Термоанемометр

(55 6 ТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИ АНИЕ ИЗОБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Казанский авиационный институт им.А,Н,Туполева(5 б) Ярин Л,ПГенкин А.ЛКукес В.И, Термоанемометрия газовых потоков, - Л,: Машиностроение, 1983.Савостенко П.И., Сербин С.П. Приборный комплекс для измерения турбулентных полей температуры и скорости газовых неизотермических потоков. - ПТЭ, М 4, 1988, (54) ТЕРМОАНЕМОМЕТР Ю ц 16598(57) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения скорости потока. Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик термоанемометров. В термоанемометр, содержащий чувствительный элемент и усилитель обратной связи, дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь 15, операционный усилитель 17 и дополнительные четыре входа, что позволило производить настройку термоанемометра ЭВМ, производить измерение динамической характеристики чувствительного элемента, работать как в режиме постоянной температуры, так и в режиме постоянного тока. 1 ил,10 20 зом Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения скорости потока,Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и улучшение эксплуатационных характеристик термоанемометра.На чертеже представлена схема предлагаемого термоанемометра,Устройство содержит дифференциальный усилитель 1 с сопротивлениями 2-5 в типовом включении, задающим коэффициент усиления каскада, к входам которого через сигнальные провода подключен чувствительный элемент б, а к выходу через сопротивление 7 - неинвертирующий вход усилителя обратной связи 8, выход которого соединен с анодом диода 9, катод которого соединен с катодом диода 10, с первым выводом сопротивления 11 и с базой транзистора 12, коллектор которого подключен к источнику постоянного напряжения 13, а эмиттер - к второму выводу сопротивления 11, через первый силовой провод к первому контакту чувствительного элемента б и к аноду диода 14, катод которого соединен с первым выводом сопротивления 2; цифроаналоговый преобразователь 15, вход управления которого является пЕрвым входом термоанемометра, вход ог 1 орного напряжения которого подключен к второму контакту чувствительного элемента 6 через второй силовой провод и к эталонному сопротивлению 16, второй вывод которого соединен с общим проводом; операционный усилитель 17, инвертирующий вход которого соединен с первым выходом цифроаналогового преобразователя 15, неинвертирующий вход - с вторым выходом цифроаналогового преобразователя 15 и с общим проводом, а выход через сопротивление 18 соединен с инвертирующим входом усилителя обратной связи 8 и через сопротивление 19 с внутренним сопротивлением обратной связи цифроаналогового преобразователя 15; второй вход термоанемометра соединен с эталонным сопротивлением 16 и служитдля подключения блока термоинвариантности; третий вход термоанемометра соединен с анодом диода 10 и служит для работы в режиме постоянного тока; четвертый вход термоанемометра соединен через сопротив. ление 20 с инвертирующим входом усилителя обратной связи 8 и,служит для измерения динамических характеристик чувствительного элемента.Устройство работает следующим обраПосле подключения чувствительногоЭлемента к термоанемометру, включения 25 30 35 40 45 50 55 питания и установки двоичного кода нэ первом входе терманемометра, задающего коэффициент усиления каскада 15, 17, на выходе усилителя обратной связи 8 появится положительное напряжение, отпирающее транзистор 12. При этом от источника постоянного напряжения 13 через резистор 12, чувствительный элемент и эталонное сопротивление 16 потечет ток, создающий падение напряжения Ок и Оо соответственно на датчике 6 и сопротивлении 16, На выходе дифференциального усилителя 1 и на выходе операционного усилителя 17 сформируются соответственно напряжения 01=0 гК 1=-Ок и Овых=ОоКо, где К 1 - дифференциальный коэффициент усиления усилителя 1, равный -1,а К, - коэффициент усиления ЦАП 15 с операционным усилителем 17, Если -ОгОсКо,т.е, сопротивление чувствительного элемента в результате прогрева нити еще не достигло заданной величины, то большее по абсолютной величине отрицательное напряжение на инвертирующем входе усилителя 8 вызовет возрастание напряжения на его выходе и, следовательно, будет продолжаться до тех пор, пока О, не будет равноОоКо+ Осм, где Ом - постоянное смещение усилителя обратной связи 8, не зависящее от тока через чувствительный элемент, т,е, до тех пор, пока не будет достигнута заданная температура чувствительного элемента, На выходе термоанемометра при этом установится напряжение Овых=Оо+Ко= Ов, пропорциональное сопротивлениючувствительного элемента, так как Оя - пропорционально сопротивлению чувствительного элемента,Изменить рабочую температуру чувствительного элемента можно, изменив код на первом входе ЦАП 15, не