Термоэлектрический датчик скорости потока
Использование: измерительная техника, измерение скорости газовых потоков. Сущность изобретения: половину терморезистора (ТР) из нитевидного кристалла GaAs n - типа, легированного S и Zn, размещают внутри защитного экрана, имеющего форму цилиндрического стакана. ТР подключен к переменному источнику тока и через ограничительный резистор соединен с вольтметром постоянного тока с параллельно подключенным к нему конденсатором. 2 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростей газовых потоков.
Известен термоанемометрический датчик, содержащий нагреваемый терморезистивный элемент из нитевидного полупроводникового кристалла Те, легированного серебром, подключенный в измерительную схему [1]. Его недостатком является сложность применения для работы в широком температурном диапазоне и невысокая точность. Известен термоанемометр, содержащий нагреваемый терморезистор (ТР), а также компенсационный ТР для уменьшения температурной погрешности, который принимает температуру потока за счет конвекции, но защищен от него экраном, при этом ТР включены в мостовую измерительную схему, содержащую источник тока, резисторы, измерительный прибор [2]. Недостатком термоанемометра является сложность конструкции, связанная как с установкой в потоке дополнительного конструктивного элемента - защитного экрана, так и с наличием усилителя. Кроме того, разделение элементов конструкции повышает инерционность. Цель изобретения - упрощение конструкции и снижение инерционности. Цель достигается за счет того, что в термоэлектрический датчик скорости потока, содержащий терморезистор, включенный в измерительную схему, источник тока и защитный экран, введены ограничительный резистор и вольтметр постоянного тока с параллельно подключенным к нему конденсатором, причем вольтметр постоянного тока последовательно соединен с ограничительным резистором и терморезистором, при этом защитный экран выполнен в виде цилиндрического стакана, внутри которого размещена половина терморезистора, выполненного из нитевидного кристалла GaAs n-типа, легированного S и Zn, а источник тока выполнен переменным. На фиг. 1 показана схема датчика; на фиг. 2 приведена его градуировочная характеристика. Датчик содержит чувствительный элемент в виде ТР 1, электрические выводы 2, защитный экран 3, торцовый экран 4, регулируемый источник 5 переменного тока, вольтметр 6, ограничительное сопротивление 7, конденсатор 8. Чувствительный элемент 1 выполнен из нитевидного полупроводникового кристалла (например, GaAs), к концам его присоединены методом электроимпульсной приварки золотого микропровода электрические выводы 2, часть чувствительного элемента 1 расположена внутри цилиндрического защитного экрана 3 таким образом, что он зафиксирован по оси цилиндра 3 с помощью торцового экрана 4. Характерные размеры чувствительного элемента: длина - 2/3 мм, сечение - 0,13-0,17 мм2. Цилиндрический экран 3 выполнен из керамической трубки l = 5 мм; 1 = 0,75; 2 = 1,35 мм; торцовый экран 4 - из стеклотекстолита. Работа датчика основана на следующем. При разогреве ТР переменным током и расположении его защищенной частью вверх перпендикулярно потоку на единице длины ТР выдается мощность = j, где j - действующее значение плотности тока; - удельное сопротивление материала ТР; d - диаметр кристалла. С защищенной части ТР, обмениваемой теплом с внешней средой в режиме свободной конвекции, с единицы длины ТР отводится мощность 1 = (Т - Тс), (1) где - коэффициент теплообмена в режиме свободной конвекции; Т - температура ТР; Тс - температура среды. Незащищенная часть ТР обменивается теплом с внешней средой в режиме вынужденной конвекции. Мощность, отводимая с единицы длины ТР, выразится 2=(T-Tc)1+, (2) где c, С - плотность и удельная теплоемкость среды; V - скорость потока. В отсутствие потока 1 = 2 и вдоль ТР установится однородное распределение температуры и перепад температуры Т между концами ТР равен 0. При V 0 вдоль ТР установится неоднородное распределение температуры, причем температура защищенной части будет выше температуры незащищенной части, перепад Т будет тем больше, чем выше скорость потока. Возникает термоЭДС между концами ТРU = T, (3) где - коэффициент дифференциальной термоЭДС. Напряжение через ограничительный резистор поступает на вход вольтметра и регистрируется. Переменная составляющая напряжения на концах ТР фильтруется конденсатором. Подбор значений ограничительного сопротивления и емкости С можно осуществить из условий:
R = 20 Rтр,
C , где - частота питающего тока;
U~ - напряжение источника;
U - постоянная составляющая напряжения на ТР;
Rтр, R - сопротивления ТР и ограничительного резистора. Пример конкретного исполнения. Чувствительный элемент 1 был выполнен из нитевидного кристалла GaAs n-типа, легированного S и Zn, с удельным сопротивлением 0,23 Омсм, сопротивление ненагретого ТР 500 Ом. Датчик включали в измерительную схему фиг. 1 с R = 10 кОм, С = 4 мкФ, использовали регулируемый источник 5 переменного тока с частотой 50 Гц, измерительным прибором 6 служил цифровой вольтметр В7-21. Задавали поток воздуха (до 2 м/с) с помощью специальной установки, содержащей системы подачи, регулирования, подогрева и измерения скорости потока. Градуировочный график приведен на фиг. 2 для двух температур 20 и 40 оС (кривые 9 и 10).
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2
Похожие патенты:
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при исследовании пространственных распределений скоростей жидкостных и газовых потоков
Термоанемометрическое устройство // 2017157
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потоков жидких и газообразных веществ термоанемометрическими методами
Термоанемометр // 2002269
Термоанемометр // 1789935
Приемное устройство термоанемометра // 2106638
Изобретение относится к измерению параметров движения и может быть использовано для измерения скорости движения газовоздушных потоков
Термоанемометр постоянной температуры // 2137139
Изобретение относится к устройствам измерения скорости потоков газа или жидкости и может найти применение в измерительной технике и приборостроении
Изобретение относится к области приборостроения, а именно к области измерения скорости текучих сред, и может быть использовано, в частности, для измерения расхода газа в нескольких автономных каналах
Устройство для измерения микрорасхода газа // 2201580
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению массового расхода газа и к устройству тепловых расходомеров газа, предназначенных для использования в системах контроля и регулирования расхода газа в диапазоне 0-100 мг/с при широком варьировании входной температуры газа и температуры внешней среды
Датчик термоанемометра // 2207576
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерений характеристик газовых потоков
Способ термоанемометрических измерений // 2217765
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении скорости движения газовой или жидкой среды, ее плотности, состава, а также состава и плотности твердых теплопроводных сред
Изобретение относится к области микроэлектронных и микромеханических устройств
Датчик перемещения жидкостей и газов // 2291447
Изобретение относится к области микроэлектронных и микромеханических устройств и может быть использовано в качестве датчиков расхода и изменения уровней жидкостей и газов