Цифровой термоанемометр

 

Союз Советских

Социалистических

Респубики

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 16.03.81 (21) 3262497/18-10 с присоединением заявки J4 (23) Приоритет

Опубликовано 15.10.82. Бюллетень М 38

Дата опубликования описания 18.10,82 (53)M. Кл. .т Oi Р 5/12

3Ьоударетеанный комитет

СССР

ho делам иао4ретеиий

I н открытий (53) УДК 532 574 (088.8) В.Д. Вавилов

l3, „, 1

Ыь. ;, ;-.-. -....- - ---Й (72) Автор изобретения

N осковск (71) Заявитель

Орджоникидзе (54) БИфРОВОЙ ТЕРМОАНЕМОМЕТР

Изобретение относится к измеритель ной технике и может использоваться для измерения средних скоростей жидкостей и газов.

Известен термоанемометр, содержащий чувствительный элемент, ключевую схему, коммутатор и импульсный регулируемый источник тока, в котором чувствительный элемент подключен на вход последовательно соединенных ключевой схемы; уст ройства сравнения и запоминающего устройства, при этом вход импульсного регулируемого источника тока связан с выходом запоминающего устройства, а вы, ход - с чувствительным элементом $1).

Однако устройство является сложным и имеет низкую точность измерений.

Наиболее близким по технической cymности к предложенному является цифровой термоанемометр, содержащий кварцевый генератор, нагревающую нить,, подключенную к входу импульсного усилителя, приемную терм очувствительную нить, включенную в одно из плеч мостом вой схемы, к измерительной диагонали которой подключены прямой и инверсный входы дифференциального устятителя j2).

Однако известное устройство, имеет низкую точность измерения, обусловленную нелинейностью, так как в нем измерение скорости осуществляется по раэности времени прохождения тепловой о метки к двум термофувствительным нт тям, установленным по направлению движения потока и против двтвкения, а так же влиянием изменений температуры, что, приводит к различным длительностям фрон, тов тепломах меток, действующих нн термочувствительные нити.

11елью изобретения является повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, 2о что цифровой термоанемометр снабжен первым и вторым фоторезистивными os тронами, фоторезисторы которых включе ны в два смежных плеча мостовой схемы;

6600 4

3 96 масштабным усилителем, компараторвм, . устройством формирования импульсов стабильной длитнльности, устройством антисовпадения, реверсивным счетчиком, преобразователем код - частота, при этом первый вход. масштабного усилителя соединен с выходом дефференциального усилителя, а выход — с первым и вторым светодиодами оптронов, соединенных парал лельно и разнополярно, причем первый вход компаратора подключен к выходу диф ференциального усилителя, а выход — к первым входам устройства формирования импульсов стабильной длительности и устройства антисовпадения, выходы которого присоединены к суммирующему и вычита« ющему входам реверсивного яетчика, к второму входу устройства антисовпадения подсоединен выход преобразователя код - частота, а к третьему и четвертому тактовым входам — соответственно прямой и инверсный выходы кварцевого генератора, инверсный выход которого одновременно подключен к второму входу устройства формирования импульсов стабильной длительности, а прямой выход кварцевого генератора - к входу тактирования преобразователя код - час . тота, к информационным входам которого подключены выходы разрядов реверсивного счетчика.

На чертеже представлена блок схема устройства. цифровой термоанемометр содержит нагреватель 1, приемную термочувствительную нить 2, импульсный усилитель 3, первый и второй фоторезисторные оптро ны 4 и 5, дифференциальный усилитель 6, масштабный усилитель 7, компаратор 8, устройство формирования. импульсов стабильной длительности 9, устройство антисовпадений -10, реверсивный счетчик 11, преобразователь код - частота 12 и кварцевый генератор 1 3.

Фоторезисторные оптроны состоят из .фотореэисторов 14 и 15 и светодиодов

16 и 17.

На чертеже обозначен источник питания 18.

В статическом состоянии нагреватель

1 и приемная термочувствительная нить

2 одним концом соединены с общей шиной питания. К второму концу нагревателя 1 подключен выход импульсного усилителя

3, а второй конец термочувствительной нити 2 соединен в последовательную цепь с резисторами R è Р . Такое соединение реализует мостовую схему. Резистор R< является переменным, к его подвижному контакту подключен источник питания моста 18 Е . Параллельно плечам переП менного резистора Я подключены фотореэисторы 14 Р. и 15 84 оптронов 4 и 5. К измерительной диагонали моста подключены входы дифференциального усилителя 6, выход которого подключен к входам масштабного усилителя 7 и компаратора 8. Резисторы R и 1 задают

10 коэффициент передачи масштабного усилителя 7, выход которого соединен с светодиодами 16 Dq и 17 Э оптронов

4 и 5, включенными разнополярно. Выход компаратора 8 соединен с первым входом устройства формирования импульсов стабильной длительности 9, к второму входу которого подключены инверсный выход кварцевого генератора 13, а выход формирователя 9 соединен с входом импульсного усилителя 3, формирующего импульс тока в нагревающей нити l. Устройство антисовпадений 10, реверсивный счетчик

ll и преобразователь код — частота Х2 представляет собой следящий цифровой частотомер, причем на первый и второй входы устройства антисовпадений 10 подключены выходы компаратора 8 и преобразователя код - частота 12. Выходы устройства антисовпадений 10 подключены к суммирующему и вычитающему входам реверсивного счетчика 11, а его выходы с разрядов подсоединены к информацион«. ным входам преобразователя код «частота 12, который вырабатывает в соответ35 ствии с кодом счетчика из частоты кварцевого генератора 13частоту; компенсирующую частоту следования тепловых меток от нагревателя 1 к термочувствительной приемной нити 2 и выделяемую в ви40 де логических перепадов компаратора 8.

