Устройство для измерения скорости и температуры потока
Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точнрсть измерения температуры и скорости потока. В первом цикле работы устройства конденсаторы 16 и 17 заряжаются до напряжения, равного по величине напряжению на первом и втором входах блока преобразования (БП), а конденсатор 18 подключается к выходу Б П. Во втором цикле работы конденсатора 16 и 17 включены встречно-последовательно и разность напряжений на них подается на выход БП, В этом цикле через открытый ключ и, преобразователь скорости и температуры потока протекает ток подогрева. В третьем и четвертом циклах работа устройства протекает аналогично первому и второму циклам соответственно . Выходные сигналы БП подаются на демодуляторы, выходные напряжения которых пропорциональны соответственно температуре скорости потока. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5!)5 6 01 P 5/12
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
8ход1
Exode
Вход 2
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (21) 4778648/10 (22) 08.01.90 (46) 23.03.92. Бюл. hL 11 (71) Л ьвовский научно-исследовательский радиотехнический институт (72) И.Ю, Шигера (53) 532.574 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР
М 1099111, кл. G 01.P 5/12, 1984.
Авторское свидетельство СССР
N . 1278724, кл. 6 01 P 5/12, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ПОТОКА (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить точность измерения температуры и скорости потока.
В первом цикле работы устройства конден1 Bx y . 5U 1721516А1 саторы 16 и 17 заряжаются до напряжения, равного по величине напряжению на первом и втором входах блока преобразования (БП), а конденсатор 18 подключается к выходу БП, Во втором цикле работы конденсатора 16 и 17 включены встречно-последовательно и разность напряжений на них подается на выход БП, В этом цикле через открытый ключ и, преобразователь скорости и температуры потока протекает ток подогрева. В третьем и четвертом циклах работа устройства протекает аналогично первому и второму циклам соответственно. Выходные сигналы БП подаются на демодуляторы, выходные напряжения которых пропорциональны соответственно температуре скорости потока. 1 з,п.ф-лы, 3 ил.
172151 б
10
25
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости и температуры воздушных и жидких потоков.
Известно устройство для измерения температуры,. содержащее последовательно соединенные и подключенные к стабилизатору тока термопреобразователь сопротивления и компенсационный резистор; блоки преобразования, усилитель переменного тока, фазочувствительный выпрямитель, резистор, функциональный ,преобразователь и генератор прямоугольных импульсов f1).
Н едостаток устройства — невозможность измерения скорости потока.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для измерения скорости и температуры газового потока, содержащее генератор опорной частоты, преобразователь скорости, преобразователь температуры, два дифференциальных усилителя, первый полосовой фильтр, подключенный к выходу первого дифференциального усилителя, высокостабиль .. и постоянный резистор, второй полосовый фильтр, два демодулятора и два регистратора, при этом к выходу генератора опорной. частоты подключены своими выводами преобразователь скорости, преобра.зователь температуры и высокостабильный постоянный резистор, второй вывод преобразователя скорости соединен с первым входом первого дифференциального усилителя, второй вывод преобразователя температуры соединен с вторым входом первого и первым входом второго дифференциальных усилителей, а второй вывод высокостабильного резистора соединен с вторым входом второго дифференциального усилителя, выход первого дифференциального усилителя через первый полосовой фильтр и первый демодулятор подключен к первому регистратору, а выход второго дифференциального усилителя через второй полосовой фильтр и второй демодулятор — к второму регистратору (2).
Недостатками известного устройства являются относительно невысокая точность измерения температуры иэ-за разомкнутой структуры канала измерения температуры и невозможность измерения скорости и температуры потоков жидкостей из-за непрямого подогрева преобразователя скорости и, как.следствие, большой требуемой мощности нагревателя.
