Термоанемометрическое устройство

(59 4 С 01 Р, 5/12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н Д ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Институт технической теплофизики АН УССР и Опытное конструкторско- технологическое бюро с экспериментальным производством теплофизического приборостроения Института технической теплофизики АН УССР (72) Е.П.Дыбан, В.И.1(узнецов, Н.С.Прокопенко и Э,Я.Эпик (53) 531.767 (088.8)(56) Авторское свидетельство СССР ,650014, кл. С 01 Р 5/12, 1976.Авторское свидетельство СССР1140045, кл. С 01 Р 5/12, 1984. (54) ТЕРМОАНЕЮМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО (57) Изобретение может использоваться для измерения скорости и температуры газового потоков. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения температуры и скорости как периодических, так и непериодических,801273813 А 1 потоков, имеющих пространственнуютемпературную неравномерность, с помощью одного датчика, На выходе усилителя-сумматора 7 образуется усиленное напряжение, пропорциональноеразности величин сопротивления, которое должен иметь датчик 1 в режимеизмерения скорости при определеннойтемпературе и коэффициенте перегрева и сопротивления датчика при техже условиях в действительности. Это,напряжение подается на вход сопротивления 4, которое изменяет своесопротивление так, чтобы истинноесопротивление датчика 1 в режимеизмерения равнялось требуемому. Навыходе термоанемометра 3 образуетсянапряжение, пропорциональное скорости, которое поступает на вход запоминающего блока 10, где присутствуетнапряжение, пропорциональное скорости, а на выходе блока - пропорциональное температуре, 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь зовано для измерения скорости и температуры газовых потоков.Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения температуры и,скорости как периодических, так и непериодических потоков, имеющих пространственную температурную неравномерность с помощью одного 1 О датчика за счет автоматического отделения информации о скорости от информации о температуре., На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. 15Устройство состоит из датчика 1, термометра 2 сопротивления; термоанемометра 3 постоянной температуры с электрически управляемым сопротивлением 4 и высокостабильным резисто ром 5, делителя 6 сигналов, дифференциального усилителя-сумматора 7, блока 8 компенсации, а также дополнительной цепи автоматической темпе-. ратурной самокомпенсации, состоящей 25 из запоминающих блоков 9 и 10, ключевой схемы 11 и управляющего ими коммутатора 12, причем ключевая схема 11 с подключенным к. ней датчиком 1 включена между входами термометра зО сопротивления 2 и термоанемометра 3, а запоминающие блоки 9 и 10 подключены к их выходам. Выход термометра 2 сопротивления через запоминающий блок 9, блок 8 компенсации и первый вход дифференциального усилителя- сумматора 7 подключен к входу электрически управляемого сопротивления 4. Датчик 1 через ключевую схему 11 и высокостабильный резистор 5 под ключены к входам делителя 6 сигналов, выход которого подключен к вто-, рому входу дифференциального усилителя-сумматора 7. С выхода запоминающего блока 9 снимается сигнал, 45 пропорциональный температуре потока, а с выхода запоминающего блока 10 - сигнал, пропорциональный скорости потока.1Устройство работает следующим об. 50. разом,Датчик 1.помещается в исследуемый поток и поочередно, в два такта,подключается ключевой схемой 11 ктермометру 2 сопротивления и термоанемометру 3.В первоначальный момент времени,(в первый такт) коммутатор 12 выдает такой импульс сигнала, который заставляет ключевую схему.11 подключить датчик 1 на вход термометра 2сопротивления и одновременно открывает вход запоминающего блока 9, накоторое начинает поступать напряжение с выхода термометра 2 сопротивления. Температурная составляющаяпотока, воздействуя на датчик 1,вызывает изменение его электрическо.