Цифровой термоанемометр

.10.8 ата опубликования описан 72) Автор изобретени Вавил ский ордена Ленина авиационный инсОрджоникидзе(54) ЦИФРОВО ны Изобретение относится к измеритель й технике и может использоваться дляизмерения средних скоростей жидкостей и газов.Известен термоанемометр, содержащий чувствительный элемент, ключевую схему, коммутатор и импульсный регулируемый источник тока, в котором чувствительный элемент подключен на вход последовательно соединенных ключевой схемы; уст ройства сравнения и запоминающего устройства, при этом вход импульсного регулируемого источника тока связан с выходом запоминающего устройства, а вы, ход - с чувствительным элементом 11.Однако устройство является сложным и имеет низкую точность измерений.Наиболее близким по технической суп- ности к предложенному является цифровой термоанемометр, содержащий кварцевый генератор, нагревающую нить подключенную к входу импульсного усилителя, приемную терм очувствительную нить, включенную в о из плеч мостоввой схемы, к измерительной диагоналикоторой подключены прямой и инверсныйвходы дифференциального усатителя 2.5Однако известное устройство. имеетнизкую точность измерения, обусловленную нелинейностью, так как в нем измерение скорости осуществляется по разности времени прохождения тепловой щ метки к двум термофувствительным нтьтям, установленным по направлению движения потока и против дввкения, а также влиянием изменений температуры, что, приводит к различным длительностям фрон,тов тепловых меток, действующих ннтермочувствительные кити.Целью изобретения является повышение точности.Поставленная цель достигается тем, 20 что цифровой термоанемометр снабженпервым и вторым фоторезистивными оптронами, фоторезисторы которых включев два смежных плеча мостовой схемы;3 Ммасштабным усилителем, компараторвм, .устройством формирования импульсов стабильной длитнльности, устройством антисовпадения, реверсивным счетчиком, преобразователем код - частота, при этомпервый вход масштабного усилителя соединен с выходом дефференциального усилителя, а выход - с первым и вторымсветодиодами оптронов, соединенных параллельно и разнополярно, причем первыйвход компаратора подключен к выходу дифференциального усилителя, а выход - кпервым входам устройства формированияимпульсов стабильной длительности и устройства антисовпадения, выходы которогоприсоединены к суммирующему и вычитающему входам реверсивного яетчика, квторому входу устройства антисовпадения подсоединен выход преобразователякод - частота, а к третьему и .четвертому тактовым входам - соответственнопрямой и инверсный выходы кварцевогогенератора, инверсный выход которогоодновременно подключен к второму входу устройства формирования импульсовстабильной длительности, а прямой выход кварцевого генератора .- к входутактирования преобразователя код - частота, к информационным входам которого подключены выходы разрядов реверсивного счетчика.На чертеже представлена блок схемаустройства,Цифровой термоанемометр содержитнагреватель 1, приемную термочувствительную нить 2, импульсный усилитель 3,первый и второй фоторезисторные оптроны 4 и 5, дифференциальный усилитель 6,масштабный усилитель 7, компаратор 8,устройство формирования импульсов стабильной длительности 9, устройство антисовпадений 10, реверсивный счетчик 11,преобразователь код - частота 12 икварцевый генератор 1 3.фоторезисторные оптроны состоят из.фотореэисторов 14 и 15 и светодиодов16 и 17,На чертеже обозначен источник питания 18,В статическом состоянии нагреватель1 и приемная термочувствительная нить2 одним концом соединены с общей шинойпитания, К второму концу нагревателя 1подключен выход импульсного усилителя3, а второй конец термочувствительнойнити 2 соединен в последовательную цепьс резисторами Яи В. Такое соединениереализует мостовую схему. Резистор Рявляется переменным, к его подвижному контакту подключен источник питаниямоста 18 Е . Параллельно плечам переПменного резистора Я подключены фотореэисторы 14 Р и 15 Й 4 оптронов 4и 5. К измерительной диагонали мостаподключены входы дифференциального усилителя 6, выход которого подключен квходам масштабного усилителя 7 и компаратора 8. Резисторы В и 1 задают 1 О коэффициент передачи масштабного усилителя 7, выход которого соединен ссветодиодами 16 Ри 17 Э оптронов4 и 5, включенными разнополярно. Выходкомпаратора 8 соединен с первым входомустройства формирования импульсов стабильной длительности 9, к второму входукоторого подключены инверсный выходкварцевого генератора 13, а выход формирователя 9 соединен с входом импульоного усилителя 3, формирующего импульстока в нагревающей нити 1. Устройствоантисовпадений 10, реверсивный счетчик11 и преобразователь код - частота Х 2представляет собой следящий цифровойчастотомер, причем на первый и второйвходы устройства антисовпадений 10подключены выходы компаратора 8 и преобразователя код - частота 12. Выходыустройства антисовпадений 10 подключенык суммирующему и вычитающему входамреверсивного счетчика 11, а его выходыс разрядов подсоединены к информацион.ным входам преобразователя код частота 12, который вырабатывает в соответствии с кодом счетчика из частоты кварцевого генератора 13 частоту; компенсирующую частоту следования тепловых меток от нагревателя 1 к термочувствительной приемной нити 2 и выделяемую в виде логических перепадов компаратора 8.