Устройство для измерения температуры и скорости потоков

.ЯО 13158 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН би ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Донецкий государственный университет(56) Авторское свидетельство СССР В 528460, кл. С 01 К 7/14, 1976.Авторское свидетельство СССР 9 618655, кл. 6 01 К 13/02, 1978, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И СКОРОСТИ ПОТОКОВ(57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель иэобретения - повышение точности измерений за счет улучшения частотной коррекции термодатчика. Устройство содержит преобра 4 С 01 К 13/02 С 01 Р 5 1 эователь 1 температуры с резистивнь термодатчиком 2, термоанемометр 3 постоянной температуры с резистивным термодатчиком 4корректирующий усилитель 5, инвертор 6, умножитель 7, интегратор 8, резисторы 9 и 10, сустрактор 11 и квадратор 12, Введение .новых элементов и образование-новых связей между элементами устройства позволяют производить перестройку цепей коррекции при изменении параметров термодатчика 4 или исследуемой среды лишь изменением постоянной времени интегратора 8. Скорректированный температурный сигнал проходит через инвертор 6, который устанавливает его правильную фазу по отношению к входу корректирующего усилителя 5, 1 ил.(2) 1 131583Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения быстроменяющихся в больших динамических диапазонахтемператур и скоростей потоков в 5системах автоматического контроля иуправления теплотехническими процессами,Целью изобретения является повышение точности измерения за счет 1 Оулучшения частотной коррекции термодатчика измерительного преобразователя температуры.На чертеже приведена блок-схемаустройства. 15Устройство содержит измерительный преобразователь 1 температуры срезистивным термодатчиком 2, термоанемометр 3 постоянной температурыс резистивным термодатчиком 4, корректирующий усилитель 5, инвертор 6,умножитель 7, интегратор 8, резисторы 9 и 10, сустрактор 11 и квадратор 12.Устройство работает следующим образом.В исследуемый поток помещаются.термодатчики 2 и 4, Изменения сопротивления термодатчика 2, пропорциональные изменению температуры 9 по- ЗОтока, преобразуются в соответствующие изменения напряжения на выходеизмерительного преобразователя 1, аизменения величины теплосноса потоком с нагретого термодатчика термоанемометра 3 - в изменения напряжения на его выходе, пропорциональныескорости ч потока. С выхода измерительного преобразователя 1 температурный сигнал, имеющий динамическую 40погрешность, обусловленную термической инерционностью микропроволочного термодатчика 2, поступает на термокомпенсирующий вход термоанемометра постоянной температуры (ТАПТ) 3и одновременно на один из входов корректирующего усилителя 5, которыйпо другому входу охвачен цепочкойобратной связи, состоящей из интегратора 8 и умножителя 7, Один Вход ко рторого подключен через резистор 10к выходу усилителя 5, а другой вход(управляющий) - к последовательносоединенным термоанемометру 3, сустрактору 11 и квадратору 12. Сустрактор 11 обеспечивает компенсацию начального (нулевого) уровня (при скорости потока ч=О) термоанемометра 3,а квадратор"12 приводит в соответст" 4 2вие управляющий сигнал умножителя 7 закону изменения постоянной времени Т термодатчика 2 в зависимости от скорости потока ч.Значение выходного сигнала Етдтдпт те 1 моанемометра 3 при ч=О, которое необходимо компенсировать, определя" ется по градуировочным зависимостям Е-, =К(ч). Выходной сигнал сустрактора 11 зависит. от скорости ч.согласно выражению1Е я(В Ъ l"), (1) где В - постоянный коэффициент; значение которого зависит отсвойств потока и определяется расчетным или эмпирическим путем;Ь - коэффициент, зависящий отзначений резисторов мостаУитстона (не показйн),в плечо которого включен термодатчик 4 термоанемометра 3;ш - эмпирическая константа, причем ш является функцией ч,Постоянная времени Т простых микропроволочных термодатчиков,у которых во избежание концевых эффектов отношение диаметра Й к длине 1 чувствительного элемента мало, определяется выражением где С и Я - соответственно полнаятеплоемкость и поверхность теплообмена чувствительного элемента;Ы - коэффициент теплоотдачи.