Электротермоанемометр с температурной компенсацией

) 26 2 18-10 исоединением заяв оеударственный комите СССР но делам изобретений и открытий1Изобретение относится к.измерительной технике и предназначено для измерения и осциллографирования скорости низкотемпературных газовых потоков при произвольных переходных процессах в газовой среде.Известны электротермоанемометры с температурной компенсацией, имеющие датчик, состоящий из рабочей и компенсирующей нитей, расположенных в одном измерительном объеме и включенных в два соседних параллельных плеча измерительного моста 111 .Недостатком этих устройств является низкая пространственная разрешаю щая способность датчика, необходимость перестройки установок при измерении в определенном диапазоне температур и скоростей потока и недостаточно высокая надежность,Наиболее близким по технической сущности является электротермоанемометр, в котором датчик скорости выполнен в виде двух нитей иэ одного материала, расположенных параллельно друг другу в одном измерительном объеме и включенных в два соседних параллельных плеча измерительного моста, причем иэ условия равенства постоянных времени компенсирующая 2 ем, что датчик ом движок котоусилителем, а нить имеет больший диаметр, чемрабочая нить, а из условий прохождения большей части тока моста черезрабочую нить компенсирующая имеет 5 значительно большую длину, чем рабочая, поэтому она намотана в виде не"скольких витков на распорках и расположена в стороне от рабочей нити 1.Д,Такое расположение компенсирующей 10 нити приводит к тому, что условияее обтекания исследуемым потоком иусловия теплоотдачи в поток сильноотличаются от таковых для рабочейнити, В то же время объем чувствивтельного элемента значительно превышает объем, необходимый для рабочейнити, что ухудшает пространственнуюраЗрешающую способность датчика.Кроме того, для измерения в раэ личных диапазонах температуры и скорости потока и в различных газовыхсредах требуется перестройка уставокуточнения температурной компенсации.Цель изобретения - повышение точ ности измерения и надежности датчикаскорости, расширение функциональныхвозможностей датчикаЭто достигается тснабжен потенциометр30 рого соединен с предцепь температурной компенсации выполнена в виде двух параллельно соединенных компенсирующих нитей, включенных последовательно с рабочей нитЬюрасположенных на равных расстоянияхот рабочей нити и параллельно ей,причем все нити лежат в одной плоскостиКроме того, плоскость расположения рабочей и компенсирующей нитейобразует с осью датчика угол 45,причем рабочая нить пересекает укаэанную ось под углом 90 О .На фиг. 1 изображен датчик скорости; на фиг. 2 - принципиальнаясхеМа электротермоанемометра с температурной компенсацией; на фиг.3 -схематический разрез рабочей частидатчика скорости с раздвоенными нож-ками; на фиг. 4 - расположение иформа сплошных ножек датчика.Электротермоанемометр содержит датчйк, имеющий рабочую нить 1, укрепленную на двух ножках 2 и 3, компенсирующую цепь, состоящую иэ двухнитей 4 и 5 большего диаметра, чемрабочая нить 1, укрепленных в однойплоскости с рабочей параллельно ей наравных расстояниях от нее и симметрично по отношению к центру рабочей нити на двух раздвоенных ножках б и 7,охватывающих своими основаниями (черезизоляцию) ножки 2 и 3, Через полыйстержень 8 проходит шесть проводников, причем два из них 9 и 10, отходящие от ножек 3 и 7, соединены сконцами потенциометра уточнениятемпературной компенсации 11 с движком 12, расположенного у основаниястержня 8 датчика в корпусе его штепсельногоразъема 13. Четыре провода .14-17,проходящие через стержень 8,отходят попарно от ножек 2 и б. Через экранированный удлинительный,шланг 18 и разъем 19 осуществляетсяподключение к измерительной схеме, которая включает в себя блок измери-тельного моста 20, содержащий резисторы 21 и 22 со ступенчатой настройкой, потенциометр 23 с плавной настройкой и постоянный резистор 24.Балансный йредусилитель 25 с входными клеммами 26 и 27 служит для усиления сигнала диагонали измерительного моста. Схема содержит регулятор28 тока моста, измерительный усилитель 29, выходные приборы 30 и потенциометры компенсации 31 и 32 удлинительного шланга.