Термоанемометр

(5 с и ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетельство СССР М 834524, кл, 6 01 Р 5/12, 1979.Авторское, свидетельство СССР М 650014, кл. 6 01 Р 5/12, 1976.(57) Использование: в измерительной технике для измерения скорости воздушного потока. Сущность изобретения; термоанемометр содержит один термочувствитель- ный элемент 1. одну термочувствительную хему 2, две ключевые схемы 3, 11один мпульсный источйик тока 4, одно устройство сравнения 5, один демодулятор 6, одно запоминающее устройство 7, один широтно-импульсный модулятор 8. один генератор импульсной частоты 9, один фильтр нижних частот 10. 2 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости воздушного потока,Известен термоанемометр, содержащий две термочувствительные цепи, включенные дифференциально к замкнутой поцепи питания одной из них системе следящего уравновешивания. Выходом термоанемометра. является сигнал, пропорциональный напряжению питания термоце- "0 пи, в которую включен разогреваемый терморезистор, Зтот термоанемометримеетнедостаток,связаннййс влиянием изменений температуры воздуха на его показания.Наиболее близким по совокупности 15 общих признаков предлагаемому изобретению является термоанемометр, содержащий последовательно соединенные в замкнутый контур чувствительный элемент, " ключевую схему, устройство. сравнения, эа-. 20 поминающее устройство и регулируемый импульсный источник тока, Коммутатор подключен к тактовым входам импульсного источника тока, ключевойсхемы и запоминающего устройства. Недостатком известного термоанемометра является низкая точность измерения скоростй воздушного потока при изменении его температуры в широком дйапаэоне из-эа невозможности полной компенсации изменения температу ры воздуха за счет лйнейной обратной свя- зи, примененной в устройстве. Кроме того,известный термоанемометр обладаетнизким быстродействием, определяем ы м процессами циклического изменения 35температуры термочувствительного элемента,Цель изобретения - повышение точности измерения массовой скорости газовогопотока и быстродействия устройства, Поставленная цель достигается тем, чтов термоанемометр, содержащий термочувствительнь 1 й элемент; подключенный первым выводом к выходу импульсногорегулируемогоисточника тока и к первомувыводу ключевой"схемы, соединенной выходом со вхоДом устройства сравненйя, атакже запоминающее устройство, дополнительно введены последовательно соединен-";50ные второй термочувствительный элемент ипервый резистор, образующие с первымтермочувствительным элементом смежныеплечи мостовой схемы, в противоположные плечи которой включены введенйые второй и, соответственно, третий резисторы, гене ратор тока, подключенный к питающей диагонали мостовой схемы, а также генератор тактовой частоты, демодулятор, широтно- импульсный модулятор, ключ и фильтр нижних частот. Демодулятор включен между выходом устройства сравнения и входом запоминающего устройства, Широтно-импульсный модулятор включен сигнальным входом к выходу запоминающего устройства, а выходом - ко входам управления импульсного источника тока и ключа. Генератор тактовой частоты своим выходом подключен ко входам управления ключевой схемы, демодулятора и широтно-импульсного модулятора, Фильтр низких частот своим входом через ключ подключен к выходу иМпульсного источника тока. а запоминающее устройство выполнено в виде интегратора;На фиг, 1 показана функциональная схе- . ма предлагаемого термоанемометра; на фиг. 2 - временная диаграмма работы термоанемометра.Предлагаемый термоанемометр содержит соедийенньге последовательно по питанию первый термочувствительный элемент .1 (й 4), второй термочувствительный элемент 2 (й), и первый (В 1) 3, а также второйрезистор (й 2) 4, третий резистор йэ) 5, составляющие мостовую схему, диагональ питания которой подключена кгенератору тока 6; а измерительная "диагональ,-. к ключевой схеме 7, К выходу ключевой схемы 7 подключены последойательйосоединенные устройство сравнения 8, демодулятор 9, запоминающее устройство 10, широтно-импульсный модулятор ШИМ) 11, регулируемый импульсный источниктока 12. Выход источника тока 12 йодключен к термочувствительномуэлемейту 1 й входу ключа 13, вход управлениякоторого подключен к выходу ШИМ 11., а выход - ко входу фильтра низких частот (ФНЧ) 14, выход которого является выходом термоанемометра. Входы управления" ключевой схемы 7, демодулятора 9 и ШИМ 11 подключены к выходу генератора тактовой частоты (ГТЧ) 15.Работает термоанемометр следующим обраэом,В йсходном положении при выключенном источнике тока 12 и 81=0 мостовая схема сбалансирована, а термочувствительные элементы 1 и 2, выполненные иэ резисторов с одинаковыми термическими коэффициентамисопротивления, расположены в потоке газа рядом. Ток питания мостовой схемы не создает их подогрева,Генератор тактовой частоты 15 вырабатывает прямоугольные импульсы, период повторения которых пренебрежимо мал по отношению к величине постоянной времени Хтермочувствительных элементов 1 и 2, которая, например, при выполнении их в виде тонкой проволоки, может быть определена при помощи формулыбас4 агде д - диаметр проволоки;р и с - соответственно плотность и теплоемкость материала проволоки; 5а - коэффициент конвективной теплоотдачи, зависящий от массовой скоростивоздушного потока,При й 1 Ф О, а также при наличии тактового импульса на выходе ГТЧ 15, ключевая 10схема 7 подключает измерительную диагональ мостовой схемы к устройству сравнения 8. Сигнал разбалайса мостовой схемы,выделенный и усиленный устройством сравнения 8, в виде импульса напряжения, величина и полярность которого определяетсявеличиной и знаком напряжения разбаланса моста, поступает с выхода демодулятора. 