Термоанемометрическое устройство

 

Изобретение мож:ет использоваться ддя измерения скорости и температуры газового потоков. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения температуры и скорости как ; периодических, так и непериодических потоков, имеющих пространственную температурную неравномерность, с помощью одного датчика. На выходе уси лителя-сумматора 7 образуется усиленное напряжение, пропорциональное .разности величин сопротивления, которое должен иметь датчик 1 в режиме измерения скорости при определенной температуре и коэффициенте перегрева и сопротивления датчика при тех же условиях в действительности. Это напряжение подается на вход сопротивления 4, которое изменяет свое сопротивление так, чтобы истинное сопротивление датчика 1 в режиме i измерения равнялось требуемому. На W выходе термоанемометра 3 образуется напряжение, пропорциональное скорости , которое поступает на вход запоминающего блока 10, где присутствзет напряжение, пропорциональное скорости , а на выходе блока - пропорциональное температуре. 1 ил. ю &: 00 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (ц 4 С 01 Р 5/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К Д ВТОРСИОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3811315/24-10 (22) 30. 10. 84 (46) 30, 11.86. Бюл. № 44 (71) Институт технической теплофизики АН УССР и Опытное конструкторскотехнологическое бюро с экспериментальным производством теплофизического приборостроения Института технической теплофизики АН УССР, (72) Е.П.Дыбан, В.И.Кузнецов, Н.С.Прокопенко и Э.Я.Эпик (53) 531.767 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР . №- 650014, кл. G 01 Р 5/12, 1976.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1140045, кл. G 01 Р 5/12, 1984. (54) ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение может использоваться для измерения скорости и температуры газового потоков. Цель изобретения — уменьшение погрешности измерения температуры и скорости как периодических, так и непериодических

„„SU„„1273813 А1 потоков, имеющих пространственную температурную неравн6мерность, с помощью одного датчика. На выходе усилителя-сумматора 7 образуется усиленное напряжение, пропорциональное разности величин сопротивления, которое должен иметь датчик 1 в режиме измерения скорости при определенной температуре и коэффициенте перегрева и сопротивления датчика при тех же условиях в действительности. Это, напряжение подается на вход сопротивления 4, которое изменяет свое сопротивление так, чтобы истинное сопротивление датчика 1 в режиме измерения равнялось требуемому. На выходе термоанемометра 3 образуется напряжение, пропорциональное скорости, которое поступает на вход запоми нающего блока 10, где присутствует напряжение, пропорциональное скорости, а на выходе блока — пропорциональное температуре, 1 ил.

1273813

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения скорости и температуры газовых потоков.

Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения температуры и .скорости как периодических, так и непериодических потоков, имеющих пространственную температурную неравномерность с помощью одного 10 датчика за счет автоматического отделения информации о скорости от информации о температуре., На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. 15

Устройство состоит из датчика 1, f термометра 2 сопротивления; термоанемометра 3 постоянной температуры с электрически управляемым сопротивлением 4 и высокостабильным резисто- 20 ром 5, делителя 6 сигналов, дифференциального усилителя-сумматора 7, блока 8 компенсации, а также дополнительной цепи автоматической темпе- . ратурной самокомпенсации, состоящей 25 из запоминающих блоков 9 и 10, ключевой схемы 11 и управляющего ими коммутатора 12, причем ключевая схема 11 с подключенным к. ней датчиком

1 включена между входами термометра çî сопротивления 2 и термоанемометра 3, а запоминающие блоки 9 и 10 подключены к их выходам. Выход термометра

2 сопротивления через запоминающий блок 9, блок 8 компенсации и первый вход дифференциального усилителясумматора 7 подключен к входу электрически управляемого сопротивления

4 ° Датчик 1 через ключевую схему 11 и высокостабильный резистоР 5 под- 40 ключены к входам делителя 6 сигналов, выход которого подключен к вто-, рому входу дифференциального усилителя-сумматора 7. С выхода запоминающего блока 9 снимается сигнал, 45 пропорциональный температуре потока, а с выхода запоминающего блока 10— сигнал, пропорциональный скорости потока.

Устройство работает следующим об- 50 . разом.

Датчик 1.помещается в исследуемый поток и поочередно, в два такта, подключается ключевой схемой 11 к термометру 2 сопротивления и термо- 55 анемометру 3.

