Термоанемометр постоянной температуры

 

Изобретение относится к устройствам измерения скорости потоков газа или жидкости и может найти применение в измерительной технике и приборостроении. Устройство содержит сопротивления (1,2,3,4), одно из которых является чувствительным элементом, и усилители (5,6). Следящая система поддерживает постоянство сопротивления (а следовательно, и температуры) чувствительного элемента и сохраняет устойчивость в широком диапазоне возмущающих воздействий. Чувствительный элемент может иметь как положительный, так и отрицательный температурный коэффициент сопротивления. Технический результат: изобретение позволяет увеличить диапазон измеряемых скоростей потоков за счет повышения устойчивости следящей системы термоанемометра в более широкой полосе пропускаемых частот, а также повысить помехозащищенность. 1 ил.

Изобретение относится к области измерений скоростей потоков газа или жидкости, в частности к термоанемометрам постоянной температуры.

Известны термоанемометры постоянной температуры, содержащие мост с включенным в одно из его плеч чувствительным элементом, усилитель, вход которого подключен к измерительной диагонали моста, выход - к диагонали питания моста (см., например, \1\). Недостатками подобных термоанемометров являются: наличие синфазного напряжения в измерительной диагонали моста, приводящего к перегрузке и самовозбуждению усилителя при больших коэффициентах передачи из-за возникновения положительной обратной связи \2\, что ограничивает быстродействие и сужает диапазон измеряемых скоростей, низкая помехозащищенность из-за невозможности одновременного "заземления" источника питания моста и одного из полюсов измерительной диагонали. Эти помехи зачастую обусловлены "емкостными" токами силового трансформатора источника питания устройства.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков. Эта цель достигается введением в известную схему термоанемометра постоянной температуры второго, инвертирующего, усилителя и модификацией моста таким образом, что к выходу первого усилителя подключена цепочка, состоящая из двух последовательно соединенных сопротивлений, одно из которых является чувствительным элементом, другое - постоянным сопротивлением, другой конец цепочки подсоединен к общей точке источников питания, к которой подсоединены также неинвертирующие входы усилителей, к точке соединения сопротивлений первой цепочки подсоединена вторая цепочка, состоящая из двух последовательно соединенных постоянных сопротивлений, другой конец которой соединен с выходом второго усилителя, вход которого подключен к выходу первого усилителя, а инвертирующий вход первого усилителя подключен к точке соединения постоянных сопротивлений второй цепочки.

Устройство термоанемометра постоянной температуры поясняется чертежом фиг. 1. Оно содержит сопротивления 1, 2, 3, 4 и усилители 5, 6. Пусть чувствительным элементом является сопротивление 2 с положительным температурным коэффициентом сопротивления (например, платиновая проволока), а инвертирующий усилитель 6 имеет коэффициент усиления, равный "K". Устройство работает следующим образом. Выходной ток усилителя 5 протекает через сопротивления 1, 2, вызывает разогрев чувствительного элемента 2 и, как следствие, увеличение его сопротивления. Сопротивление 1, а также 3, 4 при этом остаются постоянными. Усилитель 6 инвертирует выходное напряжение усилителя 5 и усиливает его с коэффициентом "K". На входе усилителя 5 присутствует разностный сигнал, который при увеличении сопротивления 2 стремится к "нулю". В результате, выходной ток усилителя 5 уменьшается, разогрев сопротивления 2 прекращается и устанавливается баланс моста. Можно показать, что условием баланса является равенство: KR1R3= R2(R4-KR3-KR1), где: K - коэффициент передачи инвертирующего усилителя. При K=1, выражение принимает вид: R1R3=R2(R4-R3-R1).

Испытания следящей системы термоанемометра постоянной температуры показали, что благодаря отсутствию на входе усилителя синфазного напряжения термоанемометр сохраняет устойчивость в более широком диапазоне амплитуд и частот возмущающих воздействий на чувствительный элемент, чем в известных устройствах. Так, полоса пропускания испытанного макета устройства, составила более 10 кГц.

В предложенном устройстве могут использоваться чувствительные элементы и с отрицательным температурным коэффициентом. В этом случае чувствительный элемент включается в цепь вместо сопротивления R1.

Термоанемоментр может работать также на переменном токе и при импульсной форме напряжения без принципиальных изменений в структурной схеме, для чего необходимо лишь ввести в схему задатчик напряжения соответствующей формы.

Литература 1. Маякин В.П., Донченко Э.Г. "Электронные системы для автоматического измерения характеристик потоков жидкостей и газов", изд. Энергия, М, 1970 г.

2. Janssen J.M.L. and EnsingL., Proc.I.R.E., v. 47, N 4, 1959, p. 555.

Формула изобретения

Термоанемометр постоянной температуры, содержащий первую цепочку, состоящую из двух последовательно соединенных сопротивлений R1, R2, одно из которых является чувствительным элементом, вторую цепочку, состоящую из двух последовательно соединенных сопротивлений R3, R4, и первый усилитель, отличающийся тем, что в него введен второй, инвертирующий, усилитель, причем к выходу первого усилителя подключена первая цепочка, другой конец цепочки соединен с общей точкой питания, к которой также подсоединены неинвертирующие входы усилителей, к точке соединения сопротивлений первой цепочки подсоединена вторая цепочка, другой конец которой соединен с выходом второго усилителя, вход которого подключен к выходу первого усилителя, инвертирующий вход первого усилителя подключен к точке соединения сопротивлений второй цепочки, причем условие баланса описывается выражением KR1R3 = R2(R4 - KR3 - KR1), где K - коэффициент передачи второго инвертирующего усилителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1