Устройство для измерения параметров газового потока

Устройство содержит приемник потока, в корпусе которого выполнен проточный канал с сужающим устройством, профилированный по контуру Вентури, сообщенный с одной стороны с объектом контроля, а с другой стороны - с атмосферой. Полости повышенного и пониженного давления приемника потока сообщены с соответствующими байпасными каналами, выполненными в пневмоэлектрическом преобразователе, проточная камера которого сообщена байпасными каналами с полостями повышенного давления, с глухой полостью, содержащей компенсационный анемочувствительный элемент, и через возвратный канал - с полостью пониженного давления. В байпасных каналах размещены измерительные анемочувствительные элементы, включенные в электрическую схему канала измерения массового расхода, а в возвратном канале - излучающий и приемные элементы, включенные в электрическую схему канала измерения объемного расхода. В пневмоэлектрическом преобразователе также расположен источник опорного пневматического расхода - микронагнетатель, выходы повышенного давления которого сообщены с байпасными каналами, а выход пониженного давления сообщен с проточной камерой, в которой расположены излучающий и приемные элементы, включенные в электрическую схему канала стабилизации опорного расхода, которая управляет микронагнетателем. Выходы электрических схем каналов измерения массового и объемного расходов подключены ко входам блока вторичной обработки. Изобретение является простым в реализации и позволяет одновременно получать точную, метрологически надежную информацию о массовом, объемном расходах, плотности и направлении измеряемого потока. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения параметров потока газа в открытых и закрытых каналах.

Для измерения параметров потоков газа известно большое число технических решений и вариантов построения измерителей расхода. Среди них к наиболее перспективным и широко применяемым относятся расходомеры на основе тепловых эффектов.

К группе аналогов заявленного технического решения относятся расходомеры, защищенные авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ №591698, №669195, №2086921.

Тепловой расходомер по А.С. №591698, G 01 F 1/68, опубликованный в бюл. №5 05.02.78 - [1], имеет следующую совокупность существенных признаков: напорное сопло, создающее струю, отклоняемую измеряемым контролируемым потоком, чувствительные элементы со значительными линейными размерами, источник питания и измерительные схемы. При этом терморезисторы установлены в потоке: один за пределами действия струи, а другой в зоне ее действия. В этом расходомере терморезисторы размещены непосредственно в измерительном канале расходомера, что приводит к искажению структуры потока и существенной нелинейности функции преобразования. Кроме того, здесь присутствует необходимость определения средней точки терморезисторов, а также необходимость юстировки положения измерительного терморезистора относительно оси струи при установке нуля в начале работы расходомера.

Тепловой расходомер по а.с. №669195, G 01 F 1/68, опубликованный в бюл. №23 25.06.79 - [2], содержит патрубок со встроенными в него измерительным и компенсационным полупроводниковыми термисторами, включенными в смежные плечи моста для компенсации температурной погрешности, обусловленной зависимостью коэффициента теплоотдачи измерительного термистора от величины расхода. Используемый в этом решении метод компенсации позволяет решить поставленную задачу в узком диапазоне измеряемых расходов, а постоянная корректировка коэффициента теплоотдачи требует применения системы регулирования, имеющую достаточно сложные конструкторское и схемотехническое решения.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению, взятым за прототип, является термоанемометрический датчик расхода воздуха по патенту РФ №2086921, G 01 F 1/68, опубликованный в бюл. №26 20.09.96 - [3], который содержит корпус приемника потока с расположенной внутри него воздуховода трубы Вентури, байпасный канал с сужающим устройством, измерительный термоанеморезистор, рабочая зона которого расположена в сужающем устройстве, и выпрямитель потока. Последний выполнен в виде каналов на поверхностях сужающего устройства, обращенных к рабочим плоскостям измерительного терморезистора, ориентированным вдоль потока. Датчик работает следующим образом. Протекающий внутри датчика измеряемый воздух через кольцевую щель попадает в камеру повышенного давления. Под действием перепада давления между камерами создается движение воздуха внутри сужающего устройства байпасного канала с продольными каналами. При обтекании потоком воздуха измерительного терморезистора происходит его охлаждение и связанное с этим изменение значения сопротивления терморезистора. В результате на выходе электрической схемы термоанемометрического датчика расхода воздуха формируется сигнал, однозначно связанный с измеряемым расходом.

К основным недостаткам прототипа следует отнести такие, как низкая точность измерения расхода (скорости) в диапазоне сверхмалых его значений (около 0,1..0,2 л/мин), обусловленная существенной нелинейностью функции преобразования термоанемометрического датчика; ограниченные функциональные возможности, в частности отсутствует информация о направлении движения газового потока, его плотности, объемном расходе; ограниченная надежность получаемой информации вследствие одноканального принципа построения измерителя, а также низкие эксплуатационные характеристики анемочувствительного элемента из-за высокой интенсивности износа и загрязнения пленочного преобразователя при работе с различными газовыми средами, например, в топливной аппаратуре.

