Термоанемометр

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения скорости потока. Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик термоанемометров. В термоанемометр, содержащий чувствительный элемент и усилитель обратной связи, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь 15, операционный усилитель 17 и дополнительные четыре входа , что позволило производить настройку термоанемометра ЭВМ, производить измерение динамической характеристики чувствительного элемента, работать как в режиме постоянной температуры, так и в режиме постоянного тока 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РесПУБлик (я)5 G 01 Р 5/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4724428/10 (2 2) 31.07.89 (46) 30.0б.91.Бюл.№ 24 (71) Казанский авиационный институт им.А.H.Туполева (72) А.Ф,Зубрилов, В.Л,Романовский, Д.Л.Кузнецов и Н.Н. Ковальногов (53) 532.574(088.8) (5б) Ярин Л.П.,Генкин А.Л„Кукес В.И. Термоанемометрия газовых потоков, — Л,: Машиностроение, 1983.

Савостенко П.И., Сербин С.П. Приборный комплекс для измерения турбулентных полей температуры и скорости газовых неизотермических потоков. — ПТЭ, ¹ 4, 1988, (54) TEPMOAHEMOMETP

„„SU „„1659866 А1 (57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения скорости потока. Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик термоанемометров.

В термоанемометр, содержащий чувствительный элемент и усилитель обратной связи, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь 15, операционный усилитель 17 и дополнительные четыре входа, что позволило производить настройку термоанемометра ЭВМ, производить измерение динамической характеристики чувствительного элемента, работать как в режиме постоянной температуры, так и в режиме постоянного тока. 1 ил, 1659866

20 зом

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения скорости потока, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и улучшение эксплуатационных характеристик термоанемометра.

На чертеже представлена схема предлагаемого термоанемометра, Устройство содержит дифференциальный усилитель 1 с сопротивлениями 2-5 в типовом включении, задающим коэффициент усиления каскада, к входам которого через сигнальные провода подключен чувствительный элемент 6, а к выходу через сопротивление 7 — неинвертирующий вход усилителя обратной связи 8, выход которого соединен с анодом диода 9, катод которого соединен с катодом диода 10, с первым выводом сопротивления 11 и с базой транзистора 12, коллектор которого подключен к источнику постоянного напряжения 13, а эмиттер — к второму выводу сопротивления

11, через первый силовой провод к первому контакту чувствительного элемента 6 и к аноду диода 14, катод которого соединен с первым выводом сопротивления 2; цифроаналоговый преобразователь 15, вход управления которого является пЕрвым входом термоанемометра, вход ог1орного напряжения которого подключен к второму контакту чувствительного элемента 6 через второй силовой провод и к эталонному сопротивлению 16, второй вывод которого соединен с общим проводом; операционный усилитель

17, инвертирующий вход которого соединен с первым выходом цифроаналогового преобразователя 15, неинвертирующий вход— с вторым выходом цифроаналогового преобразователя 15 и с общим проводом, а выход через сопротивление 18 соединен с инвертирующим входом усилителя обратной связи 8 и через сопротивление 19 с внутренним сопротивлением обратной связи цифроаналогового преобразователя 15; второй вход термоанемометра соединен с эталонным сопротивлением 16 и служит для подключения блока термоинвариантности; третий вход термоанемометра соединен с анодом диода 10 и служит для работы в режиме постоянного тока; четвертый вход термоанемометра соединен через сопротив. ление 20 с инвертирующим входом усилителя обратной связи 8 и,служит для измерения динамических характеристик чувствительного элемента.

Устройство работает следующим обраПосле подключения чувствительного элемента к термоанемометру, включения

55 питания и установки двоичного кода нэ первом входе терманемометра, задающего коэффициент усиления каскада 15, 17, на выходе усилителя обратной связи 8 появится положительное напряжение, отпирающее транзистор 12. При этом от источника постоянного напряжения 13 через резистор

12, чувствительный элемент и эталонное сопротивление 16 потечет ток, создающий падение напряжения U< и 0 соответственно на датчике 6 и сопротивлении 16. На выходе дифференциального усилителя 1 и на выходе операционного усилителя 17 сформируются соответственно напряжения 01-Ut * K1— = -UR и 0 ых— = Оо*Ко, где K1— дифференциальный коэффициент усиления усилителя 1, равный -1,а К, — коэффициент усиления ЦАП 15 с операционным усилителем 17, Если I -Ог I < Uo*K I, т.е, сопротивление чувствительного элемента в результате прогрева нити еще не достигло заданной величины, то большее по абсолютной величине отрицательное напряжение на инвертирующем входе усилителя 8 вызовет возрастание напряжения на его выходе и, следовательно, будет продолжаться до тех пор, пока О, не будет равно

I Uo*Ко t + Uñì, где Uом — постоянное смещение усилителя обратной связи 8, не зависящее от тока через чувствительный элемент, т,е, до тех пор, пока не будет достигнута заданная температура чувствительного элемента, На выходе термоанемометра при этом установится напряжение

0вых=Uo" Ко= UR, пропорциональное сопротивлениючувствительного элемента, так как

UR — пропорционально сопротивлению чувствительного элемента.

