Пленочный термоанемометр Советский патент 1986 года по МПК G01P5/12 

I9 Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения скорости и касательных напряжений в неизотермических потоках газа и жидкости исследованиях в аэродинамике,гидравлике, вентиляционной технике. По основному авт.свид. № 770349 пленочный термоанемометр содержит терморезистивные пленки, одна из которых присоединена к первой следящей системе и нанесена на дизлектрическую подложку, покрытую заноггню слоем диэлектрика, на которьШ нанесена другая терморезистивная пленка, подключенная ко второй электрической следящей системе. Известный термоанёмомент не позволяет осуществить автоматическую компенсацию показаний при изменении температуры nOTOKia газа и жидкости, что, в свою очередь, не позволяет производить измерения скорости или касательного напряжения в потоках с быстроизменяющейся во времени температурой и ухудшает точность измерений в потоках с 14едленно меняющейся температурой. Целью предлагаемого изобретения является повышение точности за счет обеспечение автоматической температурной компенсации. Для достижения поставленной цели в пленочном термоанемометре на слой диэлектрика нанесены две дополнительные терморезистивные пленки, которые подключены соответственно к первой и второй электрическим следящим системам. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. Пленочный термоанемометр содержит ;две следящие системы 1, 2 и датчик 3 включающий диэлектрическую подложку 4, на которой нанесена терморезистинная пленка 5, подсоединенная электрическими проводами 6 к измерительному мосту 7 ЬЛедящей электрической системы 1, покрытая слоем диэлектрика 8, на котором расположены терморезистивные пленки 9,10 и t1. Терморезистивные пленки 9 и 10 подключены электрическими провбдами 12 и 13 к из верительному мосту 14 следящей системн 2. Терморезистивная пленка 11 подключена электрическими проводами 15 к измерительному мосту 7 следящей сиетемы 1. Измерительный мост 7 образован терморезистивными пленками 5 и 11, регулируемым резистором 16 и резистором 17. Измерительный мост 14 образован терморезистивными пленками 9 и 10, регулируемым резистором 18 и резистором 19. Выход 20 следящей системы 1 является основньм выходом устройства.Выход 21 следящей системы 2 является дополнительным выходом. Пленочный термоанемометр работает следукяцим образом. Для измерения скорости датчик 3, диэлектрическая подложка 4 которого может быть выполнена в виде клина или конуса, размещают в потоке газа или жидкости таким образом, чтобы терморезистивные хшенки 9, 10 и 11 обтекались нормально набегающим потоком и условия обтекания этих пЛенок были одинаковыми. Для измерения касательных напряжений диэлектрическая подложка 4 выполняется плоской и задельгеается заподлицо с поверхностью, при этом по7 ток обтекает пленки 9, 10 и 11 танРвкциально. Геометрические размеры, электрические сопротивления терморезистивных пленок 5,9,10 и 11 конструкция мостовых схем (7 и 14) вьшолняются таким образом, чтобы перегрев терморезистивных пленок 5 и 9, нагреваемых рабочими токами мостовьпс схем (соответственно 14 и 7) относительно потока газа был много больше, чем перегрев терморезистивных плёнок 10 и 11. В режиме измерения электрического сопротивления, при котором электрический ток мостовых схем 7 и 14 настолько мал, что практически не йарревает пленок 5,9,10 и 11, настраивают баланс сначала измерительного моста 7, а потом измерительного моста 14.. Электрические сопротивления пленок 9,10 и 5,11 связаны с температурой следующими формулами RH«°,() R.) .) (1 где R, , R и - электрические сопротивления соответственно пленок 9,10,11 и , /3° , ЭЛ я . 11 5 - температурный электрический коэффициент сопротивления материала соответственно пленок 9,10,11,5 при базисной -температуре , t - тем пература пленок в режиме измерения сопротивления (принимается равной температуре потока и одинаковой для всех пленок), При полном балансе мостовых схем 14 и 7 вьшолняются следукицие соотношенияИзменив в измерительном мосте 14 регулируемый резистор 18 в m раз, включают следящую систему 2. При этом восстанавливается баланс измер тельного моста 14 путем нагрева пле ки 9 электрическим током и вьтолняется следующее соотношение: г 9 R Затем,изменив в измерительном мо те 7 регулируемый резистор 16 в К раз, включают следящую систему 1.Пр этом восстанавливается баланс измери тельного моста 7 путем нагрева плен ки 5 электрическим током. Аналогичное соотношение запишется так; , ) - . Здесь как и в дальнейшем, пренебрегается нагревом электрическим то jcoM пленок 10 и 11. Из уравнения теплового баланса пленки 9, пренебрегая потерями теп ла вдоль пленки, зависимостью коэффициента теплоотдачи в поток газа и зависимостью коэффициента теплопередачи материала подложки от температуры, можно вьгоести условия независимости тока нагрева пленки 9 от температуры потока газа /jTg--uT;(,t) лт,-дт;(1-рл) Ь 5 S Здесь л Тд Тд - t - перегрев плёнки 9, uTj Tj - t перегрев пленки 5; дТ , дТ перегревыпленок 9 и 5 при базисной темпера туре газа Ос. 254 Подставив соотношения 10 и 9 в левые части уравнений 8 и 7 и учтя соотношения 1 и 3, которые выполняют;ся при любой температуре потока газа, |получим соотношения (1-р:1ь п ;лт;)„()-.Rc()--R., R;(i-A;tKu ;/.T;)R;(i-.,,i).K--;:j Если пленка 9 выполнена из того же материала, что и пленка 10, в &° .а пленка 5 вьтолнена из Г -10 что и пленка 11, же материала, Э;.° то уравнения можно представить в виде Г(г лт;)-к:. ()--R -li Эти «соотношения уже не будут зависеть от температуры потока газа, а значит и электрические токи, проходящие через мостовые схемы 14 и 7, не будут изменяться при изменении температуры газа. С другой стороны, электрический ток мостовой схемы 14 не будет зависеть от изменения температуры подложки, так как изменения температуры изолирунлцей подложки 4 будут скомпенсированы изменением мощности нагрева электрическим током пленки 5. Использование устройства при из- . менении скорости касательного напряжения . в потоках жидкости и газа позволяет производить измерения скорости или касательного напряжения в потоках с быстро изменякяцейся температурой потока газа или жидкости и с изменякяцейся температурой подложки (стенки), потоках с медленно меняющейся температурой применение предложенного устройства за счет автоматической температурной компенсации повьш1ает точность измерения скорости

S9595256

или касательного напряжения. В зави- Кроме того, за счет автоматизации симости от режима погрешность измере- настройки по температуре уменьшается ния можно снизить от 2 до 10 раз. время, необходимое для измерений.

ПЛЕНОЧНЫЙ ТЕРМОАНЕМОМЕТР, по основному авт. св. № 770349, о гличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, на защитный слой диэлектрика нанесень две дополнительные терморёзистивйые пленки, которые подключейь соответственно к первой и второй электрич еским следящим системам. W с СО ел со ел ю ел