Термоанемометрическое устройство

(19) (1) 1)5 6 01. Р 5/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН иэл Центрального ого института им ельство СССР12, 1981.ельство СССР/12, 1986.ЕТРИЧЕСКОЕ сится к измерит ет повысить чувс ение атно и позволя ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретной технике тельность и точность измерений термоанемометрического устройства, Перед измерением скорости потока производится температурная коррекция устройства, в результатее которой управляемое сопротивление 2 по величине остается равным сопротивлению термодатчика 3 при температуре среды. Подогреватель 4 подключается к источнику 10 мощности, а выход операционного усилителя 5 подключается к второму входу сумматора 8. С изменением скорости потока меняется поступающая в подогреватель мощность, регистрируемая блоком 12, отградуированным в единицах скорости потока, 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потока жидких и газообразных сред термоанемометрическими методами с помощью одного датчика,Известны термоанемометры, содержащие включенные в мостовую схему измерительный преобразователь скорости и термокомпенсационный преобразователь, цепь термокомпенсации и регистратор скорости 1).По технической сущности наиболее близким к заявленному устройству является термоанемометрическое устройство, включающее в себя датчик, термометр сопротивления, термоанемометр с управляемым сопротивлением, управляемую ключевую схему, два запоминающих блока, сумматор и блок компенсации 21.Его недостатками являются низкая чувствительность и малая точность измеоений, обусловленные использованием в качестве датчика линейного терморезистора прямого подогрева, включенного в мостовую схему термоанемометра,Цель изобретения - повышение чувствительности и точности измерения скорости потока среды.Сущность изобретения заключается в том, что во всем температурном диапазоне среды независимо от скорости ее движения поддерживается постоянной разность температур О подогревателя и контролируемой среды. Поскольку полный тепловой поток 0 нагретого тела определяется формулойО,где Я - поверхность нагретого тела;- коэффициент теплоотдачи, зависящей от геометрических параметров тела, скорости потока среды и ее теплофизических свойств,то при постоянных значениях Я и О по количеству подводимого тепла О можно судить о скорости потока данной среды,Основная техническая задача, решаемая данным изобретением, - формирование во всем температурном диапазоне среды сигнала, зависящего от перегрева О подогревателя, и его использование в автоматической системе поддержания заданного значения перегрева О 0.На чертеже представлена блок-схема термоанемометрического устройства.В него входят источник 1 опорного напряжения, управляемое сопротивление 2, датчик 3, подогреватель 4, операционный усилитель 5, следящая схема б, функциональный преобразователь 7, сумматор 8, усилитель 9, регулируемый источник 10мощности подогрева, ключевая схема 11 и регистратор 12, отградуированный в единицах скорости потока.Устройство работает в двух режимах, 5 каждый из которых устанавливается ключевой схемой, а именно; - режим температурной коррекции; - режим измерения скорости потока, Ключевая схема может управляться ли бо вручную, либо от тактового генератора (на чертеже не показан).В режиме температурной коррекции ключевая схема находится в состоянии, изображенном на чертеже, когда подогрева тель 4 обесточен, первый вход следящей системы. подключен к выходу источника 1 опорного напряжения, а второй - к выходу операционного усилителя 5, Поскольку в этом режиме температура подогревателя 20 совпадает с температурой среды, то сопротивление датчика 3 также соответствует температуре среды. Сигнал рассогласования на входе следящей схемы б будет отличным от нуля и активно воздействовать на 25 нее до тех пор, пока управляемое сопротивление 2 по величине не станет равным сопротивлению датчика 3, Тогда коэффициент передачи усилителя 5 примет значение - 1, напряжение на его выходе станет равным - 30 О, а сигнал рассогласования следящей системы - соответственно нулю. На этом заканчивается температурная коррекция устройства,При переводе ключевой схемы в режим 35 измерения скорости потока выходной сигнал следящей системы фиксируется (запоминается), управляемое сопротивление 2 по величине остается равным сопротивлению термодатчика 3 при температуре среды, т,е. 40 В В 2 = Аехр (-, - ), где А В - постоянныеср полупроводникового термодатчика 3; Тср - температура среды, Подогреватель 4 подключается к источ нику 10 мощности, а выход операционного усилителя 5 подключается к второму входу сумматора 8. Напряжение на этом входе будет определяться выражением 50 В О02 =-О 0 ехр - где О 0 - напряжение опорного источника 1.