Цель изобретения — повышение точности измерения температуры и расширение функциональных возможностей за счет иэмерения температуры и скорости жидких потоков, Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения скорости и температуры газового потока, содержащее генератор опорной частоты, преобразователь скорости и температуры потока, соединенный с высокостабильным постоянным резистором, первый и .второй демодуляторы, дополнительно введены источник напряжения, первый и второй усилители переменного тока, блок преобразования, цепочка из последовательно соединенных первого и второго резисторов обратной связи, делитель на два, первая и вторая схемы И и ключ, соединенный входом и выходом соответственно с первым и вторым выводами высокостабильного постоянного резистора, включенного между источником напряжения и преобразователем скорости и температуры потока, подключенного вторым выводом к общей шине устройства, потенциальные выводы высокостабильного постоянного резистора, преобразователя скорости и температуры потока и второго резистора обратной связи подключены соответственно, к первому, второму и третьему входам блока .преобразования, подключенного выходом через первый и второй усилители переменного тока соот- . ветственно к входам первого и второго демодуляторов, выходы которых являются соответственно выходами сигнала температуры и скорости потока, цепочка из резисторов обратной связи включена между выходом первого демодулятора и общей шиной устройства, первый и второй выходы генератора опорной частоты подключены соответственно к четвертому входу блока преобразования и входу делителя на два, пятому входу блока преобразования и первым входам первой и второй схем И, подключенных выходами соответственно к управляющему входу ключа и шестому входу блока преобразования, первый и второй выходы делителя на два подключены соответственно к второму входу второй схемы И и входу управления второго демодулятора и к второму входу первой схемы И и входу управления первого демодулятора, На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — схема блока преобразования; на фиг, 3 — диаграммы работы устройства.
На блок-схеме обозначены источник
1 напряжения, высокостабильный постоянный резистор 2, преобразователь 3 скорости-температуры, ключ 4, блок 5 преобразования, первый 6 и второй 8 усилители переменного тока. первый 7 и второй 9 де1721516 модуляторы, первый 10 и второй 11 резисторы обратной связи, генератор 12 опорной частоты, делитель 13 на два, первая 14 и вторая 15 схемы И.
Блок 5 преобразования (фиг. 2) содержит первый 16, второй 17 и третий 18 запоминающие конденсаторы; ключи 19-30;
Преобразователь 3 скорости-температуры потока соединен с высокостабильным постоянным резистором 2, ключ 4 соединен
10 входом и выходом соответственно с первым и вторым выводами высокостабильного постоянного резистора 2, включенного между источником 1 напряжения и преобразователемм 3 скорости и температуры потока, подключенного вторым выводом к общей шине устройства, потенциальные выводы высокостабильного постоянного резистора 2, преобразователя 3 скорости и температуры потока и второго резистора 11 обратной связи подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока 5 преобразования, подключенного выходом через первый 6 и второй 8 усилители пере20 менного тока соответственно к входам первого 7 и второго 9 демодуляторов, выходы которых являются соответственно выходами сигнала температуры и скорости потока, цепочка из резисторов 10 и 11 обратной
30 связи включена между выходом первого демодулятора 7 и общей шиной устройства, первый и второй выходы генератора 12 опорной частоты подключены соответственно к четвертому входу блока 5 преобразования и входу делителя 13 на два и к пятому входу блока 5 преобразования и первым входам первой 14 и второй 15 схем И, подключенных выходами соответственно к управляющему входу ключа 4 и шестому входу выходы делителя 13 на два подключены со. ответственно к второму входу второй схемы
И 15 и входу управления второго демодулятора 9 и к второму входу первой схемы И 14 и входу управления первого 7 демодулятора.
Блок 5 преобразования содержит первый 16, второй 17 и третий 18 запоминающие конденсаторы, первую 19, 21, вторую
23, 25 и третью 27, 29 пары ключей первой 50 группы, первую 20, 22 и вторую 24, 26 пару ключей второй группы и пару 28, 30 ключей третьей группы, причем первый конденсатор 16 через первую пару ключей первой группы 19, 21 подключен к первому входу
55 блока 5 преобразования, через первую пару ключей второй группы 20, 22 — к выходу блока 5 преобразования и второму ключу второй пары ключей второй группы 26, второй конденсатор 17 через вторую пару клюблока 5 преобразования, первый и второй 40 чей первой группы 23, 25 подключен к второму входу блока 5 преобразования, через вторую пару ключей второй группы 24. 26— соответственно к общему выводу блока 5 преобразования и второму ключу первой пары ключей. второй группы. Третий конденсатор 18.через третью пару ключей первой группы 27, 29 подключен соответственно к выходу и общему выводу блока 5 преобразования, через пару ключей третьей группы 28, 30 — к третьему входу блока 5 преобразования, входы управления ключей
19, 21, 23, 25, 27, 29 первой, 20; 22, 24, 26 второй и 28, 30 третьей групп, соответственно соединены с четвертым, пятым и шестым входами блока 5 преобразования, Устройство работает следующим образом.
