Способ измерения скорости потока

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Севэ СоветскикСфциалистическикРеспублик К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(61) Дополнительное к автсеид-ву(22) Заявлено 14.04.81 (21) 3272982/18-10 1)М Кп 3 с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетС 01 Р 5/10 Гоеударетвеииый комитет СССР ио дедам изобретений и открытийДата опубликования описания 23. 01. 83 2 Автор.изобретен С. Емельяно 1) Заявител рдена Ленина инстит роблем управлен 54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА И изме кучизобретенрений пх сред ссредств.Известен способ измерения скорости потока текучей среды, заключающийся в том, что в поток помещают термочувствительный элемент, который неарерывно греют, поддерживая постоян ное значение затрачиваемой на нагрев мощности, измеряют температуру термочувствительного элемента и по ее значению судят о скорости потока текучей среды 1.Недостатками этого способа являются значительная нелинейность зависимости температуры термочувствительного элемента от скорости потока сре ды, большая погрешность измерения скорости потока, .обусловленная неоднозначной зависимостью температуры нагретого термочувствительного эле-, мента от измеряемой скорости и других, неизмеряемых, параметров текучей среды, а также ограниченный диапазон измерения скорости потока, обусловленный тем, что при значительном увеличении скорости потока падает чувствительность термоэлемента, а при малых скоростях падает точность иэ-эа кциисреды.Известен также способ измеренияскорости потока, заключающийся в том,что чувствительный элемент приводятв колебательное движение вдоль потока и контролируют энергию взаимодействия чувствительного элемента с потоком среды, при этом как амплитуда,так и частота колебаний постоянны,а при каждом движении чувствительного элемента - термоанемометра - понаправлению и против направления потока регистрируют средние по временизначения теплоотдачи. Для каждого периода колебаний вычисляют разностьсредних значений теплоотдачи, по которой и судят о скорости потока текучей среды 2 3,Этот способ дает воэможность измерения малых скоростей потока (+20 см/с)однако погрешность измерения при этомвсе же велика и по данным фирмы фДиэа электроник" достигает +5%Этообуславливается тем, что на средниезначения теплоотдачи, измеряемые. термоанемометрами, влияет как температура своего теплового следа в потоке, так и температура и теплопроводность самой измеряемой среды.Недостатком способа является такжеузкий рабочий диапазон измерения,что обуславливается переменной чув-,ствительностью термоанемометров подиапазону измерения и нарушениемсправедливости параболичного закона,по которому аппроксимируют функциюпреобразования анемометра за пределами диапазона измерения т 20 см/с.Цель изобретения - повышение точности и расширение диапазона измере- ония за счет инвариантности к парамет.рам текучей среды и получения линейной зависимости между входной и выходной величинами.Поставленная цель достигается тем, 5что регулируют параметры колебанийчувствительного элемента до получения экстремума энергии взаимодействияпри движении чувствительного элемента по потоку, при этом скорость потока определяют по значениям мгновен- фной скорости чувствительного элемента, измеренной в моменты времени,соответствующие экстремумам,Этот способ основан на том, чтотеплоотдача приведенного в движениенагретого термочувствительного элемента только в том случае минимальнав потоке текучей среды, когда скорости термочувствительного элемента ипотока равны .и одинаково направлены. ЗОСуть способа заключается в непрерывном изменении скорости движения.термочувствительного элемента так, чтобы еготеплоотдача поддерживаласьна минимальном уровне, а применяемым 35при этом прибором - термоанемометром - только контролируют факт дове- .дения теплоотдачи термочувствительного элемента до минимального уровня.Линейность зависимости между око Оростью потока текучей среды и скоростью движения в ней термочувствительного элемента, обусловливающаяширокий диапазон измерения скоростипотока, объясняется тем, что предлагаемый способ имеет те же свойства,что и методы измерения, основанныена принципе уравновешивания однородных величин, одна из которых является измеряемой, а другая - регулируемой достаточно точно известной меройСообщаемое термочувствительномуэлементу движение может быть осуществлено по различным периодическим законам, одним из которых достаточно55просто реализуемых, является законпрямолинейных гармонических колебаний, Измерение скорости движения термочувствительного элемента, по значению которой судят о скорости пото Ока, в этом случае возможно осуществить или непосредственно, например,с использованием индукционного илиэлектростатического принципов, иликосвенно - по частоте колебаний прю 65 стабилизированной их амплитуде илипо амплитуде при стабилизированнойих частоте,На чертеже показана блок-схемаодного из устройств, реализующихспособ,Устройство содержит термоанемометр 1, термочувствительный элемент2, электромеханический преобразователь 3, экстремальный регулятор 4,датчик 5 скорости и блок 6 регистрации.