Способ динамический градуировки датчиков термоанемометров и устройство для его осуществления

/ 0 ЬЭ Овевй ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Донецкий государственный университет(56) Авторское свидетельство СССР М 1173321, кл. 6 01 Р 21/00. 1984.Авторское свидетельство СССР М 1249465, кл. 6 01 Р 5/12, 6 01 Р 21/00, 1981.54) СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ ГРАДУИРО В КИ ДАТЧ И КО В ТЕ РМОАН ЕМ ОМ ЕТРОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерительной технике и метрологии и может быть использовано для динамической градуировки,термоанемометров в газовом потоке. С помощью источников 1 звуковых волн в противоточной камере 6 замкнутой аэродинамической трубы (импеданс-трубе) создается бегущая звуковая волна. Это приводит к возникновению в потоке на фоне средней скорости гармонических пульсаций скорости, которые воздействуют на градуируемый датчик 14 термоанемометра 15. Пульсации скорости вычисляются с помощью блока 17, вычисления плотности и скорости звука на который подаются сигналы с датчиков 16 температуры, давления, влажности. Интегратор 24 и устройство 23 центрирования выделяют из выходного сигнала термоанемометра 15 соответственно постоянную и пульсационную составляющие, и регистрирующий блок 26 автоматически строит амплитудно-частотную характеристику термоанемометра, 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике и метрологии и может быть использовано для динамической градуировки термоа немометров.Цель изобретения - снижение погрешностей и расширение рабочего диапазона градуировки.На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - диаграмма его работы.Сущность способа заключается в том, что в замкнутом по входу и выходу контуре аэродинамической отрубы (импеданс-трубы) путем синфазного сложения нескольких звуковых волн на входе аэродинамической трубы возбуждают бегущую волну, измеряют амплитуду звукового давления, температуру, давление и влажность газа, Затем определяют амплитуду скорости Чф) для заданной частоты колебаний по формуле оответственкак функции Т, влажности где Р (1) - суммарная амплитуда звукового давления;1 - частота колебаний;Р(Р 111 р),с (Р 1 Т 1 ) -сно плотность и скорость звукаот давления р, температурыр газа.Ка схеме устройства (фиг. 1) обозначены несколько источников 1 звуковых колебаний., несколько конических рупоров 2, рабочий участок 3 аэродинамической трубы в виде проточного канала импеданс-трубы, устройство 4 для создания потока воздуха, акустический сумматор (согласующее устройство) 5, катеноидальный рупор 6, заглущенная камера 7, осевой вентилятор 8, задатчик 9 скорости потока, датчик 10 звукового давления, измеритель 11 звукового давления, датчик 12 средней скорости (трубка Пито), измеритель 13 средней скорости потока, датчик 14 термоанемометра, электронный блок 15 термоанемометра, датчики 16 давления, влажности и температуры (условно совмещены), блок 17 вычисления плотности и скорости звука, генератор 18 гармонических колебаний, усилитель 19 мощности, блок 20 вычислений амплитуды пульсаций скорости, синхронизатор 21, блок 22 линеаризации, блок 23 центрирования, интегратор 24, блок 25 определения верхней граничной частоты, регистрирую, щий блок 26, при этом градуируемый датчик установлен в рабочем участке 3 аэродинамической трубы, причем в этом же сечении заподлицо со стенкой отрубы закреплен датчик 10 звукового давления. Акустическое согласование рабочего участка 3 трубы, что необходимо для создания бегущей волны, осуществляется с одной стороны при помощи рупора 2 и акустического сумматора 5, а с 5 другой - с помощью катеноидального рупора 6 и заглушенной камеры 7. Задатчик 9 скорости соединен с управляемым двигателем осевого вентилятора 8. Через задатчик 9 осуществляется обратная связь с генера тором 18 гармонических колебаний. Генератор 18 соединен через усилитель 19 мощности с источником 1 звуковых колебаний, а также через синхронизатор 21 с регистрирующим блоком 26, Измеритель 13 15 средней скорости потока с трубкой Пито 12в качестве датчика подключен к регистрирующему блоку 26 и задатчику 9 скорости.