Коэффициент теплоотдачи Ы зависит от скорости потока при условиях, не очень отличающихся от нормальных,и определяет частоту среза Й чувствиср тельного элемента термодатчика по уровню 3 дБ следующим образом: 1 ЫБ пд 8 чР в,1 и- соответственно плотность,теплопроводность и динамическая вязкость газа;. п и и - эмпирические числа, зависящие от критерия Рейнольдса(Ке) Для используемых термодатчиков с диаметром нити порядка единиц микрометров Ке равняется 0,81.3Из (1)-(3) видно, что Е и Етд при условии идентичной конструкции термодатчиков 2 и 4 одинаково зависят от ч, что и обусловливает данную структуру цепи управляющего сигнала умножителя 7.Управляющий сигнал, пропорциональный Е ,изменяет коэффициент передачи умножителя 7 К по такому же закону, т.е. К ч. Это, в свою оче- О редь, вызывает изменение частоты среза корректирующего усилителя 5, и цепь обратной связи, которой он охвачен, обеспечивает необходимый подьем частотной характеристики; компен сирующий соответствующий ее спад у системы термодатчик 2 - измерительный преобразователь 1, .составляющий для микропроволочных датчиков 20 дБ/декада.1 При этом достаточно обеспечить 20 выполнение равенства постоянных времени Т и корректирующего усилителя 5 Т, те ТО=ТкПередаточная функция системы тер,модатчик 2 - измерительный преобразователь 1 - корректирующий усилитель 5 записывается следующим образом:+Те30 - соответственно передаточные функции измерительного преобразователя 1 с термода 35чиком 2 и корректирующего усилителя 5;- оператор Лапласа; - коэффициент пере 40дачи системы тер" модатчик 2 - измерительный преобразователь 1. 45Если сопротивления резисторов 9 и10 цепи обратной связи усилителя 5по постоянному току равны, то 11(р)имеет видКу Ку"(Р) 1+и (р) К 1 50оос Р ч 1+гт. Р4Кп где К - коэффициент усиления разомкнутого усилителя 5;Т - постоянная времени интегратора 8;И, (р) - передаточная функция цепиобратной связи усилителя 5.Из (4) и (5) видно, что подбирая2 Ти 20 Ти Т =Т- т,е, Т = в= в=Т (ч) к Еф ф ф к К, 11 Е ьи ч где К=0,1 0 (Б - напряжение на выходе квадратора), можно осуществить коррекцию инерционности датчика температуры вплоть до частот а значит уменьшить Те, так как К) 1,Перестройка цепей коррекции при изменении параметров термодатчика или исследуемой среды осуществляется лишь изменением постоянной времени интегратора, что позволяет заранее легко программировать и затем переключать устройство в соответствии с исследуемой средой либо постоянной времени термодатчика.Скорректированный температурный сигнал проходит через инвертор 6, который устанавливает его правильную фазу по отношению к входу корректирующего усилителя 5Сигнал, пропорциональный измеряемой скорости потока, снимается с выхода сустрактора. Формула изобретения Устройство для измерения температуры и скорости потоков, содержащее два резистивных термодатчика один из которых включен в термоанемометр постоянной температуры, а другой - в измерительный преобразователь температуры, выход которого подключен к входу термокомпенсации термоанемометра постоянной температуры, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет улучшения частотной коррекции термодатчика измерительного преобразователя температуры, в него введены сустрактор, квадратор, умножитель, интегратор, первый и второй резисторы, корректирующий усилитель и инвертор, к входу которого подключен выход корректирующего усилителя и Второй резистор, последовательно соединенный с первым резистором и первым входом умножителя, второй вход которого через последовательно соединенные сустрактор и квадратор подключе1315834 Составитель В,ГолубевТехред А.Кравчук Корректор И.Муска Редактор О.Юрковецкая Заказ 2352/44 Тираж 776 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035) Иосква) Ж, Раушская наб д, 4/5 Производственно-полиграФическое предприятие, г, Ужгород) ул, Проектная, 4 ны к выходу термоанемометра постоянной температуры, при этом выход умножителя соединен через интегратор спервым резистором и первым входом 6корректирующего усилителя, второй вход которого соединен с выходом измерительного преобразователя температуры.