CS254714B1 - Zařízení na měření malých horizontálních rychlostí proudění - Google Patents

Abstract

Řešení spadá do oboru anemoraetrie. Řeší zařízení na měření rychlosti proudění vzdušin v rozmezí 0,5 až 20 cm/s. Zařízení je opatřeno sondou, ve které je umístěn odporový vysílač teplotní značky a dva snímače teploty. Vysílač je spojen s napětově-proudovým převodníkem. Snímače jsou spojeny každý se zdrojem konstantního proudu, které jsou dále spojeny se zesilovací a paměťovými integrátory. Všechyn tyto obvody jsou spojeny s řídícím mikropočítačem prostřednictvím sběrnice a digitálně-analogových nebo analogově-digitálních převodníků. Na sběrnici jsou rovněž připojeny bloky binárních vstupů - výstupů a čítačů. Sonda zařízení je opatřena třemi shodnými sítkami tvaru svisle orientovaných meandrů z odporového drátu, tvořících vysílač a dva snímače.

Description

Vynález se týká zařízení na měření malých horizontálních rychlostí proudění, např. vánku vzdušiny.

Je známo zařízení na měření rychlosti proudící tekutiny, t j. plynu nebo kapalíny, jejích směsi, pravých a nepravých roztoků a tavenin, opatřené prostředkem k vytváření tepelných impulsů předaných části proudící tekutiny, např. rovinnou spirálou, přičemž v určité vzdálenosti od této spirály jsou ve směru pohybu části tekutiny, takto ovlivněné jako tzv. teplotní značka, jsou upevněna za sebou dvě čidla, citlivá na teplotu proudící tekutiny. Tato čidla jsou ve známém zařízení znázorněna jako bodová např. termistor, temočlánek, odporový teploměr, polovodičové čidlo a jsou umístěná v ose ovlivněného proudu tekutiny. Elektrické přívody čidel jsou spojeny přes zesilovače ke dvěma vstupům čítače, který je připojen k oscilátoru.

Inverzní hodnota ve dvojkové soustavě, která je k dispozici v čítači, se přivádí na binárně-dekodický dekodér s digitronovými elektronkami. Toto zařízení je určeno zejména k měření rychlosti proudění tekutin o vysokých teplotách a za vysokých tlaků. Přo měření uvedených malých rychlostí proudění vzdušin nevyhovuje. Především není možno jako vysílače teplotní značky užít topnou spirálu, která vyhřeje jen úzký pruh vzdušiny a takto vytvořená teplotní značka se rozpadne do neměřitelných teplotních diferencí dříve, než při pomalém pohybu její čelo projde kolem obou čidel.

I při vytvoření tepelné značky průchodem vzdušiny přes topnou mřížku vzniká však problém termického proudění. Při uvažovaném rozsahu rychlostí proudění se vynese teplotní 2načka vzhůru a její průchod bodovými čidly není reprodukovatelný. Proto je nutno volit malé teplotní převýšení značky, aby nedocházelo k relativně výraznému termickému proudění. Ani za tohoto předpokladu však nevyhovují bodová čidla teploty. Dále je nutno přesně kompenzovat teplotu okolí čidel a eliminovat vliv teplotních a proudových fluktuací jejich okolí.

Uvedené problény odstraňuje zařízení na měření malých horizontálních rychlostí proudění, například vánku vzdušiny, opatřené sondou, ve které je ve směru proudění umístěn vysílač teplotní značky a za ním postupně první a druhý snímač teploty podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že napájecí vstup odporového vysílače teplotní značky je spojen s výstupem napěťově-proudového převodníku, jehož vstup je spojen s výstupem třetího digitálně-analogového (D/A) převodníku, který je svými vstupy spojen s mikropočítačem pro řízení měření a zpracování výsledků prostřednictvím sběrnice, která je současně spojena i se vstupy prvního D/A převodníku i s výstupy prvního A/D převodníku i se vstupy druhého D/A převodníku i s výstupy druhého A/D převodníku se vstupy - výstupy bloku programovatelných Čítačů i se vstupy bloku binárních vstupů - výstupů.