В первоначальный момент времени ,(в первый такт) коммутатор 12 выдает такой импульс сигнала, который за- < ставляет ключевую схему 11 подключить датчик 1 на вход термометра 2 сопротивления и одновременно открывает вход запоминающего блока 9, на которое начинает поступать напряжение с выхода термометра 2 сопротивления. Температурная составляющая потока, воздействуя на датчик 1, вызывает изменение его электрического сопротивления, которое термометром 2 сопротивления преобразуется в напряжение.

Датчик в режиме измерения температуры изменяет свое электрическое сопротивление по закону

R = R (1 +OUI) ht)

33 где R — сопротивление датчика 1 в . режиме измерения температуры в потоке;

Ко - сопротивление датчика 1 в режиме измерения температуо ры при температуре 0 С (измеренное заранее);

Kp — температурный коэффициент сопротивления;

ht - температура потока, С.

Соответственно на выходе термометра 2 сопротивления и на выходе запоминающего блока 9, имеющего коэффициент передачи, равный единице, присутствуют напряжения U,х и

У ы» g равные

"выход = Нбых = 1 < Ry

Но (- + где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

Блок 8 компенсации умножает посту. пающее ему на вход напряжение на коэффициент перегрева Кп датчика 1, когда он включен в режим измерения скорости, т.е. в измерительный мост термоанемометра (тот коэффициент перегрева, при котором производится предварительная градуировка по скорости датчика), для чего он включается в измерительный мост, т.е. на вход термоанемометра.

Таким образом, на выходе блока 8 компенсации получается напряжение

0»».8

1273813

= К R вых g t в,трев, 1 W,трее х

Вых, з вых.ч . пер 1 ф где R — то требуемое сопротивВ,треь ление датчика 1, которое он должен иметь при данной температуре потока bt в режиме измерения скорости, т.е.

10 будучи включенным в измерительный мост и будучи перегретым с коэффиЦиентОм К„ер ОтнОсительно потока.

Итак, на выходе блока 8 компенсации образуется напряжение Увы„8 =

К, К, треь пРопоРЦИОнальное сопротивлению К,, которое должен иметь датчик 1 в режиме измерения скорости. Это напряжение поступает на первый вход дифференциального усилителя-сумматора 7.

Какое бы напряжение в первоначальный момент времени (когда датчик 1 подключен к термометру 2 сопротивления) не поступало на второй вход дифференциального усилителя-сумматора 7 с выхода делителя сигналов 6 и какое бы при этом напряжение не образовалось на выходе термоанемометра 3, на выходе запоминающего блока 10 в первоначальный момент времени нулевое напряжение, так как запоминаю-. щий блок 10 работает в противофазе :3S (попеременно) с запоминающим блоком

9, т.е. его вход в этот момент закрыт и оно помнит напряжение,.которое было Hà его выходе до первоначального момента, т.е. нулевое,на- 40 пряжение.

В следующий момент времени (во второй такт) коммутатор 12 выдает такой импульс сигнала, который заставляет ключевую схему 11.подключить датчик 1 на вход термоанемометра (т.е. включает датчик 1 в режим измерения скорости) и одновременно закрывает вход запоминающего блока

9. При этом на выходе запоминающего 50 блока 9 остается запомненное ранее напрЯжение Пвых9 до подачи следующего открывающего вход импульса сигнала.

Следовательно, и на первый вход И дифференциального усилителя-сумматора 7 по-прежнему поступает напряжение

На второй вход дифференциального усилителя-сумматора 7 поступает в этот момент времени с выхода дели гелЯ сигналов 6 напРЯжение УВ ц, 6 образовавшееся в результате деленйя напряжения, снимаемого с датчика 1 в режиме измерения скорости, на напряжение, снимаемое с высокостабильного резистора 5 величиной

1 Ом, т.е. и, „XR w,, (Ом)

U 1в К " 1 мс. у вых6 UIÎ I I Ом

10м хК,=Kg Rw, где U — напряжение, снимаемое

ЙФ, ист с датчика 1 в режиме измерения скорости (истинное напряжение на датчике);

U ом — напряжение снимаемое

Э с высокостабильного резистора 5 величиной

1 Ом; .

R — истинное сопротивле-, Фq Ист ние датчика 1 в режиме измерения скорости; — ток, протекающий через датчик 1 в режиме измерения скорости и через высокостабильный резистор 5 (вследствие последовательного соединения датчика 1 и высокостабильного Резистора 5, а также вследствие большого входного сопротивления делителя сигналов 6 ток, протекающий через датчик 1, равен току, протекающему через высокостабильный резистор 5);

K — коэффициент пропорциональности, равный коэффициенту К,.

