Цифровой термоанемометр Советский патент 1982 года по МПК G01P5/12 

(54) ЦИФРОВОЙ ТЕРМОАНЕМОМЕТР

1.

Изобретение относится к измерительной технике И может использоваться для измерения средних ркоростей жидкостей и газов.

Известен термоанемометр, содержащий чувствительный элемент, ключевую схему, коммутатор и импульсный регулируемый источник тока, в котором чувствительный элеменг подключен на вход последовательно соединенных ключевой схемы; уст ройства сравнения и запоминающего устройства, при этом вход импульсного регулир5 мого источника тока связан с выходом запоминающего устройства, а выи-i ход - с чувствительным элементом VllОднако устройство является сложным и имеет низкую точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является цифровой термоанемометр, содержащий квари цевый генератор, нагревающую нить, подключенную к входу импульсного усвлителя, приемную термочувствительную

нить, включенную в одно йз плеч моего вой схемы, к измерительной диагонали которой подключены прямой и инверсшй входы дифференциального усвлитвпя 2j. Однако известное устройство.имеет низкую точность измерения, обусловле| ную нелинейностью, так как в нем измерение скорости осуществляется по разности времени прохождения тепловой fo метки к двум термочувствительным тям, установленшм по направлешпо движения потока и против движения, а также влиянием изменений т 4пературы, что : приводит к различным длительностям фрой, f5 тов тепловых меток, действующих на ; Термочувствительные нити.

Целью изобретения является повышение точности.

