Устройство для динамической градуировки датчиков параметров газовых потоков

 

Использование: измерительная и поверочная техника. Сущность изобретения: градуируемый датчик 17 помещается в рабочий участок 3 и с помощью блока 7 управления режимами производится выбор режима градуировки в соответствии с типом датчика 17, который содержится в задатчиках 8, 9, 10, Блок 14 обработки и вычисления производит анализ получаемой информации в соответствии с заданной программой градуировки . 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 P 21/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ИД ЕТЕЛ Ь СТВУ (21) 4879028/10 (22) 31.10,90 (46) 07.10.92. Бюл. № 37 (71) Донецкий государственный университет (72) П.И.Савостенко и Е,Н.Сендецкий (56)ГОСТ 8223-76, Государственный специальный эталон и общесоюзная поверочная схема для средств измерения абсолютного давления, М,: Госстандарт, 1976.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1620942, кл. G 01 P 21/00, 1987.

»5U«1767444A1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ

ГРАДУИРОВКИ ДАТЧИКОВ ПАРАМЕТРОВ

ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ (57) Использование; измерительная и поверочная техника. Сущность изобретения: градуируемый датчик 17 помещается в рабочий участок 3 и с помощью блока 7 управления режимами производится выбор режима градуировки в соответствии с типом датчика

17, который содержится в задатчиках 8, 9, 10, Блок 14 обработки и вычисления производит анализ получаемой информации в соответствии с заданной программой градуировки. 1 ил.

1707444

50

Изобретение относится к измерительной и поверочной технике по измерению скорости, температуры и давления газовых сред.

Известны способы и устройства (1), позволяющие тарировать датчики давления по уровню постоянной составляющей давления. Однако в известных решениях градуируемый датчик подйер1.ается воздействию одного ил двух параметров с целью выяснения зав симости градуировочных характеристик от этих параметров, но не по полному набору аэрофизических параметров: температуре, скорости, давлению, существенных при функционировании тарируемых датчиков.

Наиболее близким по технической сущности к устройству является устройство для динамической градуировки термоанемометров (ТА) (2), содержащее заглушенную камеру, рабочий участок, соединенный с ней посредством к теноидального рупора и акустически согласованный с источником звуковых волн, подключенным через усилитель мощности к первому выходу генератора гармонических колебаний, второй выход которого, а также первый вход соединен с задатчиком скорости, второй выход задатчика скорости подключен к вентилятору, аэродинамически связанному с устройством для создания потока, а также находящиеся в рабочем участке датчик средней скорости, соединенный через измеритель звукового давления с первым Входом регистратора, датчик звукового давления, связанный через измеритель звукового давления с первым входом блока вычисления амплитуды пульсаций скорости и вторым входом генератора, датчик термоанемометра, соединенный через электронный блок термоанемомет ра и линеаризатор с устройством центрирования и с блоком интегрирования, датчики давления, температуры и влажности, подключенные через блок вычисления плотности и скорости звука и через блок вычисления амплитуды пульсаций скорости со вторым входом регистратора и с первым входом блока определения верхней граничной частоты, второй вход которого подключен к выходу блока центрирования, а выход к пятому входу регистратора, кроме того, таймер, вход которого подключен к третьему выходу генератора, первый выход — к третьему входу генератора, а второй выход — к шестому входу регистратора, к третьему входу которого подключен первый выход блока интегрирования, второй выход которого соединен с устройством центрирования, Устройство позволяет исследовать и опреде5