9 на вход запоминающего устройства 10,где происходит его интегрирование, При наличии тактового импульса на выходе ГТЧ 15ШИМ 11 блокируется, и на его выходе отсутствует импульс включения источника тока12 и ключа 13. Источник тока 12 в выключен. ном состоянии не оказывает влияния на балансировку моста.При отсутствии.тактового импульса ключевая схема 7 отключает измерительную диагональ моста отвхода устройства сравнения 8. При этом навыходе демодулятора 9 сигнал отсутствует, 30а выходное напряжение запоминающего устройства (интегратора) 10 остается неизменным, ШИМ 11 вырабатывает импульснапряжения, длительность которого определяется величиной выходного напряжения 35запоминающего устройства 10. Максимальная длительность широтно-модулированного импульса ограничена временныминтервалом между бкончанием и началомтактового импульса, Импульсный источник 40тока 12 вырабатывает стабильный, независимый от длительности входного широтномодулированного импульса и величинынагрузки, ток разогрева первого термочувствительного элемента 1. При условии й 2+ 45+ йз й 1+ й 4+ й 5 мощность й, выделяемаяна термочувствительном элементе 1, равна й .ООнАгде 01 - падение напряжения на элементе 1 50 при протекании тока разогрева А: А - коэффициент заполнения широтно- модулированных импульсов,ФНЧ 14, подключаемый ключом 13 к термочувствител ьному элементу 1 одновременно с импульсами разогрева, осреднФет импульсное напряжениЕ О 1, что при условии Зн=сопм даетОи =- 1(Й,где Овых - напряжение на выходе ФНЧ 14;Е - коэффициент передачи.В результате разогрева термочувствительного элемента 1 происходит увеличение его сопротивления, что приводит к умень-. шению разбаланса моста. В установившемся режиме благодаря выполнению запоминающегося устройства в виде интегратора отсутствует разбаланс моста, При этом величина перегрева ЬТ термочувствительного элемента 1 относительно температуры потока газа, а значит, и температуры второго термочувствительного элемента 2 определяется формулойд 1й 0,5 Ргде йо 5 - величина сопротивления второго термочувствительного элемента 2 при его температуре, равной 0 С;Р - термический коэффициент сопротивления термочувствительных элементов 1 и 2,В установившемся режиме йМеет место баланс рассеиваемой термочувствительным элементом 1 в потоке газа и подведенной к нему мощностей: й = ЗаДТ,где Я - площадь термочувствительного элемента 1, омываемая потоком газа.Так как в предлагаемом устройствеобеспечивается условие Д Т=сопм, то выходное напряжение ФНЧ 14 пропорционально коэффициенту конвективнойтеплоотдачи а, который слабо зависит отизменения температуры газа (воздуха) ипрактически однозначно определяется массовой скоростью потока газа, Исключениенеобходимости периодического разогрева и .остывания термочувствительйогоэлемента1, позволившее повысить тактовую частоту,дало возможность увеличения быстродействия предлагаемого термоанемометра.1789935 Эв Ь А,с Составитель Ю,КабанТехред М.Моргентал Редактор Т.Шагова ектор С,Пекарь Тираж : Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 аказ 347 ВНИИПИ Го оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгоро агарина, 10.с Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я тока, подключенный к питающей диагоналимостовой схемы, демодулятор, включенныйТермоанемометр; сгодержащйй термо- между выходом устройства сравнения и вхочувствительный элемент, подключенный, дом запоминающего устройства, широтно- первым"вывод 6 м" квыходу иМйульсного ре импульсный модулятор, включенный между гулируемого йсточника тока и кпервомувы"-" выхОдом запоминающего устройства и упводу ключевой схемы, соединенйой равляющим входомимпульсного регулируевыходом с входом устройства сравнения, а мого источника тока, последовательно также запоминающее устройство, о т л и ч а- соединенные ключ и фильтр низких частот и ю щ и й с я тем, что; с целью повышения 10 генератор тактовой частоты, подключенный точности измерения и быстродействия, в выходом к управляющим входам. широтно- него дополнительнО ВВедЕнй поСледова- импуЛьеного моДулятора, демодулятора и тельно соединенные второй терМочувстви- ключевой схемы, подключенной входом к тельный элемент и первый резистор, измерительной диагонали мостовой схемы, образующие с- первым термочувствитель выходи управляющий вход импульсного реный элементом смежные плечи мостовой гулируемого источника тока соединены, сосхемы, в"противоположные йлечи которой ответственно"с входом и управляющим млючены введенные второй и соответст- входомключа, азапоминающееустройство ввнно третий резисторы, а также генератор выполненов виде интегратора.д