го сопротивления, которое термометром 2 сопротивления преобразуется внапряжение,Датчик в режиме измерения температуры изменяет свое электрическоесопротивление по законугде К - сопротивление датчика 1 в .режиме измерения температуры в потоке;. Ко - сопротивление датчика 1 врежиме измерения температуоры при температуре 0 С(измеренное заранее);К - температурный коэффициентсопротивления;Ьг. - температура потока, С.Соответственно на выходе термометра 2 сопротивления и на выходе запоминающего блока 9, имеющего коэф. Фициент передачи, равный единице, присутствуют напряжения Б ,х и 11 вых,о, равные= К 1 Ко, (вр а- +где К - коэффициент пропорциональности,Блок 8 компенсации умножает посту. пающее ему на вход напряжение на коэффициент перегрева К датчика 1, когда он включен в режим измерения скорости, т,е, в измерительный мост термоанемометра (тот коэффициент перегрева, при котором производится предварительная градуировка по скорости датчика), для чего он включается в измерительный мост, т.е. на вход термоанемометра.МТаким образом, на выходе блока 8 компенсации получается напряжение живых,в ф равноеВых З выхч . пер 1 1 пер 4 Ф,трее. хгде К - то требуемое сопротивВ,треьление датчика 1, которое он должен иметь приданной температуре потока Ь в режиме измерения скорости, т.е.10будучи включенным в измерительный мост и будучи перегретым с коэффициентом Кер относительно потока,Итак, на выходе блока 8 компенсации образуется напряжение Нщ,8 =К 1 НФ треь х пропорциональное томусопротивлению К т е , которое должениметь датчик 1 в режиме измеренияскорости. Это напряжение поступаетна первый вход дифференциальногоусилителя-сумматора 7.Какое бы напряжение в первоначальный момент времени (когда датчик 1подключен к термометру 2 сопротивления) не поступало на второй вход дифФеренциального усилителя-сумматора Ус выхода делителя сигналов 6 и какоебы при этомнапряжение не образова- З 0лось на выходе термоанемометра 3,на выходе запоминающего блока 10 впервоначальный момент времени нулевое напряжение, так как запоминаю-.щий блок 10 работает в противоФазе :35(попеременно) с запоминающим блоком9, т.е. его вход в этот момент закрыт и оно помнит напряжение,.которое было на его выходе до первоначального момента, т,е. нулевое,напряжение,В следующий момент времени (вовторой такт) коммутатор 12 выдаеттакой импульс сигнала, который заставляет ключевую схему 11.подключить датчик 1 на вход термоанемометра (т.е, включает датчик 1 в режимизмерения скорости) и одновременнозакрывает вход запоминающего блока9. При этом на выходе запоминающего 50блока 9 остается запомненное ранеенапряжение П,х, до подачи следующего открывающего вход импульса.сигнала.Следовательно, и на первый вход 55дифференциального усилителя-сумматора 7 по-прежнему поступает напряжение= К К Вых 8 1 Й,треб,На второй вход дифференциального усилителя-сумматора 7 поступает в этот момент времени с выхода дели- гелЯ сигналов 6 напРЯжение У ых б образовавшееся в результате деленйя напряжения, снимаемого с датчика 1 в режиме измерения скорости, на напряжение, снимаемое с высокостабильного резистора 5 величиной 1 Ом, т.е.Пя, т.К, , (Ом) У 1 ист ,К " 1 наы"П 101 Ом10 мХК = К Куу сгде Н - напряжение, снимаемоеЙФ, истс датчика 1 в режимеизмерения скорости(истинное напряжениена датчике);Ном- напряжение снимаемоеэс высокостабильногорезистора 5 величиной1 Ом; .К - истинное сопротивле-,Э 1 Истние датчика 1 в режиме измерения скорости;1 - ток, протекающий через датчик 1 в режимеизмерения скорости ичерез высокостабильный резистор 5 (вследствие последовательного соединения датчика 1 и высокостабильного Резистора 5,а также вследствиебольшого входного сопротивления делителясигналов 6 ток, протекающий через датчик 1, равен току,протекающему черезвысокостабильныйрезистор 5);К - коэффициент пропорциональности, рав"ный коэффициенту К,.Таким образом, на один из входов дифференциального усилителя-сумматора 7 поступает напряжение, равное ККа, трев ф а на другой - КРв ист х равное К,Кц,(так как К = К,).