Устройство антисовпадений 10 предназначается для исключения совпадений импульсов, поступающих от компаратора и преобразователя код - частота на входы ре4S версивного счетчика, что достигается синхронизацией сигналов импульсами кварцевого генератора, снимаемыми с прямого и инверсного выходов.

Цифровой термоанемометр работает сле дующим образом.

B. начальный момент (при включении

50 устройства в работу) на нагреватель 1 от импульсного усилителя 3 поступает импульс тока, вырабатываемый по сигналу, поступающему на вход импульсного усилителя с выхода формирователя импульсов стабильной длительности 9. Этот стабильный импульс формируется по логическому перепаду 1 - "О, имеющему

966600

Цифровой термоанемометр, содержаший кварцевый генератор, нагреватель, подключенный к входу импульсного усилителя, приемную термочувствительную нить, включенную в одно из плеч мостовой схемы, к измерительной диагонали которой подключены прямой и инверсивный входы дифференциального усилителя, о т. л и ч а ю шийся тем, что, с целью по- вышения точности, он снабжен первым и вторым фаторезистивными оптронами, фс торезисторы которых включены в два смежных плеча мостовой схемы, маоштабным усилителем, компараторщ<, устройством формирования импульсов стабильной длительности, устройством антисовпадения, реверсивным счетчиком, преобразователем код - частота при этом первый вход масштабного усилителя соединен с выходом дифференциального усилителя, а выход - с первым и вторым светодиодами оптронов, соединенных параллельно и разнополярно, причем первый вход компаратора подключен к выходу, дифференциального усилителя, а выходк первым входам устройства формирования импульсов стабильной длительности и устройства антисовпадения, выходы которо

5 место при включении питания на выходе компаратора 8. Под действием импульса тока нагреватель 1 разогревается, и под действием потока тепловая метка уносится в направлении приемной термочувствительной нити 2. До поступления тепловой метки к термочувствительной нити мостовая схема является сбалансированной, т.е. в ее измерительной диагонали разность потенциалов равна нулю. Балансировка 10 мостовой схемы осуществляется оптронами 4 и 5,. светодиоды которых подключены к выходу масштабного усилителя 7, а фоторезисторы - к плечам мостовой схемы. Например, при изменении темпера- 15 туры вокруг нити 2 мостовая схема разбалансируется, на выходе дифференциального усилителя имеет место напряжение разбаланса, и далее это напряжение, усиленное масштабным усилителем, поступа- 20 ет на питание светодиодов. В зависимости от знака разбаланса зажигается один из светодиодов 16 „или 17Э оптроHDB 4 и 5. Величина разбаланса влияет на интенсивность свечения. Величина Ээ сопротивления освещенного фоторезистора уменьшается обратно пропорционально интенсивности свечения светодиода, при этом происходит снижение величины . напряжения разбаланса мостовой схемы. щ

Если скорость движения потока, переносяшего тепловую метку, не равна нулю, то при достижении тепловой меткой термы чувствительной нич;и 2 мостовая схема разбалансируется. В еличина напряжения разбаланса и время разбаланса зависят

ЭЗ от фронта тепловой метки. На выходе диф ференциального усилителя, а соответственно, и на входе компаратора 8 появляется уеиленное напряжение разбаланса. На вы=

iO ходе компаратора появляется логический перепад сигналов "1 - "О, по которому вновь формируется устройствами 9 и 3 импульс разогрева нагревателя 1 . В это время срабатывает устройство балансирос

iS вки моста с фоторезисторами термочувсс вительной нитью 2, осуществляется формирование новой тепловой метки нагревателем 1.

Частота следования тепловых меток F определяется выражением

1= (1)

+4++u++ о где Ь4 — длительности импульса разогрева нити 1; SS

t - время прохождения тепловой метки от нити 1 к нити 2; С вЂ” длительность фронта воздействия тепловой метки на нить 2.

Скорость двикения потока определяется в соответствии с базовым расстоянием между нитями и частотой следования тепловых меток по следуюшему выражению

L .ч= —, 1„+„+

В частном случае, когда скорость потока равна нулю, то тепловая метка от нагревателя 1 к нити 2 перемешается под действием конвективной теплопередачи.

При этом время распространения тепловой метки становится большим (метка размывается), а фронт воздействия ее на нить

2 удлиняется, что приводит к тому, что мостовая схема не может разбалансироваться на столько, чтобы на выходе дифференциального усилителя 6- выделился сигнал, способный переключить компаратор 8. Этому способствует оптоэлектронное устройство балансировки моста. Момент срыва генерации при нулевой скорости обтекания нитей обеспечивается соответствуюшим выбором коэффициента передачи масштабного усилителя 7.

Предложенный цифровой термоанемометр позволяет повысить точность измеФормула изобретения

7 968600 8 го присоединены к суммирующему и вы- рования преобразователя код — частота, читающему входам реверсивного счетчика, к информационным входам которого подк второму входу устройства антисовпаде- ключены выходы разрядов реверсивного ния подсоединен выход преобразователя счетчика. код - частота, а к третьему и четверто- З му тактовым входам- - соответственно Источники информации, прямой и инверсный выходы кварцевого принятые во внимание при экспертизе генератора, инверсный выход которого 1. Авторское свидетельство СССР одновременно подключен к второму входу > 650014, кл, Ci 01 P 15/12, 1979. устройства формирования импульсов ста- 16 2. Бредшоу П. Введение в турбулентбильной длительности, а прямой выход ность и ее измерение. Мир, 1974, кварцевого генератора - к входу тактн- с. 134-135, (прототип) г. Ужгород, ул, Проектная, 4