40 лять характеристики термоанемометрическихустройств, предназначающихся для измерения в потоках газа, однако не позволяет учесть при градуировке влияние неинформативных параметров, таких, как температра и давление, ввиду невозможности менять их величины в устройстве. Кроме того, наличие акустического сумматора и ус- тройства для создания потока приводит к появлению шума в канале, что вносит погрешность в градуировочный процесс, Целью изобретения является повышение точности градуировки и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для динамической градуировки термоанемометров, содержащее рабочий участок в виде проточного воздушного канала, конфузор которого соединен через заглушенную камеру и вентилятор с диффузором, перед которым помещается источник звуковых колебаний, акустически согласованный с рабочим участком, датчики давления, температуры, средней скорости, влажности, звукового давления, подключенные к блоку обработки и вычисления, выходы которого соединены с входами регистратора, управляемый генератор гармонических колебаний, подключенный к источнику звуковых колебаний, задатчик скорости, первый выход которого соединен с вентилятором, дополнительно вводятся блок управления режимами, задатчики температуры и давления, блоки регулирования температуры и давления, при этом, вторые выходы задатчиков скорости, температуры и давления подключены к информационным входам блока управления режимами, управляющие выходы которого через задатчики температуры и давления соединены соответственно с блоками регулирования температуры и давления, а также с входом управляемого генератора гармонических колебаний, причем выходы блока обработки и вычисления по давлению, средней скорости, температуре и соответствующие входы блоков управления режимами связаны с соответствующими входами блока управления режимами, На чертеже изображена схема устройства, где; 1 — источник звуковых колебаний, 2 — диффузор, 3 — рабочий участок, 4 — конфузор, 5 — заглушенная камера, 6 — управляемый генератор гармонических колебаний, 7 — блок управления режимами, 8 — задатчик скорости, 9 — задатчик температуры, 10— задатчик давления, 11 — вентилятор, 12— блок регулирования температуры, 13 — блок регулирования давления, 14 — блок обработки и вычисления, 15 — регистратор, 16—

1767444 обводной кана -, 7 — градуируемый датчик газовых потокс, 18 — датчик звукового давления, 19 — датчики температуры, давления и влажности, 20 — датчики средней скорости. При эт".:м градуируемый датчик 17 установлен в рабочем участке 3. В этом же сечении рабочего участка заподлицо со стенкой закреплен датчик 18 звукового давления, Акустическое согласование рабочего участка 3 осуществляется с одной стороны с помощью диффузора 2, с другой — с помощью конфузора 4 и заглушенной камеры

5. Блок 12 регулирования температуры располагается сразу за рабочим колесом вентилятора 11, причем охладитель и нагреватель размещены в одном объеме трубы.

С помощью блока 7 управления режимами осуществляется управление вентилятором через задатчик 8 скорости, блоком 12 регулирования температурой через задатчик 9 температуры, блоком 13 регулирования давления, через задатчик 10 давления и источником 1 звуковых колебаний через генератор 6 гармонических колебаний.

Вторые выходы задатчика 8 скорости, задатчика 9 температуры и задатчика 10 давления подключены к блоку 7 управления режимами. Датчики 20, 19 и 18 средней скорости температуры, давления и влажности, звукового давления, а также градуируемый датчик 17 подключены к соответствующим входам блока 14. Выходы блока 14 подключены к соответствующим входам регистратора 15, причем четыре из них соединены также с входами блока 7 управления режимами.

Устройство работае следующим образом.

Градуируемый датчик 17 помещается в рабочий участок 3 в место зависящее от вида датчика 17, например термоанемометрический датчик скорости — центр сечения, где закреплен датчик звукового давления и т,д. Далее блок 7 управления режимами выбирает режим градуировки датчика в соответствии с его типом и заданной точностью градуировки (программа каждого ее режима содержится в задатчиках 8, 9, 10).

Согласно выбранному режиму в рабочем участке 3 устанавливаются требуемые для градуировки величины физических параметров среды; средней скорости потока Чс помощью задатчика 8 скорости потока и вентилятора 11, температуры Т посредством использования задатчика 9 температуры и блока 12 регулирования температуры, абсолютного давления P с помощью эадатчика 10 давления и блока 13 регулирования давления, уровня звукового давления P и

=-const сравниваются с соответствующими

25

14 выделяется средняя U и пульсационная

30 01 составляющие. После этого средний и пульсационный сигнал регистрируются независимо друг от друга регистратором 15.