На полупериоде t открыты ключи 19, 21, 23, 25, 27 и 29, а ключи 20, 22, 24, 26, 28 и 30 заперты. Конденсаторы 16 и 17 запоминают напряжения соответственно на первом и втором входах блока 5 преобразования, а с конденсатора t8 напряжение, запомненное в предыдущем полупериоде, подключается к выходу блока 5. На полупериоде 2 ключи
19, 21, 23, 25, 27 и 29 заперты, а ключи 20, 22, 24 и 26 открыты. При этом конденсаторы
16 и 17 включены встречно-последовательно и разность напряжений на них подается на выход блока 5, конденсатор 18 сохраняет запомненное ранее напряжение. На этом полуперйоде через открытый ключ 4 и преобразователь 3 скорости и температуры потока протекает . ток подогрева 4 д. На полупериоде 3 работа блока 5 аналогична работе на полупериоде 1, а на полупериоде
4 - аналогична работе блока 5 на полупериоде 2, эа исключением того, что ключи 28, 30 открыты и конденсатор 18 запоминает напряжение на третьем входе блока 5 преобразования, В полупериодах 1, .3, 4 через последовательно соединенные высокостабильный постоянный резистор 2 и преобразователь 3 скорости и температуры потока протекает рабочий ток! о, причем 1под >1о. На выходе блока 5 преобразования появляются прямоугольные импульсы с амплитудами- .
017 и 016+ 018 где 016, 017, 018 напряже ния на конденсаторах 16, 17 и 18.
Выходное напряжение блока 5 преобразования равно
U5 =1ойз а 2 07, (1}
813
81о+Вн где Rg, йз, R 1721516 О7 — выходное напряжение первого демодулятора 7.. Величина. сопротивления преобразователя скорости и температуры потока равна (полупериод 1, фиг. 3): йз=йр(1+ а (Т+ ЬТ), (2) где Л Т вЂ” температурный коэффициент сопротивления материала преобразователя 3 скорости и темпера гуры потока. Величина сопротивления йз при измерении скорости потока равна (полупериод 3, фиг. 3): йз-й.(1+ а Т), (3) где Т вЂ” температура перегрева преобразователя 3. Температура перегрева зависит от амплитуды импульсного тока и скорости потока. Величина сопротивления резистора 2 выбирается йг йо, Обозначивши- и + и и с й11 йю+йи учетом (1)-(3). имеем Обт-1.й.{1+ аТ)-4Ro -U7P- . loRotX Т вЂ” U7P (4) Usv - =IoRo(1+ а (Т+ ЬТ))-4Ro- Отф= - 1oRo а (Т+ ЬТ) — О7ф, . (5) Выходной сигнал блока 5 Обт поступает на электронную следящую систему, состоящую из последовательно соединенных усилителя 6 переменного тока и демодулятора 7 и поддерживающую с точностью до напряжения статизма нулевое выходное напряжение усилителя 6, т.е. Обт О. Тогда из (4) и (5) следует: U7-- - - R,à Т К т; lo (6) Оэ= КгОр/= Кг!ойо а ЬТ=Кз V, (7) где Ug — выходное напряжение демодулятора 9 V — скорость потока, т.е. выходные напряжения демодуляторов 7 и 9 пропорциональны соответственно температуре и скорости потока. При этом погрешность измерения температуры меньше, чем в известном устройстве, поскольку в канале измерения температуры введена отрицательная обратная связь (фиг. 1): выход блока 5 преобразования — усилитель б переменного тока— демодулятор 7- резисторы 10 и 11 обратной связи — третий вход блока 5 преобразования. Пусть коэффициент передачи усилителя 6 и демодулятора 7 равен К6 и К7. а делителя на резисторах 10, 11ф тогда, используя методику расчета погрешностей, запишем; Овых = К6К7 (Uex Овых g) = К6К7Овх К6К7 г Овых (8) где Uex — напряжение на выходе блока 5 (входное для усилителя 6); Овых — напряжение на третьем входе блока 5 (выходное для делителя R>p, йц). Тогда из (8) Uex Uex Овых 1+К К К6К7 1+К Кг (9) 10 где К - К6 К7 — общий коэффициент передачи усилителя 6 переменного тока и демодулятора 7 Абсолютная погрешность 15 Овых= д К ЬК=Овх г ЬК, О Овых 1. (1+ К )г а относительная Ь Овых Ь:К eblx U = y x 1, дК 20 х + = + (10) Для структуры измерительного канала температуры известного устройства Овых = К ;. Uex ("1) 25 где К, — общий коэффициент передачи канала йзмерения температуры устройства. Тогда после преобразований д Овых= дК . (12) т.