Дифференциальный усилитель-сумматор 7 вычитает эти два напряжеВЫХ, ( 4 В 1 и 5 20 25 30 ния, усиливает их разность исуммирует с напряжением К,КТаким образом, напряжение Б Вына выходе дифференциального усилителя-сумматора 7 будет определяться формулой:4 Х К + К1 щ р К 11 Ю Ист%17 Я Б смl тр 6 где К - коэффициент усиления раз ностного сигнала дифферен.циальным усилителем-сумматором 7.Таким образом, на выходе дифференциального усилителя-сумматора 7 образуется усиленное напряжение, пропорциональное разности величин того сопротивления Ки, , которое должен иметь датчик 1 в режиме измерения скорости при данной температуре Ьй и заданном коэффициенте перегрев К , и того сопротивления КПер,Э скоторое этот датчик при тех же усло- виях имеет в действительности. Это 1,напряжение подается на вход электрически управляемого сопротивления 4, которое при этом изменяет свое электрическое сопротивление таким образом, чтобы истинное сопротивление датчика 1 в режиме измерения скорос" ти Кч равнялось требуемому зна 191 кстчению К, которое должно бытьВ,.трезпри данной температуре потока и данном коэффициенте перегрева КпПри этом при достаточно большом К ,нвоисходит практически полнаячстемпературная самокомпенсация датчика 1. фактически, как это известно из теории отрицательной обратной связи, первоначальная (без обратной связи)разность между В ист и Ю, теьр .т.е. первоначальная ошибка, с помощью обратной связи уменьшается в (1 + Кс) раз и при большом К сводится практически к нулю.На выходе термоанемометра 3 при этом образуется напряжение У ы пропорциональное только скорости, Это напряжение поступает на вход запоминающего блока 10 с коэффициентом передачи, равным единице, который вовторой такт, т.е. в данный момент времени, является открытым. Таким образом, на выходе запоминающего блока 10 образуется напряжение1 = Пвы , которое при подаче следующего, закрывающего, импульса сигнала запоминается и остаетея до приходящего за закрывающим открывающего импульса сигнала.В последующие моменты временидатчик 1 снова подключается сначалак входу термометра 2 сопротивления,а затем - к входу термоанемометра 3 Запоминающие блоки 9 и 10, включаемые поочередно, опять запоминаютсоответственно сигнал, пропорциональный новой температуре, и сигнал,пропорциональный новой скорости.Таким образом, в предлагаемом устройстве происходит периодическая автоМатическая температурная само- компенсация датчика. При этом на выходе запоминающего блока 9 все время присутствует напряжение, пропорциональное только температуре, а на выходе запоминающего блока 10 - напряжение, пропорциональное только скорости, что позволяет одновременно получать информацию и о температуре, и о скорости исследуемого потока. Формула изобретения 35Термоанемометрическое устройство,содержащее датчик, термоанемометр постоянной температуры с включенным в измерительный мост электрически 40управляемым сопротивлением и образцовым резистором, термометр сопротивле" ния, а также цепь обратной связи, состоящую из последовательно подключенных к образцовому резистору делителя 45сигналов и дифференциального усилителя-сумматора, к второму входу которого подключен блок компенсации, а к выходу - управляемоесопротивление, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешности изме" рения скорости газового потока, в него дополнительно введена цепь автоматической температурной самокомпенсации, включающая. два запоминающих блока, ключевую схему и коммутатор, причем ключевая схема подключена своим входом к датчику, а выходами - к входам термометра сопротивЗаказ 6470/41 Тираж 778 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/3 Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,4 7ления и термоанемометра, первый запоминающий блок включен между выходом термометра сопротивления и входом блока компенсации, второй запоминающий блок - между выходом термо 13 8анемометра постоянной температуры ивыходом устройства, а выход коммутатора подключен к управляющим входамключевой схемы и двух запоминающихблоков.