Кроме того, на один из входов регистратора

15 подается сигнал пульсационной составI

35 ляющей скорости V, получаемый путем пре40

50! пульсаций скорости V через генератор 6 гармонических колебаний и источник 1 звуковых колебаний, Информация об установленных в рабочем участке 3 величинах средней скорости, давления и температуры поступает на регистратор 15 и одновременно на входы блока 7 управления режимами. B функции блока 7 входит поддержание U и Т в процессе тарировки на заданном уровне.

Таким образом поступающие чер блок 14 на входы блока 7 сигналы V, P и Т при выполнении шага программы с V, P, Т = величинами, установленными задатчиками.

Поскольку, в рабочем участке 3 вышеуказанные параметры потока могут по разным причинам менять свои значения, описанные обратные связи корректируют выходные сигналы задатчиков 8, 9, 10 для приведения

V, P и Т в соответствие с программой.

Градуируемый датчик 17 (например датчик абсолютного давления, датчик температуры — термометр сопротивления, датчик скорости — термоанемометрический датчик), реагируя на соответствующие величины параметров среды, вырабатывает электрический сигнал U, иэ которого в блоке образования в блоке 14 обработки и вычисления, сигнала P сдатчика 19 звукового давления согласно функции:

V=P pC, где p — плотность среды, С вЂ” скорость звука и газа.

При этом величины р и С рассчитываются также аналоговым путем в блоке 14 с использованием аналоговых сигналов, адекватных величинам Т, P и влажности ц, получаемых с датчиков 20, В случае необходимости определения верхней граничной частоты амплитудно -частотной характеристики (АЧХ) градуируемого датчика блок 14 в течение времени развертки частоты генератором 6 гармонических колебаний сравнивает U co значением амплитуды пульсаций скорости V и когда разность этих величин достигает уровня 3 дБ, т.е, когда частота перестройки генератора 6 достигает верхней граничной частоты, с блока 14 на блок 15 подается сигнал 01 р в результате чего в регистраторе

15 фиксируется значение 1р, 1767444

Одновременно сигнал UfIp подается на шить погрешность градуировки, связанную блок 7 управления режимами, который в сналичиемтепловыхпульсаций,неизбежно свою очередь ьырабатывает управляющие генерируемых блоком регулирования темсигналы для задатчиков 8, 9, 10 и генера- пературы. Тепловые пульсации, непосредтора6,приводящиекдальнейшемувыпол- 5 ственно воздействуя на датчик 18 нению шагов программы градуировки, Так, звукового давления (большинство таких например, при динамической градуировке датчиков чувствительно к температуре, выдатчиков скорости согласно программе ус- зывают появление ложного сигнала на вытанавливается новое значение средней ско- ходе датчика. К тому же, они обуславливают рости Ч при поддержании Р и температуры 10 появление пульсаций давления P л (при адиТ на прежнем уровне абатическом распространении пульсаций

% = «ч -1-(i температуры), которые искажают полезный

Здесь Vi — средняя скорость на i-м шаге выходной сигнал датчика звукового давления и также вносят дополнительную поЧ -1 — скорость на предыдущем шаге; 15 грешность в определение скорости при ф" — коэффициент приращения скорости на градуировке датчиков скорости. Расположеi-м шаге. Для каждого i-го шага, т.е. для ниеблока12вэоневихревогоследалопастей каждой средней скорости Vi, находится АЧХ вентилятора и совместное расположение датчика. По выполнению всей программы в нем нагревательного и охлаждающих элеградуировки в регистраторе 15 фиксируют- 20 ментов приводит к интенсивному перемеся значения верхних граничных частот исс- щению разнотемпературных объемов газов ледуемого датчика газовых потоков при и выравниванию температуры уже на участразных значениях V, что является доста- ке обводного канала 16. точным для динамической градуировки, Изобретение может быть реализовано например, проволочных датчиков термо- 25 набазеаэродинамическойгерметичнойтруанемометра постоянной температуры, бы замкнутого цикла с цилиндрическим раЗначения коэффициента ф" и аналогич- бочим участком диаметром d «D D— Т, где ных ему коэффициентов ф и ф задаются диаметр предконфузорной части трубы; программно в задатчиках 8, 9 и 10 скорости, труба оснащена дополнительно блоком ретемпературы и давления соответственно. В 30 гулирования температуры, состоящим и об бщем случае их величины не постоянны. электрического преобразователя с тирищим из