Все это определяет низкую эффективность расходомера. Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое решение, заключается в повышении эффективности устройства: повышении точности, расширении функциональных возможностей, повышении надежности функционирования.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения параметров газового потока, содержащем приемник потока, в корпусе которого выполнен проточный пневматический канал, внутри которого размещено сужающее устройство, профилированное по контуру Вентури, сообщенный с одной стороны с объектом контроля, а с другой стороны с атмосферой, при этом полости повышенного и пониженного давления сообщены с соответствующими байпасными каналами, содержащими измерительные анемочувствительные элементы канала измерения массового расхода, включенные в электрическую схему измерения параметров газового потока, новым является то, что байпасные каналы выполнены в пневмоэлектрическом преобразователе, имеющем проточную камеру. Проточная камера сообщена байпасными каналами с полостями повышенного давления приемника потока, с глухой полостью, содержащей компенсационный анемочувствительный элемент канала измерения массового расхода, и с полостью пониженного давления приемника потока через возвратный канал, в котором размещены приемные и излучающий элементы канала измерения объемного расхода. При этом компенсационный анемочувствительный элемент, излучающий и приемные элементы включены в электрическую схему измерения параметров газового потока. Электрическая схема измерения параметров газового потока состоит из электрических схем канала измерения массового расхода, канала измерения объемного расхода, блока вторичной обработки и канала стабилизации опорного расхода. Входом электрической схемы измерения параметров газового потока являются входы электрических схем каналов измерения массового и объемного расхода, а выходами являются выход по направлению движения измеряемого газового потока из электрической схемы измерения массового расхода, выходы электрической схемы блока вторичной обработки по сигналам массового, объемного расходов и плотности. Выходы электрических схем канала измерения массового расхода и канала измерения объемного расхода подключены к первому и второму входам электрической схемы блока вторичной обработки соответственно.

В пневмоэлектрическом преобразователе расположен источник опорного пневматического расхода - микронагнетатель, управляемый каналом стабилизации опорного расхода. Первый и второй пневматические выходы повышенного давления микронагнетателя сообщены с байпасными каналами, а пневматический выход пониженного давления сообщен с проточной камерой, в которой расположены приемные и излучающий элементы проточной камеры, включенные в электрическую схему канала стабилизации опорного расхода.

Электрическая схема канала измерения массового расхода состоит из первого и второго измерительных и одного компенсационного анемочувствительных элементов со своими измерительными схемами, устройства коррекции и последовательно соединенных усилителя, фильтра нижних частот и нормирующего устройства, выход которого является выходом этой электрической схемы. Устройство коррекции состоит из первого и второго сравнивающих элементов, первые входы которых соединены с выходами первой и второй измерительных схем включения измерительных анемочувствительных элементов, а вторые их входы с выходом измерительной схемы включения компенсационного анемочувствительного элемента. При этом выходы сравнивающих элементов соединены с первым и вторым входами третьего сравнивающего элемента, выход которого является выходным сигналом устройства по направлению движения измеряемого газового потока. Выход с третьего сравнивающего устройства также соединен с первым входом делительного устройства, второй вход которого соединен с выходом измерительной схемы включения компенсационного анемочувствительного элемента, выход делительного устройства соединен с входом усилителя.

Электрическая схема канала измерения объемного расхода содержит генератор и излучатель с приемными элементами возвратного канала пневмоэлектрического преобразователя, первую и вторую измерительные схемы включения приемных элементов, и последовательно соединенные дифференциальный преобразователь, детектор и нормирующее устройство, выход которого является выходом этой электрической схемы. Излучатель возвратного канала пневмоэлектрического преобразователя акустически связан с приемными элементами возвратного канала пневмоэлектрического преобразователя, выходы электрических схем включения которых соединены со входами дифференциального преобразователя.

Электрическая схема канала стабилизации опорного расхода содержит генератор с излучателем проточной камеры пневмоэлектрического преобразователя, приемные элементы проточной камеры пневмоэлектрического преобразователя, акустически связанные с излучателем и включенные в свои измерительные схемы включения, и последовательно соединенные дифференциальный преобразователь, детектор, сравнивающий элемент, блок управления работой микронагнетателя, выход которого является выходом электрической схемы канала по сигналу управления работой микронагнетателя. При этом второй вход сравнивающего элемента соединен с задатчиком опорного расхода, а выходы измерительных схем включения приемных элементов подключены к соответствующим входам дифференциального преобразователя.