Таким образом, на один из входов дифференциального усилителя-сумматора 7 поступает напряжение, равное

К Ка, трев а на другой Кг R, ист у равное К, Rw, „„. (так как К = К, ) ..

Дифференциальный усилитель-сумматор 7 вычитает эти два напряже1 273813

1О

Ф Ъ, треь

ВЫК,> (< %N ист

35 ния, усиливает их разность и суммирует с напряжением К, К

Таким образом, напряжение Б цц„ „ на выходе дифференциального усилителя-сумматора 7 будет определяться формулой:

" К)с + К» Rw трез = (RN ист

W age Цс 4 9r трр где К - коэффициент усиления раз ностного сигнала дифферен. циальным усилителем-сумматором 7.

Таким образом, на выходе дифференциального усилителя-сумматора 7 образуется усиленное напряжение, пропорциональное разности величин того сопротивления R ® т, которое должен иметь датчик 1 в режиме измерения скорости при данной температуре

6t и заданном коэффициенте перегрев

К„, и того сопротивления R® пер. ст которое этот датчик при тех же усло виях имеет в действительности. Это

1 ,напряжение подается на вход электрически управляемого сопротивления 4, которое при этом изменяет свое электрическое сопротивление таким образом, чтобы истинное сопротивление датчика 1 в режиме измерения скорос" ти R равнялось требуемому знакст чению К, которое должно быть й,.трез при данной температуре потока и данном коэффициенте перегрева I(„

При этом при достаточно большом . К .нвоисходит практически полная цс температурная самокомпенсация датчика 1.

Фактически, как это известно из теории отрицательной обратной связи, первоначальная (без обратной связи) разность между К,„ „„ . и К„„

;т.е. первоначальная ошибка, с помощью обратной связи уменьшается в (1 + К с) раз и при большом К„с сводится практически к нулю.

На выходе термоанемометра 3 при этом образуется напряжение U, д, пропорциональное только скорости.

Это напряжение поступает на вход запоминающего блока 10 с коэффициентом передачи, равным единице, который во второй такт, т.е. в данный момент времени, является открытым. Таким образом, на выходе запоминающего блока 10 образуется напряжение — U >piy которое при подаче следующего, закрывающего, импульса сигнала запоминается и остаетея до приходящего за закрывающим открывающего импульса сигнала.

В последующие моменты времени датчик 1 снова подключается сначала к входу термометра 2 сопротивления, а затем — к входу термоанемометра 3

Запоминающие блоки 9 и 10, включаемые поочередно, опять запоминают соответственно сигнал, пропорциональный новой температуре, и сигнал, пропорциональный новой скорости.

Таким образом, в предлагаемом устройстве происходит периодическая автоМатическая температурная самокомпенсация датчика. При этом на выходе запоминающего олока 9 все время присутствует напряжение, пропорциональное только температуре, а на выходе запоминающего блока 10 — напряжение, пропорциональное только скорости, что позволяет одновременно получать информацию и о температуре, и о скорости исследуемого потока.

Формула изобретения

Термоанемометрическое устройство, содержащее датчик, термоанемометр постоянной температуры с включенным в измерительный мост электрически

40 управляемым сопротивлением и образцовым резистором, термометр сопротивления, а также цепь обратной связи, состоящую из последовательно подключенных к образцовому резистору делителя

f сигналов и дифференциального усилителя-сумматора, к второму входу которого подключен блок компенсации, а к выходу — управляемое сопротивление, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения скорости газового потока, в него дополнительно введена цепь автоматической температурной самокомпенсации, включающая. два запоминающих блока, ключевую схему и коммутатор, причем ключевая схема подключена своим входом к датчику, а выходами — к входам термометра сопротив12738

Составитель Ю.Мручко

Редактор Н.Швыдкая Техред П.Сердюкова Корректор И.Муска Заказ 6470/41 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/3

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4

7 ления и термоанемометра, первый запоминающий блок включен между выходом термометра сопротивления и входом блока компенсации, второй запо.. минающий блок — между выходом термо13 8 анемометра постоянной температуры и выходом устройства, а выход коммутатора подключен к управляющим входам ключевой схемы и двух запоминающих блоков.