Это обусловлено тем, что различные датчи- сторным управлением, теплорассеиваки скорости обладают разной чувствитель- тель, стандартных электронагревательных костью на одних и тех же участках устройство ЭТ-80, холодильного агрегата температурного диапазона, Чувствитель- 35 типа ФАК с рассеивающей трубчатой реность этих датчиков обычно зависит и от шеткой, причем трубки решетки расположе-величины самой скорости, так, например, ны между пластинами теплорассеивателя; для микропроволочного датчика скорости в блока регулирования давления, состоящего термоанемометре на статической градуиро- из диафрагменного компрессора типа СОвочной кривой скорости существуют участ- 40 45А и вакуумного насоса типа 3НВР-1Д. ки большой чувствительности, Изобретение позволяет обеспечить слеОчевидно, что в целях повышения быст- дующее. родействия устройства, следует варьиро- Замена акустического сумматора дифвать. величину прироста скорости (коэф- фузором 2 приводит к уменьшению искажефициента ф") так, чтобы участки большой 45 ния потока, существующего в известных чувствительности проходить с малой диск- решениях эа счет изменения сечения трубы, ретностью шагов, Аналогичный алгоритм а также к уменьшению искажения звуковых существует и при прохождении температур- волн, имевшего место в прототипе из-за ного и барического диапазонов. возбуждения высокочастотных колебаний

Присутствие акустической части в уст- 50 на выходе акустического сумматора. ройстве приводит к необходимости специ- Расположение блока регулиров альн ого расположения блока 12 регу- температуры сразу за вентилятором и сор вания лирования температуры. Блок 12 располага- вместное расположение в нем нагревающих ется в обводной части, канала 16 устройства и охлаждающих элементов позволяет сразу за вентилятором. Причем зона нагре- 55 уменьшить погрешность градуировки и вания и охлаждения в нем совмещена. Это, Улучшить быстродействие устройства, с одной стороны, приводит к уменьшению Одновременное воздействие на градуивремени установления требуемоготемпера- ровочный датчик различных параметров гатурного режима, а другой позволяет умень- зового потока и специальный подбор шага изменения этих параметров при тарировке

10 приводит к уве;и: ени.о быстродействия устройств.

Составитель Е, Никитин

Техред M.Моргентал Корректор 0, Густи

Редактор С. Кулакова

Заказ 3546 Тираж 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

Формула изобретения

Устройство для динамической градуи- 5 ровки датчиков параметров газовых потоков, содержащее рабочий участок в виде проточного канала, конфузор которого соединен через заглушенную камеру и вентилятор с диффузором, перед которы, 10 размещен источник звуковых колебаний, акустически согласованный с рабочим участком, датчики давления, температуры, средней скорости, влажности, звукового давления, подключенные к блоку обработ- 15 ки и вычисления, выходы которого соединены с входами регистратора, управляемый генератор гармонических колебаний, подключенный к источнику звуковых колебаний, задатчик скорости, первый выход 20 которого соединен с вентилятором, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия, в него дополнительно введены блок управления режимами, задатчики температуры и давления, блоки регулирования температуры и давления, RpN этом вторые выходы задатчиков скорости, температуры и давления подключены к информационным входам блока управления режимами, управляющие выходы которого через первые входы задятчиков температуры и давления связаны соответственно с блоками регулирования температуры и давления, а также с входом управляемого генератора гармонических колебаний, причем выходы блока обработки и вычисления по давлению, средней скорости, температуре и граничной частоте связаны с соответствующими входами блока управления режимами.