Термоанемометр (его варианты)

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК А 09) (11) 359 С 01 Р 5/10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТН 1 ИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОИМ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) 1Авторское свидетельство СССР Ф 824060, кл. С 01 Р 5/12, 1978.2, Сгопппе 11 п К.1). ЭцЬЬе 1 с 1 М. Мос)1 Г 1 ей апетпотпегегя Гог 1 пт 1 оог с 1 хшаге геяеагсЬ ",1. РЬуя.Е. Бс 1, 1 пяггцш", 1976, 9, Р 11. 1005-1009 (прототип).(54) ТЕРМОАНЕМОМЕТР (ЕГО ВАРИАНТЫ), (57) 1. Термоанемометр, содержащий дифференциальную термопару с измерительным и компенсационным спаями, нагреватель и компенсатор направления потока сферической формы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности путем увепичения степени нечувствительности к направлению потока и повышения быстродействия, измерительный спай дифференциальной термопары выполнен в виде равномерно нанесен 1ных на наружной поверхности сферкольцевых полос, при этом сфера икольцевые полосы выполнены иэ разнородных термоэлектродных материалов,а нагреватель выполнен в виде спирали, витки которой равномерно рассредоточены по внутренней поверхности сферы.2. Термоанемометр, содержащийдифференциальную термопару с измерительным и компенсационным спаями,нагреватель и компенсатор направления потока сферической формы,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, .с целью повьппения точности путемувеличения степени нечувствительйности к направлению потока и повышения быстродействия, измерительныйспай дифференциальной термопарывыполнеч в виде стыка двух полусфер физ разнородньж термоэлектродных . бматериалов, а нагреватель выполненвиде спирали, витки которой равно-,мерно рассредоточены по внутренней:поверхности сферы.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потока жидкости или газа, в частности для измерения скорости воздушного потока в отсеках бортового оборудования летательных аппаратов и при аэродинамических исследованиях.Известен термоанемометр, содержащий дифференциальную термопару с измерительным и температурным компенсационным спаяли, компенсатор направления потока шарообразной формы, выполненный в ниде меридианных витков одного из электродов дифференциальной термопары 1 .Недостатком данного термоанемометра является значительная погрешность измерения скорости потбка из-з неидентичиости условий теплообмена витков компенсатора и измерительного спая приизменении направления потока вследствие того, что в вершинах меридианных витков создается зона повышенного нагрева, а,измерительный спай находится вне компенсатора, кроме того, при направлениях потока со стороны нижней полусферы компенсатора измерительный спай дополнительно нагревается тепловымследом компенсатора. 10 15 а 202530 35 40 45 50 Наиболее близким к изобретению является термоанемометр, содержащий дифференциальную термопару с измерительным и компенсационным спаями, нагреватель и компенсатор направления потока сферической формы. Дифференциальная термопара выполнена в виде двух сфер из одного металла, в центре которых расположены спаи термопар. Внутри одной из сфер, являющейся компенсатором направления потока, . помещен нагреватель в виде спирали, намотанной на сердечник. Сферы подвешены на С-образной державке 2.Недостатком известного устройства является значительная погрешность измерения, возникающая при изменении направления потока, из-за области повышенной чувствительности направлению потока вследствие взаимного затенения сфер и С-образной державкой.Целью изобретения является повышение точности измерения скорости потока путем увеличения степени нечувствительности к направлениюпотока и повышение быстродействия.Поставленная цель достигается тем,что в термоанемометре, содержащемдифференциальную термопару с измерительным и компенсационным спаями,нагреватель и компенсатор направления потока сферической формы,измерительный спай дифференциальной термопары выполнен в виде равномерно нанесенных на наружной поверхности сферы кольцевых полос,при этом сфера и кольцевые полосывыполнены из разнородных термоэлектродных материалов, а нагревательвыполнен в виде спирали, витки которой равномерно рассредоточены повнутренней поверхности сферы.По второму варианту измерительный спай дифференциальной термопарывыполнен в виде стыка двух полусфер1 из разнородных термоэлектродных материалов, а нагреватель выполнен в виде спирали, витки которой рассредоточены по внутренней поверхностисферы,Выполнение измерительного спая в виде сферы из одного металла с нанесенными на нее.кольцевыми полосами из другого металла и конструктивное совмещение измерительного спая и компенсатора направления потока позволило получить сигнал,пропорциональный осредненному значению температуры поверхности сферы при обтекании ее потоком. Причем при разных направлениях потока все кольФцевые спаи находятся в разных температурных зонах и генерируют каждый ТЭДС,пропорциональную среднему значению температуры части поверхности сферы вдоль кольцевого спая, а суммарная ТЭДС, генерируемая измерительным спаем, пропорциональна среднему значению температуры поверхности сферы, а значит 1 и измерительного сная. Таким образом, измерительный спай генерирует сигнал, пропорциональный скорости потока, независимо от его направления, что повышает точность .измерения. Выполнение нагревателя в виде сферической спирали, примыкающей вплотную к внутренней поверхности сферы, являющейся измерительным спаем и компенсатором направления потока, позволило создать равномерный нагрев сферы, уменьшить массу измерительного спая при прочих равных с изве. стным устройством размерах и, следовательно, уменьшить инерционность.