Измеритель 11 звукового давления, к которому подключен его датчик 10, соединен с 20 компрессионным входом генератора 18 и сблоком 20 вычисления амплитуды пульсаций скорости, На два других входа блока 20 пода 1 отся сигналы с блока 17 вычисления плотности и скорости звука, соединенного, 25 в свою очередь, датчиками 16 температуры,давления и влажности, Выход блока 20 подключен к одному иэ входов регистрирующего блока 26 и блоку 25 определения верхней граничной частоты.30 К входу блока 15 термоанемометра подключен датчик 14 термоанемометра, а выход блока 15 соединен через блок 22 линеаризации блоком 23 центрирования и интегратором 24, причем один из выходов 35 интегратора 24 подключен к блоку 23 центрирования. Блок 23 одним из своих выходов, как и интегратор 24, соединен с одним из входов регистрирующего блока 26, Второй выход блока 23 через блок 25 определения 40 верхней граничной частоты подключен к одному из входов регистрирующего блока 26,Способ осуществляют следующим обраэом.В рабочий участок 3 аэродинамической 45 трубы в центр сечения, где заподлицо состенкой закреплен датчик 10 звукового давления, помещают градуируемый датчик 14, термоанемометра и создают воздушный поток. Создание потока и его дополнительная 50 перестройка по программе градуировкипроисходят следующим образом, Задатчик 9 скорости потока, включаемый пускателем "Пуск", производит перестройку потока в рабочем участке 3 на значение средней ско рости потока Ч 1 из набора дискретных значений в заданном диапазоне Чвь: Чщах) и включает перестраиваемый генератор 18 гармонических колебаний, а также с помощью осевого вентилятора 8 поддерживает в течение заданного промежуткавремени ЛЬ; необходимого для проведения измерений, скорость Ч 1 = сопэт, Зэ время Л ъ источники 1 звуковых колебаний, управляемые генератором 18 гармонических колебаний, через усилитель 19 мощности перестраивают частоту излучаемого звукового сигнала 1 плавно или дискретно в эа- даННОМ диаПЭЗОНЕ 1 щ 1 п тп 1 ах 1. С ПОМОЩЬЮ датчика 10 звукового давления и его измерителя 11 определяют величину получаемого таким образом звукового давления Р, уровень которого поддерживается постоянным в течение времени Л 11 посредством компрессивной связи измерителя 11 звукового давления с генератором 18. Блок 17 вычисления плотности и скорости звука преобразует сигналы, полученные с датчиков 16 давления, температуры и влажности, в аналоговые в данном варианте напряжения Ор и О е в соответствии с выражениями: ОР - КР К 1 Т, +ф Рн.пР РнпО, =Кс С- КЭ Т (1+ К 4 - ),1Ргде К 1, Кэ, К 4 - постоянные для заданных условий коэффициенты;К 2 - коэффициент сжимаемости газов;р- относительная влажность газа;1 он.п,Рн,п. - плотность и давление насыщенного газа при температуре Т;1 - упругость водяного пара;К р, К с -коэффициенты пропорциональности.Аналоговые напряжения Ор, О р,Ос в блоке 20 преобразуются согласно выражениюч,=кООрОсгде К - коэффициент пропорциональности.,Полученная таким образом величина Ч) регистрируется блоком 26. Градуируемый датчик 14, следовательно, обдувается потоком газа со средней скоростью Ч 1, на которую накладываются пульсирующие колебания У 1, вызываемые бегущей звуковой волной, поэтому на его выходе появляФется сигнал О 1 тд = О 1 + ОЦ (11), который подается на блок 23 центрирования, в котором выделяется сигнал О 11 (11) пульсационной составляющей скорости, обусловленной наличием звукового поля Ра также подается нэ интегратор 24, в котором выделяется сигнал постоянной составляющей скорости О;, поступающий на регистрирующий блок 26. Сигнал О 11 поступает с блока 23 центрирования непосредственно на блок 26 и блок 25 определения верхней граничной частоты термоанемометра, в котором в течение времени разверткичастоты Л т 1 сравнивается со значением эмплитуды пульсации скорости Ч 1, получэе 5 мым с блока 20, и когда разность этихвеличин 1 = К - Ч 1 - Ц 1 в логарифмическоммасштабе достигает 3 дБ, т.е. когда частотаперестройки 1 генератора 18 достигает значения верхней граничной частоты Гтр, с вы 10 хода блока 25 на блок 26 подается сигнал, врезультате чего в регистрирующем блоке 26фиксируется значение астр (фиг. 2),На фиг, 2 приведены результаты градуировки, проведенной на предлагаемом уст 15 ройстве, для термоанемометра постоянногоСОПРОТИВЛЕНИЯ, ГДЕ 1 тр, 12 тр, мэтр - ВЕРХНИЕграничные частоты для соответствующихсредних скоростей Ч 1=0 мс, Ч 2 =30 м/с,Чз =- 70 м/с, На шлейфограмме первого ка 20 нала самописца отображены величинысредней скорости потока, поддерживаемыепастор.