Электрическая схема блока вторичной обработки содержит первый и второй делительные устройства, первые входы которых являются первым входом электрической схемы, а второй вход первого делителя является вторым входом электрической схемы блока вторичной обработки, устройство умножения, первый вход которого подключен к выходу первого делительного устройства и ко второму входу второго делительного устройства и является выходом устройства по сигналу плотности газового потока, а второй вход устройства умножения подключен к выходу второго делителя. Кроме того, электрическая схема содержит устройство статистической обработки сигнала по массовому расходу, устройство статистической обработки вычисленного значения массового расхода, подключенные через первое устройство сравнения к первому устройству управления коммутатором, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, выход которого является выходом устройства по сигналу массового расхода. При этом вход устройства статистической обработки сигнала по массовому расходу соединен с первым входом первого делительного устройства и с одним из входов первого коммутатора, а вход устройства статистической обработки вычисленного значения массового расхода подключен к выходу устройства умножения и на второй вход первого коммутатора. Электрическая схема также содержит устройство статистической обработки сигнала по объемному расходу, устройство статистической обработки вычисленного значения объемного расхода, подключенные через второе устройство сравнения ко второму устройству управления коммутацией, выход которого подключен к управляющему входу второго коммутатора, выход которого является выходом устройства по сигналу объемного расхода. При этом вход устройства статистической обработки сигнала по объемному расходу соединен с выходом второго делительного устройства и с первым входом второго коммутатора, а вход устройства статистической обработки вычисленного значения объемного расхода подключен ко второму входу первого делительного устройства и ко второму входу второго коммутатора.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1 - 4, где

фиг.1 - конструкция приемника потока;

фиг.2 - конструкция пневмоэлектрического преобразователя;

фиг.3 - структурная схема электрической схемы измерения параметров газового потока;

фиг.4. - структурная схема электрической схемы канала стабилизации опорного расхода источника опорного расхода.

Здесь:

1 - приемник потока; 2 - проточный пневматический канал приемника потока 1; 3 - сужающее устройство приемника потока 1; 4 - отвод в критическом сечении сужающего устройства 3 приемника потока 1; 5, 6 - первый и второй отводы полостей 7 и 8 повышенного давления приемника потока 1; 7, 8 - полости повышенного давления приемника потока 1; 9, 10 - пневматические каналы связи отводов 5 и 6 от полостей 7 и 8 повышенного давления приемника потока 1; 11 - полость пониженного давления приемника потока 1; 12 - пневматический канал связи отвода 4 от полости пониженного давления 11 приемника потока 1; 13 - пневмоэлектрический преобразователь; 14, 15 - байпасные каналы пневмоэлектрического преобразователя 13; 16 - возвратный канал пневмоэлектрического преобразователя 13; 17 - проточная камера пневмоэлектрического преобразователя 13; 18 - глухая полость пневмоэлектрического преобразователя 13; 19 - микронагнетатель (источник опорного пневматического расхода); 20 - первый измерительный анемочувствительный элемент; 21 - второй измерительный анемочувствительный элемент; 22 - излучающий элемент проточного канала; 23, 24 - первый и второй приемные элементы проточного канала; 25 - излучающий элемент возвратного канала; 26, 27 - первый и второй приемные элементы возвратного канала; 28 - компенсационный анемочувствительный элемент; 29, 30 - первый и второй пневматические выходы повышенного давления микронагнетателя 19; 31 - пневматический выход пониженного давления микронагнетателя 19; 32 - электрическая схема канала измерения массового расхода; 33 - электрическая схема канала измерения объемного расхода; 34 - электрическая схема блока вторичной обработки; 35 - электрическая схема канала стабилизации опорного расхода источника опорного расхода; 36, 37 - первая и вторая измерительные схемы включения измерительных анемочувствительных элементов; 38 - измерительная схема включения компенсационного анемочувствительного элемента; 39 - устройство коррекции электрической схемы 32 канала измерения массового расхода; 40, 41, 42 - первый, второй и третий сравнивающие устройства коррекции; 43 - делительное устройство устройства коррекции 39; 44 - усилитель электрической схемы 32 канала измерения массового расхода; 45 - фильтр низких частот электрической схемы 32 канала измерения массового расхода; 46 - нормирующее устройство электрической схемы 32 канала измерения массового расхода; 47 - генератор электрической схемы 33 канала измерения объемного расхода; 48, 49 - первая и вторая измерительные схемы включения приемных элементов электрической схемы 33 канала измерения объемного расхода; 50 - дифференциальный преобразователь электрической схемы 33 канала измерения объемного расхода; 51 - детектор электрической схемы 33 канала измерения объемного расхода; 52 - нормирующее устройство электрической схемы 33 канала измерения объемного расхода; 53 - первое делительное устройство электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 54 - второе делительное устройство электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 55 - устройство умножения электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 56 - устройство статистической обработки сигнала по массовому расходу; 57 - устройство статистической обработки вычисленного значения массового расхода; 58 - первое устройство сравнения электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 59 - первое устройство управления коммутатором электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 60 - первый коммутатор блока вторичной обработки электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 61 - устройство статистической обработки сигнала по объемному расходу; 62 - устройство статистической обработки вычисленного значения объемного расхода; 63 - второе устройство сравнения электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 64 - второе устройство управления коммутатором электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 65 - второй коммутатор электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 66 - выход устройства измерения параметров газового потока по сигналу плотности; 67 - выход устройства измерения параметров газового потока по сигналу массового расхода; 68 - выход устройства измерения параметров газового потока по сигналу объемного расхода; 69 - генератор электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода; 70, 71 - первая и вторая измерительные схемы включения приемных элементов электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода; 72 - дифференциальный преобразователь электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода; 73 - детектор электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода; 74 - задатчик опорного расхода электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода; 75 - сравнивающий элемент электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода; 76 - блок управления работой микронагнетателя электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода.