Термоанемометр по второму варианту отличается тем, что измерительныйспай дифференциальной термопары образован по линии соединения двухполусфер из разнородных термоэлектронных материалов, образующих сферу,являющуюся компенсатором направления потока. В этом случае температура поверхности сферы воспринимается единичным кольцевым спаем, Приэтом быстродействие у термоанемометра по второму варианту выше, чем 15у термоанемометра по первому вариан.ту, так как масса измерительногоспая в термоанемометре по второмуварианту меньше, чем в термоанемометре по первому варианту. Преимущест Ово термоанемометра по первому варианту перед термоанемометром по второмуварианту состоит в более полном осреднении температуры поверхности измерительного спая, что расширяет диапазон нечувствительности к направлению потока. Выполнение измерительного спая в термоанемометре по второмуварианту в виде кольцевого спая позволяет получить большее осреднениетемпературы, чем в известном устройстве, где спай сосредоточенный.Достоинство термоанемометра повторому варианту состоит в упрощениитехнологии изготовления из-за ис 35ключения операции нанесения кольцевых полос,На фиг. 1 представлена схематично конструкция термоанемометра, нафиг. 2 - сечение А-А на фиг, 1.Термоанемометр согласно первомуварианту содержит измерительныйспай дифференциальной термопары 1,, температурный компенсационный спай2 нагреватель 3, регистрирующий при бор 4, стабилизированный источник.5 питания и несущий стержень 6.К несущему стержню 6 прикрепленыизмерительный спай дифференциальнойтермопары 1 и температурный компенса.5 Оционный спай 2. Внутри измерительного спая 1 вплотную к его поверхности расположен нагреватель 3 ввйде сферической спирали. Сферакомпенсатора направления потока изготовлена из константана. На неегальваническим способом (по трафаре.ту) с равномерными промежутками нанесены две пблосы из меди, при этом первый слой меди нанесен на часть сферы, противоположную области крепления к несущему стержню, другойпараллельно предыдущему, так что образуются три кольцевых спая, образующих совместно со сферой измерительный спай дифференциальной термопары. Выводы измерительного спая располагаются в диаметрально противоположных точках сферы на оси, совпадающей с осью несущего стержня. Сферическая спираль нагревателя выполнена из манганиновой проволоки.Термоанемометр по первому варианту работает следующим образом.От стабилизированного источника 5 питания при помощи нагревателя 3 осуществляется нагрев измерительного спая 1, Температурный компенсационный спай 2 принимает температуру потока и осуществляет температурную компенсацию, При обтекании потоком измерительного спая 1 на его поверхности образуется неравномерное поле температур, причем изотермы расположены перпендикулярно направлению потока. При разных направлениях пото; ка кольцевые спаи находятся в разных температурных зонах и генерирует каждый ТЭДС, соответствующую среднему значению температуры части поверхности сферы вдоль кольцевого спая. Степень осреднения температуры всей поверхности сферы, а значити изме-. рительного спая вдоль направления потока зависит от числа кольцевых спаев. Таким образом, генерируемая ТЭДС соответствует некоторому среднему значению температуры поверхности сферы независимо от направления потока, а регистрирующий прибор 4 регистрирует сигнал,пропорциональный разности средней температуры измерителЬного спая (сферы) и темпе" ратуры компенсационного спая и со- ответственно величине модуля векто ра скорости потока.Работа термоанемометра по второму варианту аналогична описанной.Выполнение термоанемометра измерительного спая по линии соединения двух полусфер и в виде сферы с нанесенными полосами металла, являющейся компенсатором направления потока, а нагревателя в виде сферической спирали, примыкающей к внутренней поверхности сферы, поз. Заказ б 760/30 Тираж 822ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб.9 д 4/5 Подписное Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 волило получить сигнал ТЗДСпропорциональный осредненному значению температуры поверхности сферы, тем самым уменьшить зависимость этого (значения) сигнала от направления 5 потока, что приводит к повышению точности измерений по сравнению с базовым объектом. Выполнение в предлагаемом термоанемометре измерительного спая дифференциальной термопары конструктивно совмещенным с ком- пенсатором направления, потока расширяет область нечувствительности к направлению потока и повышает точность измерений по сравнению с базо вым объектом, у которого область повышенной чувствительности к направлению потока ограничена двугранлным углом в 30 со стороны державки и телесным углом в 0,84 стерадиан 2 О со стороны верхней и нижней полусферы, а для предлагаемого термоанемомет-. ра эта область меньше и ограничена телесным углом в 0,84 стерадиан со стороны несущего стержня.Кроме того, предлагаемый термоанемометр обладает повышенным быстродействием по сравнению с известным устройством, так как при равных размерах измерительного спая обладает меньшей массой, а измерительный спай участвует в теплообмене с потоком непосредственно. В предлагаемом термоанемометре подвод тепла от нагревателя к измерительному спаю происходит при прямом контакте и практически по всей его поверхности, что обеспечивается выполнением нагревателя в виде сферической спирали, вплотную примыкающей к внутренней поверхности сферы, это позволило получить более равномерный нагрев поверхности компенсатора направления потока по сравнению с известным термоанемометром, что также повышает точность измерений с помощью термоанемометра.