-1 ными в течение 1 времени Л 1. Нашлейфограмме второго канала показана зависимость аыхсдного сигнала термоанемо 25 метра от частоты и величины верхнейграничной частоты термоанемометра науровне - 3 дБ от значения вь 1 ходного сигнала термоанемометра при частоте 5 юп. Пооси абсцисс шлейфограмм отложено теку 30 щее время перестройки частоты или самачастота перестройки генеоаторэ,Формула изобретения1. Способ динамической градуировкидатчиков термоанемометров, заключаю-35 щийся в том, что датчик термоанемометрарасполагают в импеданс-трубе, через которую осуществляют с заданной скоростьюпоток газа и одновременно возбуждают звуковую волну, измеряют амплитуду пульса 40 ций давления в звуковой волне, по которойопределяют амплитуду пульсаций скоростидля заданной частоты колебаний, измеряютвыходной сигнал термоанемометра и позначениям амплитуды пульсаций скорости и45 выходному сигналу теомоанемометра приразличных значениях частоты колебанийопределяют амплитудно-частотную характеристику градуируемого термоэнемометра, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью50 снижения погрешностей и расширения рабочего диапазона грэдуировки, звуковуюволну возбуждают в замкнутом по входу ивыходу контуре импеданс-трубы путем синфазного сложения нескольких звуковых55 волн на входе импеданс-трубы, дополнительно измеряют температуру, давление ивлажность газа в импеданс-трубе, а амплитуду пульсаций скорости О 11 (11) для частотыколебаний 1, Определя 1 от по формулеСоставитель Ю,ВласовТехред М,Моргентал ректор М.Демчи едактор А.Ога Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Заказ 4243 ВНИИПенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 оизво ц Ж) -Р где Р (1) - суммарная амплитуда звукового давления;р (Р Т 1 р) с Р 1 Т р ) - соответственно плотность и скорость звука как функции от давления Р, температуры Т и влажности р газа. 2, Устройство для динамической градуировки датчиков термоанемометров, содержащее импеданс-трубу в виде проточного воздушного канала, акустически согласованную с источником звуковых волн, подключенным через усилитель мощности к первому выходу генератора гармонических колебаний, а также установленные в одном сечении импеданс-трубы датчики термоанемометра и пульсаций давления, блок обработки результатов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены дополнительные источники звуковых волн, заглушенная камера, задатчик скорости потока, датчики температуры и влажности, блок линеаризации, сихронизатор, блок вычисления плотности и скорости звука, блок вычисления амплитуды пульсаций скорости, измеритель средней скорости потока, блок определения верхней граничной частоты, блок центрирования, интегратор, причем дополнительные источники звуковых волн параллельно подключены к усилителю мощности, второй выход генератора гармонических колебаний связан с входами синхронизатора, первый уп равляющий вход генератора гармоническихколебаний связан с задатчиком скорости, второй его управляющий вход - с первым входом блока вычисления, а синхронизирующий вход генератора связан с выходом 10 синхронизатора, второй и третий входы блока вычисления амплитуды пульсаций скорости подключены к выходам блока вычисления плотности и скорости звука, входы которого соединены с выходами дат чиков давления, температуры и влажности,выход датчика термоанемометра через блок линеаризации подключен параллельно к входам интегратора и первому входу блока центрирования, второй выход которого сое динен с первым выходом интегратора, а выход - с первым входом блока определения верхней граничной частоты, второй вход которого связан с выходом блока вычисления амплитуды пульсаций скорости, входы бло ка регистрации соединены соответственнос выходами синхронизатора, измерителя средней скорости, блока вычисления амплитуды пульсаций скорости, блока центрирования, блока определения верхней 30 граничной частоты и интегратора.