е. в предлагаемом устройстве погрешность измерения температуры в 1 + К раз меньше, чем в известном. при одинаковой элементной базе Предлагаемое устройство позволяет измерять температуру и скорость потока 35 жидкости, причем вследствие прямого подогревания преобразователя 3 температуры и скорости потока и большой удельной теплоемкости жидкостей мощность подогревателя — источника 1 напряжения может 40 быть значительно меньше, чем мощность источника тока, соединенного с нагревателем, подогревающим преобразователь скорости известного устройства. Изобретение при высоком быстродействии, определяемом частотой генератора 12, используя преобразователь 3 скорости и .температуры потока и высокостабильный постоянный резистор 2, позволяет измерить температуру и скорость газового или жидкого потока, при этом погрешность измерения температуры М,1% и скорости потока Ю,5% Формула изобретения 1. устройство для измерения скорости и 55 температуры потока, содержащее генератор опорной частоты, преобразователь скорости и температуры потока, соединенный с высокостабильным постоянным резистором, первый и второй демодуляторы, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения 1721516 10 точности измерения температуры и расширения области применения, в него дополнительно введены источник напряжения, первый и второй усилители переменного тока, блок преобразования, цепочка из последовательно соединенных первого и второго резисторов обратной связи, делитель на два, первая и вторая схемы И и ключ, соединенный входом и ьыходом соответственно с первым и вторым выводами высокостабильного постоянного резистора, включенного между источником напряжения и преобразователем скорости и температуры потока. подключенного вторым выводом к общей шине устройства, потенциальные выводы высокостабильного постоянного резистора, преобразователя скорости и температуры потока и второго резистора обратной связи подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока преобразования, подключенного выходом через первый и второй усилители переменного тока соответственно к входам первого и второго демодуляторов, выходы которых являются соответственно выходами сигнала температуры и скорости потока, цепочка из резисторов обратной связи включена между выходом первого демодулятора и общей шиной устройства, первый и второй выходы генератора опорной частоты подключены соответственно к четвертому вх ду блока преобразования и входу делителя на два, пятому входу блока преобразования и первым входам первой и второй схем И, подключенных выходами соответственно к управляющему входу ключа и шестому входу блока преобразования,.первый и второй выходы делителя на два подключены соответственно к второму входу первой схемы И, 5 входу управления первого демодулятора, и второму входу второй схемы И и входу управления второго демодулятора. 2. Устройство. по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, блок преобразования. содержит 10 первый, второй и третий. запоминающие конденсаторы, первую, вторую и третью пары ключей первой группы, первую и вторую пары ключей второй группы-и пару ключей третьей группы, причем первый конденса15 тор через первую пару ключей первой группы подключен к первому входу блока преобразования, через первую пару ключей второй группы — к выходу блока преобразования и второму ключу второй пары ключей 20 второй группы, второй конденсатор через вторую пару ключей первой группы подключен к второму входу блока преобразования, через вторую пару ключей второй группы соответственно —:к общему выводу блока пре25 образования и второму ключу первой пары ключей второй группы, третий конденсатор через третью пару ключей первой группы подключен соответственно к выходу и общему выводу блока преобразования, через па30 ру ключей третьей группы — к третьему входу блока преобразования,. входы управления ключей первой, второй и третьей групп, соответственно соединены с четвертым, . пятым и шестым входами блока преобразо35 вания. 1721516 Зы.год СФф4РСМЩ Злж9 nsew py Ьиюд1ц BbNal 2, ® 13 ЙхИЖ Йюд Eg 8ыпИ75 Составитель И. Шигера Техред М. Моргейтал Корректор. В. Гирняк Редактор И. Шмакова Производственно-издательский комбинат "Патент", r. ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 949 Тираж Подиисное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раувская наб., 4/5