Конструктивное выполнение основных блоков раскрыто на фиг.1 и 2.

Приемник потока 1, выполненный в корпусе цилиндрической формы, имеет проточный пневматический канал 2, внутри которого размещено сужающее устройство 3, профилированное по контуру Вентури, в критическом сечении которого и до и после сужающего устройства 3 выполнены отводы 4, 5, 6 для восприятия информативного перепада давления. Отводы 5 и 6 с одной стороны сообщены с полостями 7 и 8 повышенного давления, а с другой стороны - с пневматическими каналами связи 9 и 10. Отвод 4 критического сечения сужающего устройства 3 замкнут на полость пониженного давления 11 с одной стороны, а с другой стороны сообщен с пневматическим каналом 12 связи.

Пневмоэлектрический преобразователь 13 выполнен единым конструктивом и имеет байпасные каналы 14 и 15, возвратный канал 16, проточную камеру 17, глухую полость 18 и микронагнетатель 19. При этом входы байпасных каналов 14 и 15 соединены посредством пневматических каналов 10 и 9 связи соответственно с полостями 8 и 7 повышенного давления приемника потока 1, а выход возвратного канала 16 пневмоэлектрического преобразователя 13 соединен посредством пневматического канала 12 связи с полостью 11 пониженного давления приемника потока 1. Помимо этого байпасные каналы 14 и 15, в которых расположены первый 20 и второй 21 измерительные анемочувствительные элементы, сообщены с проточной камерой 17, имеющей излучательный 22 и первый 23 и второй 24 приемные элементы проточной камеры 17 пневмоэлектрического преобразователя 13, выход которой соединен со входом возвратного канала 16, в котором расположены излучательный 25 и первый 26 и второй 27 приемные элементы возвратного канала 16 пневмоэлектрического преобразователя 13. Выход глухой камеры 18, в которой расположен компенсационный анемочувствительный элемент 28, соединен с проточной камерой 17. Первый 29 и второй 30 пневматические выходы повышенного давления микронагнетателя 19 соединены с байпасными каналами 14 и 15 соответственно, а пневматический выход 31 пониженного давления микронагнетателя - со входом проточной камеры 17.

Электрическая схема измерения параметров газового потока состоит из электрических схем канала измерения массового расхода 32, канала измерения объемного расхода 33, блока 34 вторичной обработки и канала 35 стабилизации опорного расхода. Входом электрической схемы измерения параметров газового потока являются входы электрических схем каналов измерения массового 32 и объемного 33 расходов, а выходом электрической схемы являются выходы блока 34 вторичной обработки по сигналам массового, объемного расходов, плотности и направлению потока.

Электрическая схема 32 канала измерения массового расхода состоит из первого измерительного 20 анемочувствительного элемента, подключенного в первую 36 измерительную схему (Солдаткин В.М. Методы и средства измерения аэродинамических углов летательных аппаратов. Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2001. 448 с.) - [4] канала измерения массового расхода, второго 21 анемочувствительного элемента, подключенного во вторую 37 измерительную схему включения, компенсационного 28 анемочувствительного элемента, подключенного в измерительную 38 схему включения компенсационного анемочувствительного элемента, устройства коррекции 39, состоящего из трех сравнивающих устройств 40, 41, 42 и делительного устройства 43, и последовательно включенных усилителя 44, фильтра 45 низких частот и нормирующего усилителя 46. При этом выход первой измерительной схемы 36 подсоединен к одному из входов сравнивающего устройства 40 устройства коррекции 39, а выход второй измерительной схемы 37 подсоединен к одному из входов сравнивающего устройства 41, ко вторым входам сравнивающих устройств 40 и 41 подсоединен выход измерительной схемы 38 включения компенсационного анемочувствительного элемента 28. Выходы сравнивающих устройств 40 и 41 подсоединены к первому и второму входам сравнивающего устройства 42, выход которого подключен к одному из входов делительного устройства 43. Второй вход делительного устройства 43 подсоединен к выходу измерительной схемы 38 включения компенсационного анемочувствительного элемента 28. Выход делительного устройства 43 посредством последовательно включенных усилителя 44, фильтра низких частот 45, нормирующего усилителя 46, выход которого является выходом электрической схемы 32 канала измерения массового расхода по массовому расходу, подключен к одному из входов электрической схемы 34 блока вторичной обработки.

