлении сравнения Если степень нелинейности крутизны общего коэффициента сопротивления по формуле (2) обеих ламинарных, сопротивлений одинаковая, то разность их будет равна нулю или постоянной величине одного знака. Если степень нелинейности крутизны общего коэффициента сопротивления по формуле (2) обеих ламинарных сопротивлений неодинаковая, то в результате вычита:ния (сравнения одного с другим) получится во времени разностный сигнал фпуктуацирующий в фазе с фпуктацией вязкости атмосферного воздуха. Этот флуктуацирующий разностньй сигнал накладывается на полезный сигнал, модулируя его (полезный сигнал) по амплитуде, поэтому флуктуацирующий разностный сигнал назван пневматической помехой.

В результате воздействия пневматической помехи на полезный сигнал снижается во времени класс точности известных мостовых {уравновешенных и неуравновешенных) и немостовых устройств для измерения температуры до четвертого класса точности. Эта помеха имеет характерную особенность ошибка измерения температуры изменяется по величине и знаку во времени измеряемое часами, что очень сильно затрудняло применение известных устройств на пневмосопротивлениях в качестве датчика температуры в автоматическом режиме работы. .

Наиболее близким к предлагаемому является пневматический компенсационньш мост для измерения температуры с турбулентными и ламинарными сопротивлениями в смежных плечах, нолЬ-индикатор, подключенный к одной из диагоналей пневматического компенсационного мостаj и источник давления подключенньш к другой диагонали пневматического компенсационного моста.

Цель настоящего изобретения - повьш1ение точности пневматического измерительного устройстзза путем компенсации пневматической помехи.

Поставленная цель достигается за счет того, что параллельно ламинарному сопротивлению одного из плеч ,

лневматическото компенсационного моста подключены компенсационные цепи, одна из которых состоит из последовательно включенных переменного турбулентного сопротивления и ламинарного сопротивления, а другая компенсационная цепь состоит из последовательно включенных первого и второго переменных турбулентных сопротивлений и ламинарного сопротивления, причем обе компенсационные цепи размещены в камерах с постоянной, но различной температурой.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Процесс компенсации пневматической

помехи сводится к компенсации в ламинарном сопротивлении преобразователя полезного сигнала, флуктуацирующего в фазе с флуктуацией вязкости атмосферного воздуха. Для компенсации пневматической помехи необходимо, чтбы нелинейность крутизны общего коэффициента сопротивления по формуле (2 ламинарных сопротивлений - преобразователя и сравнения была одинаковой

Пневматическое измерительное устройство содержит пневматический компенсационный мост для измерения температуры с турбулентными Г и 2 и ламинарными 3 и 4 сопротивлениями в смежных плечах. Установочные размеры противоположных ламинарных сопротивлений 3 и 4 одинаковые. Размеры турбулентных сопротивлений 1 и 2 равны между собой, ноль-индикатор 5, подключенный к измерительной диагонали пневматического компенсационного моста 6, источник давления, подключенньш к другой диагонали пневматического компенсационного моста. Параллельно сопротивлению 4 подключены компенсационные цепи, одна из которых состоит из последрвательно включенных переменного турбулентного сопротивления 7 и ламинарного сопротивления 8, а другая - из последовательно включенных первого 9 И второго 10 переменш 1Х турбулентных сопротивлений и ламинарного сопротивления 11. Обе цепи размещены В камерах 12 и 13с постоянной, но различной температзфой.

При равной температуре ламинар- ных сопротивлений 3 и 4 в них нелинейность крутизны общего коэффициента сопротивления по формуле (2) одинаковая. В этом случае вместе с компенсацией полезного сигнала

компенсируется пневматическая помеха.

Когда температура ламинарного сопротивления 3 отличается от температуры ламинарного сопротивления 4, параллельно ламинарному сопротивлению сравнения пневматического компенсационного моста подключены компенсационные цепи. Для стабилизации компенсационных цепей введены камеры с постоянной температурой, которые по условиям компенсации весь диапазон температзфы измерительного устройства делят на нижнюю и верхнюю температурные зоны.

В нижней температурной зоне в камере 12 компенсацию пневматической помехи производят при помощи ком-. Ленсационной цепи, подключенной параллельно к ламинарному сопротивлению сравнения 4, и состоящей из последовательно включенных переменного турбулентного сопротивления 7, и ламинарного сопротивления 8. В ламинарном сопротивлении 3 подсчитывается пониж ение коэффициентов сопротивлени суммы входа и вьпсода / ех §вых// потери на трение E/d ур ; общий коэффициент сопротивления ё ,

На эту расчетную величину необходимо понизить указанные коэффициенты .в ламинарных сопротивлениях в плече сравнения сопротивлениями 4 и 8 мост и одновременно выравнять расход воздха в обеих ветвях моста.

Известно, что при регулировании расхода воздуха через ламинарное сопротивление в нем можно регулировать нелинейность крутизны общего коэф мциента сопротивления, но это регулирование происходит в недостаточных пределах. Для увеличения предела регулирования нелинейности крутизны общего коэффициента сопротивления ламинарного сопротивления сравнения, параллельно к последнему подключают компенсационную цепь,.состоящую из последовательно включенных переменного турбулентного сопротивления и ламинарного сопротивления. Известно, что коэффициент гидравлических потерь турбулентных сопротивлений в широком диапазоне числа Рейнольдсапостоянный, поэтому включением в компенсационную цепь переменного турбулентного сопротивления - общую расходную характеристику ламинарных сопротивлений в плече сравнения 8 и

выравнивают с расходной характеристи;кой ламинарного сопротивления - преобразователя 3. На основании расчетных устанавливают в компенсационной цепи размеры ламинарного сопротивления и пределы регулирования турбулентного сопротивления. Следовательно, с помощью компенсационной цепи с сопротивлениями 7 и 8 выравнивают падение давления в противопоставляемых плечах - измерения и сравнения; расход воздуха в обеих ветвях моста; нелинейность крутизны общего коэффициента сопротивления в ламинарных сопротивлениях-преобразователе и сравнении по формуле (2)у величину силы трения (потери на трении. Ось движка переменного турбулентного сопротивления 7 компенсационной ,цепи соединена с градуировочной темпратурной шкалой для отсчета температуры.

В верхней температурной зоне компенсацию пневматической помехи (камере З) производят с помощью другой компенсационной цепи состоящей из первого 9 и второго 10 переменных турбулентных сопротивлений и ламинарного сопротивления 11. С помощью первого переменного турбулентного сопротивлершя 9 расход воздуха через ламинарное сопротивление сравнения 4 устанавливают меньший, чем расход воздуха через ламинарное сопротивление - (преобразователя) 3 с таким расчетом, чтобы в ламинарном сопротивлении (сравнения) 4 коэффициенты сопротивления (сумма входа и выхода, потери на трение, обпщй коэффициент сопротивления) были В1лпе, чем в ламинарном сопротивлении - (преобразователе) 3. Последовательно включенные второе 10 переменное турбулентное сопротивление и ламинарное сопротивление 11 этой компеисационной цепи включают параллельно ламинарному сопротивлению (сравнеиия) 4 и компенсация пневматической помехи, теперь уже искусственно созданной, аналогична той, которая была в нижней температурной зоне. Установка меньшего расхода воздуха через ламинарное сопротивление (сравнения) 4 с помощью первого 9 переменного турбулентного сопротивления компенсационной цепи и выравнивание расхода воздуха через ламинарные сопротивления в плече срав-