Изменить рабочую температуру чувствительного элемента можно, изменив код на первом входе ЦАП 15, не изменяя при этом величины эталонного сопротивления 16.

Если чувствительный элемент находится в потоке газа, то за счетдополнительноготеплообмена он охлаждается. его сопротивление уменьшается, что вызывает увеличение тока через чувствительный элемент и восстановление прежнего значения его сопротивления, а следовательно, и температуры.

Напряжение на выходе термоанемометра при этом увеличится пропорционально скорости потока. Если поток газа не является изотермическим, то к второму входу подключают блок термоинвариантности, вырабатывающий сигнал. компенсирующий температурную составляющую потока.

Процесс установки требуемой температуры чувствительного элемента осуществляется следующим образом. После включения термоанемометра на первом входе устанав1659866

Составитель А, Троицкий

Техред ММоргентал Корректор И. Муска

Редактор М. Товтин

Заказ 1840 Тираж 352 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 е ливают такой двоичный код, чтобы t Ko I < 1.

При этом ток, протекающий через чувствительный элемент, не будет его разогревать и сопротивление чувствительного элемента будет пропорционально температуре окру- 5 жающей среды, Далее измеряют выходное напряжение термоанемометра и вычисляют ток через чувствительный элемент по формуле I= 0вцх/(Ko*Riq) и сопротивление

"холодного" чувствительного элемента по 10 формуле R6=(I UBblxI +UGM)/1, Затем, увеличивая двоичный код на первом входе ЦАП 15 и используя известную зависимость сопротивления чувствительного элемента от температуры, повторяют процесс до тех пор, 15 пока R6 не будет равно R(Tp), где Тр — заданная температура чувствительного элемента.

Для измерения динамических характеристик чувствительного элемента предварительно на четвертый вход подают 20 положительное напряжение (например, с выхода ТТЛ вЂ” микросхемы), которое сформирует отрицательное напряжение на выходе усилителя 8 и закроет транзистор 12, отключая тем самым обратную связь и 25 выводя термоанемометр из режима стабилизации температуры чувствительного элемента. Затем, подавая положительное напряжение на четвертый вход, формируют заданное значение начального тока через 30 чувствительный элемент. При этом на выходе дифференциального усилителя 1 сформируется напряжение, пропорциональное току через чувствительный элемент и его сопротивлению. После этого на этом же 35 входе формируют допол нител ьн ый положительный перепад напряжения нормированной амплитуды. Это вызовет дополнительный нагрев чувствительного элемента, но не скачкообразный, а посте- 40 пенный, ввиду тепловой энергии чувствительного элемента. Изменение напряжения на выходе усилителя 1 будет отражать при этом переходный процесс установления температуры чувствительного элемента, а 45 следовательно, и его сопротивления, по которому можно судить о динамической харак-. теристике чувствительного элемента при заданном начальном значении тока и постоянных значениях температуры и скорости 50 стационарного потока.

Формула изобретения

Термоанемометр, содержащий чувствительный элемент, дифференциальный усилитель, инве.ртирующий вход котор.ого соединен с первыми выводами первого сопротивления и второго сопротивления, второй вывод первого сопротивления соединен с катодом первого диода и через первый сигнальный провод — с первым контактом чувствительного элемента, неинвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с первыми выводами третьего сопротивления, второй вывод которого соединен с общим проводом, и четвертого сопротивления, второй вывод которого соединен через второй сигнальный провод с вторым контактом чувствительного элемента, который через первый силовой провод соединен с эталонным сопротивлением, второй вывод которого соединен с общим проводом, выход дифференциального усилителя соединен с первым выводом пятого сопротивления и вторым выводом второго сопротивления, второй вывод пятого сопротивления соединен с неинвертирующим входом усилителя обратной связи, выход которого соединен с анодом второго диода, катод которого соединен с первым выводом шестого сопротивления и с базой транзистора, коллектор которого соединен с источником постоянного напряжения. а эмиттер — c вторым выводом шестого сопротивления, с анодом первого диода и через второй силовой провод — с первым контактом чувствительного элемента, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик, в него введены операционный усилитель, цифроаналоговый преобразователь, вход управления которого является вторым входом термоанемометра, вход опорного напряжения которого соединен с первым выводом эталонного сопротивления, первый выход соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, в второй выход — с общим проводом и с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым выводом седьмого сопротивления и через восьмое сопротивление — с внутренним сопротивлением обратной связи цифроаналогового преобразователя,