Устройство антисовпадений 10 предназначается для исключения совпадений импульсов, поступающих от компаратора и преобразователя код - частота на входы реверсивного счетчика, что достигается синхронизацией сигналов импульсами кварцевого генератора, снимаемыми с прямогои инверсного выходов.Цифровой термоанемометр работает сле дующим образом,В. начальный момент (при включении 50устройства в работу) на нагреватель 1от импульсного усилителя 3 поступаетимпульс тока, вырабатываемый по сигналу, поступающему на вход импульсногоусилителя с выхода формирователя импульсов стабильной длительности 9. Этотстабильный импульс формируется по логическому перепаду 1" - "0, имеющему9666 ЬО Цифровой термоанемометр, содержащий кварцевый генератор, нагреватель, подключенный к входу импульсного усилителя, приемную термочувствительную нить, включенную в одно из плеч мостовой схемы, к измерительной диагонали которой подключены прямой и инверсивный входы дифференциального усилителя, о т. л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью по- вышения точности, он снабжен первым и вторым фвторезистивными оптронами, фьторезисторы которых включены в два смежных плеча мостовой схемы, маоштабным усилителем, компараторщ, устройством формирования импульсов стабильной длительности, устройством анти- совпадения, реверсивным счетчиком, преобразователем код - частота при этом первый вход масштабного усилителя соединен с выходом дифференциального усилителя, а выход - с первым и вторым светодиодами оптронов, соединенных параллельно и разнополярно, причем первый вход компаратора подключен к выходу, дифференциального усилителя, а выходк первым входам устройства формирова-ния импульсов стабильной длительности и устройства антисовпадения, выходы которо 5место при включении питания на выходекомпаратора 8. Под действием импульсатока нагреватель 1 разогревается, и поддействием потока тепловая метка уносится в направлении приемной термочувствительной нити 2, До поступления тепловойметки к термочувствительной нити мостовая схема является сбалансированной, т.е,в ее измерительной диагонали разностьпотенциалов равна нулю. Балансировка 10мостовой схемы осуществляется оптронами 4 и 5,. светодиоды которых подключены к выходу масштабного усилителя 7,а фоторезисторы - к плечам мостовойсхемы. Например, при изменении темпера туры вокруг нити 2 мостовая схема разбалансируется, на выходе дифференциального усилителя имеет место напряжениеразбаланса, и далее это напряжение, усиленное масштабным усилителем, поступает на питание светодиодов. В зависимости от знака разбаланса зажигается одиниз светодиодов 163 или 17 Э оптронов 4 и 5. Величина разбаланса влияетна интенсивность свечения. Величина 25сопротивления освещенного фоторезистора уменьшается обратно пропорциональноинтенсивности свечения светодиода, приэтом происходит снижение величинынапряжения разбаланса мостовой схемы. Э 0Если скорость движения потока, переносящего тепловую метку, не равна нулю,то при достижении тепловой меткой термычувствительной нщи 2 мостовая схемаразбалансируется. В еличина напряженияразбаланса и время разбаланса зависятЭ 5от фронта тепловой метки. На выходе дифференциального усилителя, а соответственно, и на входе компаратора 8 появляетсяуеиленное напряжение разбаланса. На вы-:40ходе компаратора появляется логическийперепад сигналов "1- фО, по которомувновь формируется устройствами 9 и 3импульс разогрева нагревателя 1 . В этовремя срабатывает устройство балансиро 45вки моста с фоторезисторами термочувствительной нитью 2, осуществляется формирование новой тепловой метки нагревателем 1.Частота следования тепловых меток Гопределяется выражением(,1)4+ ц+ Огде Ь - длительности импульса разогрева нити 1; 55Ь - время прохождения тепловойметки от нити 1 к нити 2;0 - длительность фронта воздействиятепловой метки на нить 2,ЬСкорость двгкения потока определяется в соответств)1 и с базовым расстоянием Ь между нитями и частотой следования тепловых меток по следующему выражениюЬ)В частном случае, когда скорость потока равна нулю, то тепловая метка от нагревателя 1 к нити 2 перемешается под действием конвективной теплопередачи. При этом время распространения тепловой метки становится большим (метка размывается), а фронт воздействия ее на нить 2 удлиняется, чтоприводит к тому, что мостовая схема не может разбалансироваться на столько, чтобы на выходе диффереюппцп ного усилителя 6 выделился сигнал, способный переключить компаратор 8, Этому способствует оптоэлектронное устройство балансировки моста, Момент срыва генерации при нулевой скорости обтекания нитей обеспечивается соответствующим выбором коэффициента передачи масштабного усилителя 7.Предложенный цифровой .термоанемометр позволяет повысить точность измеформула изобретения7 966600 8го присаединены к суммирующему и вы- рования преобразователя код - частота,читающему входам реверсивного счетчика, к информационным входам которого подк второму входу устройства антисовпаде- ключены выходы разрядов реверсивногония подсоединен выход преобразователя счетчика,код - частота, а к третьему и четверто- Зму тактовым входам - соответственно Источники информации,прямой и инверсный выходы кварцевого принятые во внимание при экспертизегенератора, инверсный выход которого 1. Авторское свидетельство СССРодновременно подключен к второму входу М 650014, кл, Я 01 Р 15/12, 1979.устройства формирования импульсов ста 2. Брэдшоу П. Введение в турбулентбильной длительности, а прямой выход ность и ее измерение. фМир, 1974,кварцевого генератора - к входу тактн- с. 134-135, (прототип)