Напряжение на первом входе сумматора 8 задается функциональным преобразо вателем 7 и устанавливается равнымВ Ооф ц ех т(т+%53 где О 0 - заданный перегрев подогревателя,В результате на выходе сумматора 8формируется-сигналВ ОоОг =(ехр ( т 7 т е. - / е" р (в О)который через усилитель 9 воздействует на источник 10 мощности таким образом, чтобы свести сигнал О к значению, близкому (равному) к нулю. В этом состоянии устрой ства перегрев 6 близок (равен) заданному в функциональном преобразователе значению Оо . С изменением скорости потока меняется поступающая в подогреватель мощность, регистрируемая регистратором 12, отградуированным в единицах скорости.Для повышения точности измеренийпутем исключения статической ошибки замкнутой системы регулирования температуры подогревателя, усилитель 9 может быть заменен интегратором с соответствующей коррекцией динамических свойств устройства.В качестве следящей схемы б может быть использован автокомпенсатор напряжения с фиксацией выходного сигнала, а функциональный преобразователь 7 может быть выполнен по схеме однополярного преобразователя, Построение зависимости, аппроксимируемой функциональным преобразователем, может быть выполнено как расчетным, так и экспериментальным способами. Э кспе риме нтал ьн ы й способ дает более точные результаты, Для этого в устройстве датчик 3 заменяют магазином 3 сопротивлений, Устройство с помощью ключевой схемы последовательно переводят то в режим температурной коррекции, то в режим измерения скорости потока,В режиме температурной коррекции 4 магазином устанавливают сопротивление, равное расчетному значению сопротивления датчика 3 при определенном значении ы среды: А ехр ( - ), На выхоВср темпера де следящей систепряжение О, прсопротивление 2новленному на ма ы устанавливается накотором управляемое величине равно устаине,Затем устройство переводят в режимизмерения скорости. При этом фиксируется управляемое сопротивление 2 и напряжение О.Магазином устанавливают сопротивление, соответствующее сопротивлению датчика при заданном перегреве Оо,вычисляемоеВло формуле А ехр (л=-), После этогоср+ оизмеряют напряжение, которое принимают за абсциссу аппроксимируемой функциональным преобразователям зависимости, и напряжение на выходе операционного усилителя, которое принимают за ординату этой зависимости. Аналогичная процедура выполняется для других значений Т,р в заданном рабочем диапазоне температур контролируемой среды.Формула изобретения Термоанемометрическое устройство, содержащее датчик, управляемое сопротивление, ключевую схему и сумматор, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, в него введены источник опорного напряжения, подключенный к первому выводу управляемого сопротивления и к первому выводу ключевой схемы, операционный усилитель, включенный между вторым выводом управляемого сопротивления и вторым выводом ключевой схемы, следящая схема, подключенная первым и вторым входами соответственно, к третьему и четвертому выводам ключевой схемы, а выходом соединенная с входом управления управляемого сопротивления, функциональный преобразователь, включенный между входом управления управляемого сопротивления и первым входом сумматора, а также усилитель, подключенный входом к выходу сумматора, источник мощности подогрева и последовательно соединенные регистратор и подогреватель, имеющий термический контакт с датчиком, выполненным в виде полупроводникового терморезистора с косвенным подогревом и включенным в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя, второй вход сумматора соединен с пятым выводом ключевой схемы, шестой и седьмой выводы которой соединены соответственно с входом регистратора и выходом источника мощности подогрева, подключенного управляющим входом к выходу усилителя,