Электротермоанемометр работает следующим образом.Рабочая и компенсирующие нити датчика скорости помещаются в потоктак, чтобы они не затянули друг друга и располагались каждая перпендикулярно осредненному направлению потока. При этом, если плоскость рабочей и компенсирующих нитей пер.пендикулярна оси стержня датчика, то35Далее замыкается связь между предусилителем 25 и регулятором 28, и также ручным воздействием на регулятор28 выбирается такой ток моста, чтобы 40 за счет нагрева нитей датчика восстановился баланс измерительного моста.После увеличения усиления до допустимого предела, ограниченного устойчйвостью схемы, электротермоанемометрвведен в автоматический режим и любыеиэмененйя скорости потока вызываютавтоматическое изменение выходноготока регулятора 28 и напряжения наизмерительном мосте 20.Увеличение скорости потока вызывает более интенсивное охлаждениесильно нагретой рабочей нити, чем сла.бо нагретых компенсирующих нитей, врезультате баланс измерительного моста нарушается и на входных клеммах 55 усилителя 26 и 27 появляется ЭДС разбаланса. Эта ЭДС усиливается и в тдополнение к установленному току регулятора 28 возникает добавочный ток,проходящий по измерительному мостуБольшая часть этого тока проходитпо левой цепи моста и вызывает нагреврабочей нити 1 и более слабый нагревкомпенсирующих нитей 4 и 5, которыеимеют большее сечение, чем нить 1,5 10 15 20 25 ЗО оптимальным является расположениестержня навстречу потоку с отклонениями в стороны на +75 при сохра- .нении перпендикулярного положениянитей по отношению к потоку. Еслиплоскость нитей образует угол,45 О сосью стержня, то датчик может вводить.ся в поток как стержнем навстречупотоку, так и стержнем перпендикулярно потоку и в любом промежуточномположении с заходом в обе стороныот крайних положений на 30 , но так,чтобы нити остались расположеннымиперпендикулярно потоку,Запуск схемы осуществляется, когда резистор 21 стоит в исходном положении (его сопротивление равно О),Связь между предусилителем 25 и регулятором 29 тока моста разрывается,благодаря ручному воздействию нарегулятор 28 через измерительный мостпропускается малый ток. В этом режиме производится настройка ступенчатого регулятора 22 и потенциометра23 из условий получения баланса измерительного моста, Затем производится перестройка резистора 21, обеспечивающая заданный тепловой режимдатчика при балансе моста. Коэффициент увеличения сопротивления нагретой рабочей нити по отношению кслабо йагретым компенсирующим нитями включены параллельно друг другу. В результате при большей скорости потока равновесие восстанавливается при большем токе измерительного моста, причем в,диагонали моста остается лишь незначительное напряжение, необходимое для поддержания дополнительного тока на выходе регулятора 28 тока моста. При уменьшении потока по сравнению с условиями первоначальной настройки имеет место обратное явление: в диагонали моста появляется напряжениеобратного знака, приводящее к снижению тока регулятора 28 до значения меньшего, чем установленное ручным воздействием.Ниэкоомные плечи моста, содержащие рабочую и компенсирующие нити датчика, не имеют ни длинных проводов ни раэЪемных соединений, начинаясь у основания ножки 2, проходя через нить 1, ножку 3, провод 9, потенциометр 11, провод 10, раздвоенную ножку 7, соединенные параллельно нити 4 и 5 и кончаясь у основания ножки 6, тогда как переходный контакт движка 12 и идущий от движка проводник, проходящий через разъем 13, шланг 18 и разъем 19, находятся в измерительной диагонали моста и их сопротивление не влияет на условия баланса моста.Сопротивление проводников 16 и 17 с двумя разъемами и шлангом оказывается вклюЧенным в высокоомную цепь измерительного моста и влияние его на условия баланса ослабляется пропорционально отношению сопротивления цепи настраивающихся плеч 16, 22, 23, 24, 21 и 17 моста и сопротивлению низкоомной цепи, образованной нитями и реохордом 6, 4, 5, 7, 10, 11, 9, 3,.1, 2.