Термочувствительный элемент 2жестко связан с электромеханическимпреобразователем 3 и подключен ктермоанемометру 1. Выход термоанемометра 1 соединен с входом экстремального регулятора 4, который имеетдва выхода. Первый из них - регулирующий - соединен с входом электромеханического преобразователя 3,а второй - стробирующий - соединенс управляющим входом блока б регистрации, сигнальный вход которого подключен к выходу датчика 5. скорости.Устройство работает следующим образом.Экстремальный регулятор 4 возбуждает механические колебания в электромеханическом преобразователе 3;который передает их нагретому термочувствительному элементу 2. Теплоотдача элемента 2 в этом случае зависит не только от скорости, температуры, теплопроводности и других параметров потока, но и от скоростиколебательного движения самого термочувствительного элемента 2. Поскольку колебания элемента 2 направлены вдоль потока, то значениясигнала, поступающего на вход экстремального регулятора 4 с выходатермоанемометра 1, в одни полупериоды колебаний соответствуют движениюэлемента 2 по потоку, а в другие -против. Экстремальный регулятор 4воспринимает сигнал от термоанемометра только в те полупериоды, которыесоответствуют движению элемента 2по потоку, при этом он изменяет значение скорости движения термочувствительного элемента 2 так, чтобы этотсигнал принял экстремальное значение, что соответствует минимальнойтеплоотдаче термочувствительного элемента при равенстве скоростей потока и термочувствительного элемента.В момент, когда это достигнуто, экстремальный регулятор 4 выдает на управляющий вход блока б регистрацииимпульс, фиксирующий на выходе этого блока мгновенное значение сигналадатчика 5 скорости. После прохождения точки экстремума в устройствеустанавливается автоколебательный режим (режим "Рыскание" ) вокруг точкиэкстремума, и скорость потока определяют по зарегистрированным в блоке991308 Формула изобретения Составитель В, Чубикоколайчук Техред С,Мигунова Кор ор Л, Бокша Редактор ж 871го комитета СССРй и открытийадская наб д. писн Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 6 значениям скорости термочувстви,тельного элемента .2, которые равны значениям скорости потока в моменты времени, соответствующие моментам появления импульсов на стробирующем выходе экстремального регулятора 4.В некоторых случаях возможно осуществление способа и без датчика 5 скорости, когда параметры выходного сигнала экстремального регулятора однозначно характеризуют скорость 0 движения термочувствительного элемента 2. Например, если колебания чувствительного элемента задаются электромеханическим преобразователем с постоянной амплитудой, а регулирует ся только их частота. Тогда сигнальный вход блока б регистрации подключается к регулирующему выходу экстремального регулятора, и в моменты достижения экстремума сигнала термо анемометра фиксируется частота колебаний, по которой вычисляется скорость потока текучей среды.Ввиду того, что все известные термоанемометры с нагреваевмыми термо чувствительными элементами обладают высокой чувствительностью к скорости потока при малых ее значениях, то и точность определения момента равенства скоростей потока и термочувстви- ЗО тельного элемента в предлагаемом способе будет также высокой.Таким образом, использование данного способа позволяет увеличить Заказ 122/61 Тир ВНИИПИ Государственн по делам изобретен 113035, Москва, Ж, точность измерения и получить линейную зависимость между входной и выходной величинами в широком диапазоне скоростей потока,СпосОб измерения скорости потока, заключающийся в том, что чувствительный элемент приводят в колебательное движение вдоль потока и контроли- руют энергию их взаимодействия, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, регулируют параметры колебаниЯ чувствительного элемента до получения экстремума энергии взаимодействия при движении чувствительного элемента по потоку, при этом скорость потока определяют по значениям мгновенной скорости чувствительного элемента, измеренно, в моменты времени, соответствующие экстремумам. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Электрические измерения неэлектрических величин. Под ред. П. В, Новицкого. Л., Энергия", 1975,с. 354. 2, 015 А Е 1.ЕКТВОМ 1 К совр 1 ейе сайа 1 од Рг 1 пйед 1 п ОепвагК,1 цпе 1974 РцЬ 1. Р 4201 Е (прототип).