Электрическая схема 33 канала измерения объемного расхода состоит из генератора 47, излучателя 25, приемников 26 и 27, измерительных схем 48 и 49 их включения (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Изд. 3-е, перераб. и доп. Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1975. - 776 с.) - [5], дифференциального преобразователя 50, детектора 51 и нормирующего усилителя 52. При этом входом канала является выход с приемных элементов 26 и 27, а выходом является выход нормирующего усилителя 52, подключенный к другому входу электрической схемы 34 блока вторичной обработки. При этом выход генератора 47 подключен к излучателю 25 возвратного канала, который направляет луч в измеряемый газовый поток, параметры которого являются входом для приемных элементов 26 и 27 возвратного канала, выходы которых подключены в измерительные схемы 48 и 49 соответственно. Выходы измерительных схем 48 и 49 подключены ко входам дифференциального преобразователя 50, выход которого подключен к последовательно включенным детектору 51 и нормирующему усилителю 52, выход которого является выходом канала измерения объемного расхода по объемному расходу.

Электрическая схема 34 блока вторичной обработки состоит из первого 53 и второго 54 делительных устройств, устройства умножения 55, устройства 56 статистической обработки сигнала по массовому расходу, устройства 57 статистической обработки вычисленного значения массового расхода, первого устройства 58 сравнения, первого устройства 59 управления коммутатором, первого коммутатора 60, устройства 61 статистической обработки сигнала по объемному расходу, устройства 62 статистической обработки вычисленного значения объемного расхода, второго устройства 63 сравнения, второго устройства 64 управления коммутатором, второго коммутатора 65. При этом первые входы первого 53 и второго 54 делительных устройств являются первым входом электрической схемы 34 блока вторичной обработки, а второй вход делительного устройства 53 является вторым входом электрической схемы 34 блока вторичной обработки. Первый вход устройства умножения 55 подключен к выходу первого 53 делительного устройства и ко второму входу второго 54 делительного устройства и является выходом 66 устройства по сигналу плотности газового потока Uвых=ƒ(ρ), а второй вход устройства 55 умножения подключен к выходу второго делителя 54.

Выходы устройства 56 статистической обработки сигнала по массовому расходу и устройства 57 статистической обработки вычисленного значения массового расхода подключены через первое устройство 58 сравнения к первому устройству 59 управления коммутатором. Выход устройства 59 подключен к управляющему входу первого коммутатора 60, выход которого является выходом 67 устройства по сигналу массового расхода Uвых=f(Gm). При этом вход устройства 56 статистической обработки сигнала по массовому расходу соединен с первым входом первого 53 делительного устройства и с одним из входов первого коммутатора 60, а вход устройства 57 статистической обработки вычисленного значения массового расхода подключен к выходу устройства 55 умножения и на второй вход первого коммутатора 60.

Устройство 61 статистической обработки сигнала по объемному расходу и устройство 62 статистической обработки вычисленного значения объемного расхода подключены через второе устройство 63 сравнения ко второму устройству 64 управления коммутацией. Выход устройства 64 управления коммутацией подключен к управляющему входу второго коммутатора 65, выход которого является выходом 68 устройства по сигналу объемного расхода Uвых=f(GV). При этом вход устройства 61 статистической обработки сигнала по объемному расходу соединен с выходом второго делительного устройства 54 и с первым входом второго коммутатора 65, а вход устройства 62 статистической обработки вычисленного значения объемного расхода подключен ко второму входу первого делительного устройства 53 и ко второму входу второго коммутатора 65.

Электрическая схема 35 канала стабилизации опорного расхода состоит из генератора 69, излучающего элемента 22 проточной камеры 17, первого 23 и второго 24 приемных элементов проточного канала 17, первой 70 и второй 71 измерительных схем включения приемных элементов, дифференциального преобразователя 72, детектора 73, задатчика 74 опорного расхода, сравнивающего устройства 75, блока 76 управления работой микронагнетателем. Выходом электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода является выход блока 76 управления работой микронагнетателя по управляющему сигналу работой микронагнетателя. Излучающий 22 элемент проточной камеры акустически связан с приемными элементами 23 и 24 проточной камеры 17 пневмоэлектрического преобразователя 13. Выходы приемных 23 и 24 элементов подключены в измерительные схемы 70 и 71 включения соответственно, выходы которых через дифференциальный преобразователь 72 подключены к детектору 73. При этом выход детектора 73 подключен к одному из входов сравнивающего устройства 75, ко второму входу которого подсоединен выход задатчика 74 опорного расхода. Выход сравнивающего устройства 75 подключен ко входу блока 76 управления работой микронагнетателя, выход которого, являющийся сигналом управления микронагнетателя, подается на микронагнетатель 19, выход которого является пневматическим сигналом опорного расхода Gоп.

