Способ измерения скорости потока Советский патент 1983 года по МПК G01P5/10 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА

Изобретение относится к области измерений параметров движения текучих сред с использованием тепловых средств.

Известен способ измерения скорости потока текучей среды, заключающийся в том, что в поток помещают термочувствительный элемент, который нелрерывно греют, поддерживая постоянное значение затрачиваемой на нагрев мощности, изкюряют температуру термочувствительного элемента и по ее значению судят о скорости потока текучей среды Cl .

Недостатками этого способа являются значительная нелинейность зависимости температуры термочувствительного элемента от скорости потока ере ды, большая погрешность измерения скорости потока, обусловленная неоднозначной зависимостью температуры нагретого термочувствительного злег мента от измеряемой скорости и других, неизмеряемых, параметров текучей среды, а также ограниченный диапазон измерения скорости потока, обусловленный тем, что при значительном увеличении скорости потока падает чувствительность термоэлемента, а при малых скоростях падает точность

из-за влияния свободной конвекции среды.

Известен также способ измерения скорости потока, заключающийся в том, что чувствительный элемент приводят в колебательное движение вдоль потока и контролируют энергию взаимодействия чувствительного элемента с потоком среды, при этом как амплитуда, так и частота колебаний постоянны, а при каждом движении чувствительного элемента - термоанемометра - по направлению и против направления потока регистрируют средние по времени значения теплоотдачи. Для каждого периода колебаний вычисляют разность средних значений теплоотдачи, по которой и судят о скорости потока текучей среды 23.

Этот способ дает возможность измерения малых скоростей потока (+20 см/с) однако погрешность измерения при этом все же велика и по данным фирмы Диза электроник достигает ±5%. Это обуславливается тем, что на средние значения теплоотдачи, измеряемые термоанемометрами, влияет как температура своего теплового следа в потоке, так и температура и теплопроводность самой измеряемой среды. ;едостатком способа является такж узкий рабочий диапазон измерения, что обуслааливается переменной чув1 ствительностью термоанемометров по диапазону измерения и нарушением справедливости параболичного закона по которому аппроксимируют функцию преобразования анемометра за предел ми диапазона- измерения ±20 см/с. Цель изобретения - повышение точ ности и расширение диапазона измере НИН за счет инвариантности к парамет рам текучей среды и получения линей ной зависимости между входной и выходной величинами. Поставленная цель достигается тем что регулируют параметры колебаний чувствительного элемента до получения экстремума энергии взаимодействи при движении чувствительного §лемента по потоку, при этом скорость пото ка определяют по значениям мгновенной скорости чувствительного элемента, измеренной в моменты времени, соответствующие экстремумам. Этот способ основан на том, что теплоотдача приведенного в движение нагретого Термочувствительного элемента только в том случае минимальна в потоке текучей среды, когда скорос ти термочувствительного элемента и потока равны и одинаково направлены Суть способа заключается внепрерывном изменении скорости движения.термочувствительного элемента так, чтобы его теплоотдача поддерживалась на минимальном уровне, а применяемым при этом прибором - термоанемометром - только контролируют факт доведения теплоотдачи термочувствительного элемента до минимального уровня Линейность зависимости между скоростью потока текучей среды и скоростью движения в ней термочувствительного элемента, обусловливающая широкий диапазон измерения скорости потока, объясняется тем, что предлагАемый способ имеет те же свойства, что и методы измерения, основанные на принципе уравновешивания однородных величин, одна из которых является измеряемой, а другая - регулируемой достаточно точно известной мерой. Сообщаемое термочувствительному элементу движение может быть осущест влено по различным периодическим законам, одним из которых, достаточно просто реализуемых, является закон прямолинейных гармонических колебаний. Измерение скорости движения тер мочувствительного элемента, по значению которой судят о скорости потока, в этом случае возможно осуществить или непосредственно, например, с использованием индукционного или электростатического принципов, или косвенно - по частоте колебаний при стабилизированной их амплитуде или по амплитуде при стабилизированной их частоте. На чертеже показана блок-схема одного из устройств, реализующих способ. Устройство содержит термоанемометр 1, термочувствительный элемент 2, электромеханический преобразователь 3, экстремальный регулятор 4, датчик 5 скорости и блок б регистрации. Термочувствительный элемент 2 жестко связан с электромеханическим преобразователем 3 и подключен к термоанемометру 1. Выход термоанемометра 1 соединен с входом экстремального регулятора 4, который имеет два выхода. Первый из них - регулирующий - соединен с входом электромеханического преобразователя 3, а второй - стробирующий - соединен с управляющим входом блока б регистрации, сигнальный вход которого подключен к выходу датчика 5. скорости. Устройство работает следующим образом. Экстремальный регулятор 4 возбуждает механические колебания в электромеханическом преобразователе 3,который передает их нагретому термочувствительному элементу 2. Теплоотдача элемента 2 в этом случае зависит не только от скорости, температуры, теплопроводности и других параметров потока, но и от скорости колебательного движения самого термочувствительного элемента 2. Поскольку колебания элемента 2 направлены вдоль потока, то значения сигнала, поступающего на вход экстремального регулятора 4 с выхода термоанемометра 1, в одни полупериоды колебаний соответствуют движению элемента 2 по потоку, а в другие против. Экстремальный регулятор 4 воспринимает сигнал от термоанемометра только в те полупериоды, которые соответствуют движению элемента 2 по потоку, при этом он изменяет значение скорости движения термочувствительного элемента 2 так, чтббы этот сигнал принял экстремальное значение, что соответствует минимальной теплоотдаче термочувствительного элемента при равенстве скоростей потока и термочувствительного элемента. В момент, когда это достигнуто, экстремальный регулятор 4 выдает на управляющий ВХОД блока б регистрсщии импульс, фиксирующий на выходе этого блока мгновенное значение сигнала датчика 5 скорости. После прохождения точки экстремума в устройстве устанавливается автоколебательный режим (режим Рыскание).- вокруг точки экстремума, и скорость потока определяют по зарегистрированным в блоке