Поставленная цел,ь достигается тем, 20 что цифровой термоанемометр снабжен первым и вторым фоторвэистивными о тронами, фоторезисторы которых включены в два смежных плеча мостовой схемы масштабным усилителем, компараторЕМ, , устройством формирования импульсов стабильной длитнльности, устройством антисовпадекия, реверсивным счетчиком, преобразователем код - частота, при этом первый вход масштабного усилителя соединен с выходом дефференциального усилителя, а выход - с первым и вторым светодиодами оптронов, соединенных пара лельно и раанополярно, причем первый вход компаратора подключен к выходу диф ференциального усилителя, а выход - к первым ВХОД9М устройства формтфования импульсов стабильной длительности и уст ройства антисовпадения, выходы которого присоединены к суммирующему и вычитающему входам реверсивного осчетчика, к второму входу устройства антисовпадения подсоединен выход преобразователя код - частота, а к третьему И-четвертому тактовым входам - соответственно прямой и инверсный выходы кварцевого генератора, инверсный выход которого одновременно подключен к второму входу устройства формирования импульсов стабильной длительности, а прямой выход кварцевого генератора - к входу тактирования преобразователя код - частота, к информационным входам которого подключены выходы разрядов реверсивногр счетчика. На чертеже дрёдставлена блок схема устройства. Цифровой термоанемометр содержит нагреватель 1, приемную термочувствительную нить 2, импульсный усилитель 3 первый и второй фоторезисторные оптроны 4 и 5, дифференциальнь1й усилитель 6 масштабный усилитель 7, компаратор 8, устройство формирования импульсов стабильной длительности 9, устройство ант совпадений 1О, реверсивный счетчик 11 преобразователь код - частота 12 и кварцевый генератор 13. Фотореаисторные оптроны состоят из фоторезисторов 14 и 15 и светодиодов 16 и 17. На чертеже обозначен источник питания 18. В статическом состоянии нагреватель 1и приемная термочувствительная нить 2одним концом соединены с общей шино питанш. К второму кониу нагревателя 1 подключен выход импульсного усилителя 3, а второй конец термочувствительной нити 2 соединен в последовательную цеп с резисторами R и R,. Такое соединени реализует Мостовую схему. Резистор R является переменным, к его подвижному контакту подключен источник питания моста 18 Е... Параллельно плечам переменного резистора R подключены фоторезисторы 14 Р,, и 15 R оптронов 4 и 5. К измерительной диагонали моста подключены входы дифференциального усилителя 6, выход которого подключен к входам масштабного усилителя 7 и компаратора 8. Резисторы R и задают коэффициент передачи масштабного ycvtлителя 7, выход которого соединен с светодиодами 16 D/i и i7 Т) оптронов 4 и 5, включенньши разнополярно. Выход компаратора 8 соединен с первым входом устройства формирования импульсов стабильной длительности 9, к второму входу которого подключены инверсный выход кварцевого генератора 13, а выход фор мирователя 9 соединен с входом импульоного усилителя 3, формирующего импульс тока в нагревающей нити 1. Устройство антисовпадений 10, реверсивный счетчик 11 и преобразователь код - частота 12 представляет собой следящий цифровой частотомер, причем на первый и второй входы устройства антисовпадений 10 подключены выходы компаратора 8 и преобразователя код - частота 12. Выходы устройства антисовпадений 10 подключены к суммирующету1у и вычитающему входам реверсивного счетчика 11, а его выходы с разрядов подсоединены к информацион-. ным входам преобразователя код - частота 12, который вырабатывает в соответствии с кодом счетчика вз частоты кварцевого генератора 13частоту компенсирующую частоту следования тепловых меток от нагревателя 1 к тер ючувствительной приемной нити 2 и выделяемую в виде логических перепадов компаратора 8. Устройство антисовпадений 10 предназначается для исключения совпадений импульсов, поступающих от компаратора и преобразователя код - частота на входы реверсивного счетчика, что достигается синхронизацией сигналов импульсами кварцевого генератора, снимаемыми с прямого и инверсного выходов. Цифровой термоанемометр работает еле дующим образом. В начальный йомент (при включении устройства в работу) на нагреватель 1 от импульсного усилителя 3 поступает импульс тока, вырабатываемый по сигналу, поступающамгу на вход импульсного усилителя с выхода юрмирователя импульсов стабильной длительности 9. Этот стабильный импульс формируется по логическому перепаду 1 - О, имеющему место при Бключенми питания на выходе компаратора 8. Под действием импульса тока нагреватель 1 разогревается, и под действием потока тепловая метка уносится в направлении приемной термочувствительной нити 2. До поступления тепловой метки к термочувствительной нити мосто вая схема является сбалансированной, т.е в ее измерительной диагонали разность потенциалов равна нулю. Балансировка мостовой схемы осуществляется оптронами 4 и 5, светодиоды которых подключены к выходу масштабного усилителя 7, а фоторезисторы - к плечам мостовой схемы. Например, при изменении- темпера туры вокруг нити 2 мостовая схема разбала нсируется, на выходе дифференциального усилителя имеет место напряжение разбаланса, и далее это напряжение, усиленное Масштабным усилителем, поступает на питание светодиодов. В зависимооти от знака разбаланса зажигается один из светодиодов 161) или ITPj. оптронов 4 и 5. Величина разбаланса влияет на интенсивность свечения. Величина сопротивления освещенного фоторезисто- ра уменьшается обратно пропорционально интенсшности свечения сЬетодиода, при этом происходит снижение величины напряжения разбаланса мостовой схемы, Если скорость движения потока, переHocjnuero тепловую метку, не равна нулю то при достижении тепловой меткой термо чувствительной нити 2 мостовая схема разбалансируется. Величина напряжения разбаланса и время разбаланса зависят от онта тепловой метки. На выходе диф ферендиального усилителя, а соответстве но, и на входе компаратора 8 появляется усиленное напряжение разбаланса. На вы- ходе компаратора появляется логический перепад сигналов 1 - О, по которому вновь формируется устройствами 9 и 3 импульс разогрева нагревателя 1. В это время срабатывает устройство балансировки моста с фоторезисторами тер«1Очувствительной нитью 2, осуществляется формирование новой тепловой метки нагревателем 1.. Частота следования тепловых меток Г определяется выражением f - .. J , (1) .Vj -fc -V-to где Ьл - длительности импульса разогре ва нити 1; ty - время прохождения тепловой метки от нити 1 к нити 2; 0 - длительность фронта воздействш тепловой метки -на. нить 2. Скорость движения потока определяется в соответствии с базовым расстоянием L между нитями и частотой следования тепловых меток по следующему выражешпо в частном случае, когда скорость потока равна нулю, то тепловая метка от нагревателя 1 к нити 2 перемещается под действием конвективной теплопередачи. При этом время распространения тепловой метки становится большим (метка размывается), а фронт воздействия ее на тггь 2 удлиняется, чтоприводит к тому, что мостовая схема не может разбалансироваться на столько, чтобы на выходе дифферешгаального усилителя 6- выделился сигнал, способный переключить компаратор 8. Этому способствует оптоэлектронное устройство балансировки моста. Момент срыва генерации при нулевой скорости обтекания нитей обеспечивается соответствующим выбором коэффициента передачи масштабного усилителя 7. Предложенный цифровой термоанемометр позволяет повысить точность измерения. Формула изобретения Цифровой термоанемометр, содержащий кварцевый генератор, нагреватель, подключенный к входу импульсного усилителя, приемную термочувствительную нить, включенную в одно из плеч мостовой схемы, к измерительной диагонали которой подключены прямой и инверсивный входы дифферюнциального усилителя, о т л и чающийся тем, что, с целью по- вышения точности, он снабжен пержым и вторым ф|)тор)езистивными оптронами, фоторезисторы которых включены в два смежных плеча мостовой схекш, маоштабным усилителем, компаратором, устройством формирования импульсов стабильной длительности, устройством антисовпадения, реверсивным счетчиком, преобразователем код - частота при этом первый вход масштабного усилителя соединен с выходом дифференциального ус лителя, а выход - с первым и вторым светод йодами оптронов, соединенных параллельно и .раанополярно, причем первый вход кга«гпаратор)а подключен к выходу дифференциального усилителя, а выход к первым входам устройства формирования импульсов стабильной длительности и устройства антисовпадения, выходы которо