Устройство работает следующим образом. Поток воздуха, поступающий в проточный канал 2 приемника потока 1, поступает в сужающее устройство 3 приемника потока 1, и в результате этого в критическом сечении сужающего устройства, а также на входе и выходе формируются давления p1 в области повышенного давления 7, p2 в области пониженного давления 11, p3 в области повышенного давления 8, которые определяются измеряемым расходом G и направлением потока. При направлении потока, указанного на фиг.1, информативными являются сигналы на отводах 5 и 4, при обратном направлении потока информативными являются сигналы на отводах 6 и 4. Давления р1, p2, р3 по пневматическим каналам 9 и 10 связи поступают в пневмоэлектрический преобразователь 13. Потоки воздуха, обусловленные перепадом давлений Δрпр12 или Δробр=p3-p2, посредством пневматических каналов связи 9, 12 и 10 поступают в байпасные каналы 14 и 15 и омывают расположенные в них первый 20 и второй 21 измерительные анемочувствительные элементы (АЧЭ), включенные в измерительные схемы 36 и 37 включения измерительных АЧЭ электрической схемы 32 канала измерения массового расхода, и через возвратный канал 16 посредством пневматического канала связи 12 поступают в полость 11 пониженного давления приемника потока 1. В зависимости от направления потока в приемнике потока 1 информативным является либо первый АЧЭ 20, либо второй АЧЭ 21, что обусловлено тем, что Δрпр>Δробр. Такое соотношение используется как информационный признак определения направления газового потока.

Выходной сигнал первого 20 и второго 21 измерительных АЧЭ и компенсационного посредством измерительных схем 36, 37 и 38 подаются на сравнивающие элементы 40 и 41 для уменьшения температурной погрешности, а их выходные сигналы подаются на сравнивающий элемент 42 для идентификации направления потока. Затем выходной сигнал сравнивающего элемента 42 подается на первый вход делителя 43, на второй вход которого подается сигнал с измерительной схемы 38 включения компенсационного анемочувствительного элемента. Выходной сигнал делителя 43 в значительной степени освобождается от мультипликативной составляющей температурной погрешности.

В дальнейшем этот сигнал для увеличения его уровня и снижения влияния помех проходит последовательно через усилитель 44, фильтр низких частот (ФНЧ) 45 и нормирующее устройство 46 (НУ). В результате на выходе НУ 46 формируется сигнал по массовому расходу потока воздуха, воспринимаемого приемником, который затем поступает на один из входов блока вторичной обработки 34, выходные сигналы которого являются выходами заявляемого устройства.

В качестве источника информации по объемному расходу используется ультразвуковой преобразователь. Излучающий элемент 25 возвратного канала 16, управляемый генератором 47, формирует луч, взаимодействующий с измеряемой средой. Отраженный от среды луч воспринимается первым 26 и вторым 27 приемными элементами возвратного канала 16. При появлении потока измеряемой среды скорость звука с и осредненная по длине ультразвукового луча скорость потока V геометрически суммируются, и направление распространения ультразвукового луча отклоняется от начального на угол θ, величина которого определяется соотношением . При этом V - объемная скорость, которая определяет объемный расход, поэтому угол θ в результате является мерой объемного расхода. Сигналы с приемных элементов 26 и 27 поступают на измерительные схемы 48 и 49 включения приемных элементов соответственно. Выходные сигналы измерительных схем 48 и 49 включения приемных элементов посредством дифференциального преобразователя 50 подаются на детектор 51, на выходе которого формируется сигнал U=f(GV), который передается на один из входов электрической схемы 34 блока вторичной обработки выходных сигналов.

Сигнал по массовому расходу U=f(Gm) с выхода электрической схемы 32 канала измерения массового расхода подается на один из входов первого делительного устройства 53 электрической схемы 34 блока вторичной обработки, на второй вход устройства 53 подается сигнал по объемному расходу Gv с выхода электрической схемы 33 канала измерения объемного расхода. На выходе делительного устройства 53 получается сигнал, пропорциональный плотности ρ, который затем подается на один из входов устройства 55 умножения и на один из входов второго делительного устройства 54. Вычисленный сигнал по объемному расходу на выходе делителя 54 формируется путем деления поданного на один из его входов сигнала по массовому расходу на сигнал по плотности. Затем вычисленный сигнал по объемному расходу со второго делительного устройства 54 подается на устройство 55 умножения, где умножается на сигнал по плотности, полученный в устройстве 53. Таким образом, на выходе устройства 55 умножения получается вычисленное значение по массовому расходу , которое затем подается на устройство 57 статистической обработки вычисленного значения массового расхода (Мирский Г.Я. Электронные измерения. - М.: Радиосвязь, 1986. -С.276-278.) - [6], а также на один из входов первого коммутатора 60 блока 34 вторичной обработки. На выходе второго делительного устройства 54 получается вычисленное значение по объемному расходу , которое подается на вход устройства 62 статической обработки вычисленного значения по объемному расходу и на один из входов второго коммутатора 65 блока 34 вторичной обработки.