изменяя при этом величины эталонного сопротивления 16. Если чувствительный элемент находится в потоке газа, то за счетдополнительноготеплообмена он охлаждается. его сопротивление уменьшается, что вызывает увеличение тока через чувствительный элемент и восстановление прежнего значения его сопротивления, а следовательно, и температуры. Напряжение на выходе термоанемометра при этом увеличится пропорционально скорости потока. Если поток газа не является изотермическим, то к второму входу подключают блок термоинвариантности, вырабатывающий сигнал, компенсирующий температурную составляющую потока,Процесс установки требуемой температуры чувствительного элемента осуществляется следующим образом. После включения термоанемометра на первом входе устанав1659866 Составитель А, ТроицкийТехред М,Моргентал Корректор И. Муска Редактор М. Товтин Заказ 1840 Тираж 352 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 вливают такой двоичный код, чтобы Ко с 1.При этом ток, протекающий через чувствительный элемент, не будет его разогреватьи сопротивление чувствительного элементабудет пропорционально температуре окружающей среды, Далее измеряют выходноенапряжение термоанемометра и вычисляют ток через чувствительный элемент поформуле 1= Оных/(КВы) и сопротивление"холодного" чувствительного элемента по 10формуле Р 6=(Овых 1 +Осм)/1, Затем, увеличивая двоичный код на первом входе ЦАП 15и используя известную зависимость сопротивления чувствительного элемента от температуры, повторяют процесс до тех пор, 15пока Я 6 не будет равно В(Тр), где Тр - заданная температура чувствительного элемента.Для измерения динамических характеристик чувствительного элемента предварительно на четвертый вход подают 20положительное напряжение (например, свыхода ТТЛ - микросхемы), которое сформирует отрицательное напряжение на выходе усилителя 8 и закроет транзистор 12,отключая тем самым обратную связь и 25выводя термоанемометр из режимастабилизации температуры чувствительного элемента. Затем, подавая положительноенапряжение на четвертый вход, формируютзаданное значение начального тока через 30чувствительный элемент, При этом на выходе дифференциального усилителя 1 сформируется напряжение, пропорциональноетоку через чувствительный элемент и егосопротивлению. После этого на этом же 35входе формируют допол нител ьн ый положительный перепад напряжения нормированной амплитуды. Это вызоветдополнительный нагрев чувствительногоэлемента, но не скачкообразный, а постепенный, ввиду тепловой энергии чувствительного элемента, Изменение напряженияна выходе усилителя 1 будет отражать приэтом переходный процесс установлениятемпературы чувствительного элемента, а 45следовательно, и его сопротивления, по которому можно судить о динамической характеристике чувствительного элемента призаданном начальном значении тока и постоянйых значениях температуры и скорости 50стационарного потока,Формула изобретения Термоанемометр, содержащий чувствительный элемент, дифференциальный усилитель, инве.ртирующий вход котор.ого соединен с первыми выводами первого сопротивления и второго сопротивления, второй вывод первого сопротивления соединен с катодом первого диода и через первый сигнальный провод - с первым контактом чувствительного элемента, неинвертирующий вход дифференциального усилителя соединен с первыми выводами третьего сопротивления, второй вывод которого соединен с общим проводом, и четвертого сопротивления, второй вывод которого соединен через второй сигнальный провод с вторым контактом чувствительного элемента, который через первый силовой провод соединен с эталонным сопротивлением, второй вывод которого соединен с общим проводом, выход дифференциального усилителя соединен с первым выводом пятого сопротивления и вторым выводом второго сопротивления, второй вывод пятого сопротивления соединен с неинвертирующим входом усилителя обратной связи, выход которого соединен с анодом второго диода, катод которого соединен с первым выводом шестого сопротивления и с базой транзистора, коллектор которого соединен с источником постоянного напряжения. а эмиттер - с вторым выводом шестого сопротивления, с анодом первого диода и через второй силовой провод - с первым контактом чувствительного элемента, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик, в него введены операционный усилитель, цифроаналоговый преобразователь, вход управления которого является вторым входом термоанемометра, вход опорного напряжения которого соединеН с первым выводом эталонного сопротивления, первый выход соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, в второй выход - с общим проводом и с неинвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с первым выводом седьмого сопротивления и через восьмое сопротивление - с внутренним сопротивлением обратной связи цифроаналогового преобразователя,