Температурные изменения сопротивлений проводов 16 и 17 датчика, а так же соответствующих жил удлинительного шланга, частично компенсируют друг друга, так как эти цепи находятся в соседних плечах измерительного моста; это способствует уменьшению влияния сопротивления удлиняющего шланга 18 на точность измерения скорости, Параллельно правой цепи измерительного моста на движки резисторов 21 и 22 через делители напряжения 31 и 32 включается симметричный вход измерительного усилителя 29 и через него выходные приборы 30: электронный осциллограф, электронный вольтметр, магнитофон и т,д, Положение правых движков делителей 31 и 32 выбирается в зависимости от сопротивления жил удлинительного шланга. Положение левых движков тех же делителей иэ условия равенства их потенциалов с потенциалами оснований ножек 2 и 6.При равенстве сопротивлений нагре 1 той рабочей нити 1 датчика вместе ;с примыкающей к ней частью потенциометра 11 и проводником 9 с одной стороны, и параллельно соединенных компенсирующих нитей 4 и 5 с примыкающейк ним частью потенциометра 11 и проводником 10 с другой,5Р й е,е,м=-ее-, - ее- е(1-1 е 4 5 где с - доля сопротивления потенциометра 11, примыкающая к рабочей нити,сопротивления верхних и нижних плечмоста при балансе окажутся равнымидруг друга и температурные изменениясопротивлений проводов 16 и 17 датчика и соответствующих жил удлинительного шланга полностью уравновешиваютдруг друга и условия равновесия мостастановятся независимыми от температуры удлинительного шланга.20 Замена раздвоенных ножек 6 и 7сплошными, уширенными и разнесеннымимежду собой, так чтобы рабочая нить 1и поддерживающие ее ножки 2 и 3 располагались в промежутке между уширен ными ножками 33 и 34,позволяет повысить механическую прочность датчика.Компенсирующие нити 4 и 5 находятсяна равных расстояниях от нити 1, расположены параллельно ей, симметрич но по отношению к ее центру и перпендикулярно продольной оси стержня 8датчика. При этом все три нити 1, 4и 5 лежат в плоскости, образующей состержнем датЧика угол 45 О. Рабочая 35 нить 1 своей серединой проходит черезось стержня датчика, пересекаясь сней под прямым углом.Для удобства наварки нитей торцыножек выполняются скошенными на 45О 40 к пРОДОльной Оси стержня 8 так чтобы все шесть мест приварки нитейлежали в одной плоскости.Электротермоанемометр расширяетфункциональные возможности и точность 45 измерення В особеннОсти В тОмслучае, когда датчик удален от остальной аппаратуры на десятки и сотниметров, например при измерении параметров газовых потоков в условияхповышенной радиации, при исследовании распространения взрывных волн,при исследовании атмосферных процессов и т.д. Во всех этих случаях измерительная аппаратура находится назначительном расстоянии от датчика, 55 что,однако, не снижает точность и надежность измерения, поскольку условияравновесия моста 20 и напряжение навходе измерительного усилителя независят от температуры удлинитель ного шланга.Функциснальные воэможности электютермоанемометра, благодаря принятоМу способу включения и расположению лойолнительного потенциометра,позвгляют менять уставку температурной компенсации, без разборки датчика и без его удаления из исследуемого йотока. Пространственное расположение рабочей и компенсирующих нитей позволяет вводить датчик в исследуемый поток как вдоль, так и поперек его оси.формула изобретения1. Электротермоанемометр с температурной компенсацией, содержащий датчик, имеющий чувствительный элемент в виде рабочей нити ицейи температурной компенсации, измерительный мост с резисторами, предусилитель, регулятор тока моста и изме-ф рительный усилитель, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности работы датчика и точности измерений, а также расши"рения его функциональных возможностей, датчик снабжен потенциометром)движок которого соединен с предусилителем, а цепь температурной компенсации выполнена в виде двух параллельно соединенных компенсирующих нитей, включенных последовательно с рабочей нитью расположенных на равных расстояниях от рабочей нити и параллельно ей,причемвсе нити лежат в одной плоскости.2. Электротермоанемометр по п.1,о т л и ч а ю щ и й с я тем, чтоплоскость расположения рабочей икомпенсирующих нитей образует с осьюдатчика угол 45 О, причем рабочаянить пересекает указанную ось подуглом. 900.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. 0 асоп Е,Е. а,о,3 с. 1 пьйгов.1957, 34, 9 1, р, 24.20 2. Авторское свидетельство СССРР 145785; кл. О 01 Р 5/12, 1960