Таким образом, на вход устройства 56 статистической обработки сигнала по массовому расходу подаются сигналы массового расхода Gm, а на вход устройства 57 статистической обработки вычисленного значения массового расхода - вычисленное значение массового расхода . На выходе блоков 56 и 57 формируются дисперсии погрешностей сигналов D(Gm) и , которые затем поступают в первое устройство сравнения 58. На выходе устройства 58 формируется сигнал, сигнатура которого управляет первым коммутатором 60 через устройство управления коммутатором 59 таким образом, что на выход электрической схемы 34 блока вторичной обработки поступает сигнал с наименьшей дисперсией погрешности измерения расхода, которую в данный момент имеет канал измерения Gm массового расхода или канал вычисленного значения массового расхода. Формирование выходного сигнала по объемному расходу GV осуществляется аналогичным образом. Таким образом, на выходе электрической схемы 34 блока вторичной обработки формируются сигналы массового расхода Gm, объемного расхода GV и плотность ρ.

Для обеспечения высокой чувствительности в диапазоне малых значений расхода и линейности функции преобразования канала измерения массового расхода Gm в структуру пневмоэлектрического преобразователя 13 введен микронагнетатель 19, включение которого управляется электрической схемой 35 канала стабилизации опорного расхода.

Информация с приемных элементов 23 и 24 посредством измерительных схем 70 и 71 их включения, дифференциального преобразователя 72 и детектора 73 поступает на сравнивающее устройство 75. На это же устройство подается сигнал с задатчика опорного расхода 74. Сигнал разбаланса с выхода сравнивающего устройства 75 поступает в блок управления работой микронагнетателя 76. Таким образом, сигнал с выхода электрической схемы 34 канала стабилизации опорного расхода управляет величиной опорного расхода Gоп на выходе микронагнетателя источника опорного расхода.

Заявляемое изобретение позволяет одновременно получать информацию по нескольким параметрам: массовому, объемному расходам, плотности и направлению измеряемого потока. При этом полученная информация характеризуется высокой точностью, достоверностью и метрологической надежностью, а конструкция устройства для измерения параметров газового потока достаточно проста в реализации и надежна в работе.

1. Устройство для измерения параметров газового потока, содержащее приемник потока, в корпусе которого выполнен проточный пневматический канал с размещенным в нем сужающим устройством, профилированным по контуру Вентури, сообщенный с одной стороны с объектом контроля, а с другой стороны - с атмосферой, при этом полости повышенного и пониженного давления сообщены с соответствующими байпасными каналами, содержащими измерительные анемочувствительные элементы канала измерения массового расхода, включенные в электрическую схему измерения параметров газового потока, отличающееся тем, что байпасные каналы выполнены в пневмоэлектрическом преобразователе, имеющем проточную камеру, которая сообщена через байпасные каналы с полостями повышенного давления приемника потока, и с глухой полостью, содержащей компенсационный анемочувствительный элемент канала измерения массового расхода, и с полостью пониженного давления приемника потока через возвратный канал, в котором размещены приемные и излучающий элементы возвратного канала измерения объемного расхода, при этом анемочувствительные элементы, приемные и излучающие элементы включены в электрическую схему измерения параметров газового потока, состоящую из электрических схем канала измерения массового расхода, канала измерения объемного расхода, блока вторичной обработки и канала стабилизации опорного расхода, в пневмоэлектрическом преобразователе также расположен источник опорного пневматического расхода - микронагнетатель, управляемый каналом стабилизации опорного расхода, первый и второй пневматические выходы повышенного давления которого сообщены с байпасными каналами, а пневматический выход пониженного давления сообщен с проточной камерой, снабженной приемными и излучающим элементами проточной камеры, включенными в электрическую схему канала стабилизации опорного расхода, при этом входом электрической схемы измерения параметров газового потока являются входы электрических схем каналов измерения массового и объемного расхода, а выходами являются выход по направлению движения измеряемого газового потока из электрической схемы измерения массового расхода, выходы электрической схемы блока вторичной обработки по сигналам массового, объемного расходов и плотности, кроме того, выходы электрических схем канала измерения массового расхода и канала измерения объемного расхода подключены к первому и второму входам блока вторичной обработки соответственно.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрическая схема канала измерения массового расхода состоит из первого и второго измерительных и одного компенсационного анемочувствительных элементов со своими измерительными схемами, устройства коррекции и последовательно соединенных усилителя, фильтра нижних частот и нормирующего устройства, выход которого является выходом этой электрической схемы, при этом устройство коррекции состоит из первого и второго сравнивающих элементов, первые входы которых соединены с выходами первой и второй измерительных схем включения измерительных анемочувствительных элементов, а вторые их входы соединены с выходом измерительной схемы включения компенсационного анемочувствительного элемента, при этом выходы сравнивающих элементов соединены с первым и вторым входами третьего сравнивающего элемента, выход которого является выходным сигналом устройства по направлению движения измеряемого газового потока и соединен с первым входом делительного устройства, второй вход которого соединен с выходом измерительной схемы включения компенсационного анемочувствительного элемента, выход делительного устройства соединен с входом усилителя.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрическая схема канала измерения объемного расхода содержит генератор и излучатель с приемными элементами возвратного канала пневмоэлектрического преобразователя, первую и вторую измерительные схемы включения приемных элементов и последовательно соединенные дифференциальный преобразователь, детектор и нормирующее устройство, выход которого является вторым выходом этой электрической схемы, при этом излучатель акустически связан с приемными элементами, выходы электрических схем включения которых соединены со входами дифференциального преобразователя.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрическая схема канала стабилизации опорного расхода микронагнетателя содержит генератор с излучающим элементом, приемные элементы, акустически связанные с излучающим элементом и включенные в свои измерительные схемы включения, и последовательно соединенные дифференциальный преобразователь, детектор, сравнивающий элемент, блок управления работой микронагнетателя, выход которого является выходом электрической схемы канала стабилизации опорного расхода по управляющему сигналу работой микронагнетателя, при этом второй вход сравнивающего элемента соединен с задатчиком опорного расхода, а выходы измерительных схем включения приемных элементов подключены к соответствующим входам дифференциального преобразователя.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что электрическая схема блока вторичной обработки содержит первое и второе делительные устройства, первые входы которых являются первым входом блока вторичной обработки, а второй вход первого делительного устройства является вторым входом блока вторичной обработки, устройство умножения, первый вход которого подключен к выходу первого делительного устройства и ко второму входу второго делительного устройства и является выходом устройства по сигналу плотности газового потока, а второй вход устройства умножения подключен к выходу второго делителя, устройство статистической обработки сигнала по массовому расходу, устройство статистической обработки вычисленного значения массового расхода, подключенные через первое устройство сравнения к первому устройству управления коммутатором, выход которого подключен к управляющему входу первого коммутатора, выход которого является выходом устройства по сигналу массового расхода, при этом вход устройства статистической обработки сигнала по массовому расходу соединен с первым входом первого делительного устройства и с одним из входов первого коммутатора, а вход устройства статистической обработки вычисленного значения массового расхода подключен к выходу устройства умножения и на второй вход первого коммутатора, устройство статистической обработки сигнала по объемному расходу, устройство статистической обработки вычисленного значения объемного расхода, подключенные через второе устройство сравнения ко второму устройству управления коммутацией, выход которого подключен к управляющему входу второго коммутатора, выход которого является выходом устройства по сигналу объемного расхода, при этом вход устройства статистической обработки сигнала по объемному расходу соединен с выходом второго делительного устройства и с первым входом второго коммутатора, а вход устройства статистической обработки вычисленного значения объемного расхода подключен ко второму входу первого делительного устройства и ко второму входу второго коммутатора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиации и, в частности, к определению воздушных параметров полета летательных аппаратов. .

Изобретение относится к области газовой динамики. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров пространственного течения газообразных сред или для определения параметров движения твердых тел, самолетов, ракет и т.п.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров пространственного течения жидких и газообразных сред или для определения параметров движения твердых тел, судов, самолетов и т.п.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров пространственного течения жидких и газообразных сред или для определения параметров движения твердых тел, судов, самолетов относительно текучих сред.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров пространственного течения жидких и газообразных сред или для определения параметров движения твердых тел, судов, самолетов относительно текучих сред.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах летательных аппаратов при дозвуковых скоростях полета, в частности в информационно-измерительных системах вертолетов.

Изобретение относится к технической физике, измерительной технике и технике воздухоплавания, а именно к измерителям высотно-скоростных параметров (ВСП) полета, и может быть использовано в летных испытаниях летательной техники в части оценки погрешностей измерения ВСП.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения параметров пространственного течения жидких и газообразных сред или для определения параметров движения твердых тел, судов, самолетов относительно текущих сред.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к тепловым микрорасходомерам для измерения массового расхода газа в диапазоне 0-100 мг/с. .

Изобретение относится к газовому счетчику в соответствии с преамбулой пункта 1 формулы изобретения. .

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к топливовпрыскивающей аппаратуре двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и способам определения параметров воздуха, впускаемого в ДВС.

Изобретение относится к устройствам для измерения расхода текучей среды, в частности для измерения массового расхода воздуха, впускаемого в двигатель внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения параметров потока газа в открытых и закрытых каналах

Наверх