První snímač teploty je připojen napájecím vstupem svého teplotně závislého odporu k proudovému výstupu prvního zdroje konstantního proudu, jehož napěťový výstup je spojen s druhým vstupem prvního zesilovače, jehož výstup je spojen současně se vstupem prvního analogo-digitálního (A/D) převodníku i prvním vstupem prvního paměťového integrátoru, jehož výstup je spojen s třetím vstupem prvního zesilovače, jehož první vstup je spojen s výstupem prvního D/A převodníku. Druhý snímač teploty je připojen napájecím vstupem svého teplotně závislého odporu k proudovému výstupu druhého zdroje konstantního proudu, jehož napěťový výstup je spojen s druhým vstupem zesilovače, jehož třetí vstup je spojen s výstupem druhého paměťového integrátoru, jehož druhý vstup je spojen současně s prvním výstupem bloku binárních vstupů - výstupů i s druhým vstupem prvního paměťového integrátoru, jehož třetí vstup je spojen současně s druhým výstupem bloku binárních vstupů - výstupů i s třetím vstupem druhého paměťového integrátoru, jehož první vstup je spojen současně se vstupem druhého A/D převodníku i s výstupem druhého zesilovače, jehož první vstup je spojen s výstupem druhého D/A převodníku

Třetí výstup bloku binárních vstupů - výstupů je spojen se vstupem bloku atestační tratě, jehož výstup je spojen se vstupem bloku binárních vstupů - výstupů. Sonda je opatřena pláštěm tvořeným vodorovně situovanou otevřenou trubkou z izolantu, mezi jehož horní a spodní částí jsou napnuty tři tvarově shodné mřížky tvořící odporový vysílač teplotní značky, první snímač a druhý snímač teploty ve tvaru svisle orientovaných meandrů, jejichž konce jsou vodivě spojeny s fóliemi vzájemně izolovaně upevněnými na vnějším povrchu pláště.

Výhody zařízení podle vynálezu spočívají v tom, že vliv teplotních a proudových fluktuací teploty se eliminuje změřením souboru hodnot a jeho statistickým zpracováním. Atestační křivky jsou uloženy v paměti mikropočítače, takže mikropočítač vyhodnotí skutečnou rychlost proudění při obou režimech měření zařízením jako anemometrem nebo jako průtokoměrem. Mikropočítač umožňuje automatizovat i postup atestace zařízení.

Je to velmi výhodné, protože je třeba mnoho časově náročných měření a statisticky je zpracovat. Připojení bloku atestační tratě umožňuje blok vstupů - výstupů. Uspořádání vysílače teplotní značky i obou snímačů teploty jako shodných mřížek umožňuje miniaturizovat sondu tak, že vzdálenost obou snímačů může být jen o řád větší než je hodnota tolerance jejich rovinnosti. Svislá orientace meandrů mřížek pak zabezpečí reprodukovatelnost měření i při uplatnění tepelného zdvihu značky, neboť jsou vždy jejím čelem zasaženy všechny svislé části meandrů mřížek snímačů.

Příklad provedení zařízení podle vynálezu je znázorněn na připojených výkresech. Na obr. 1 je znázorněn boční pohled na sondu zařízení, na obr. 2 je znázorněn její půdorys.

Na obr. 3 je znázorněn pohled na sondu ve 'směru proudění. Obr. 4 znázorňuje v půdorysu postup čela teplotní značky a její rozpad za podmínek malých rychlostí proudění srovnatelných s termickým prouděním, kdy jejím zdrojem je topná spirála orientovaná osou kolmo k ploše výkresu.

Obr. 5 znázorňuje v půdorysu postup čela teplotní značky a její rozpad za týchž podmínek proudění, avšak kdy jejím zdrojem je soustava topných rovnoběžných drátů orientovaných kolmo k ploše výkresu, což je fyzikální podstata činnosti sondy zařízení podle vynálezu. Obr. 6 znázorňuje zapojení zařízení podle vynálezu.

V konkrétním příkladě je zařízení na měření malých horizontálních rychlostí proudění, například vánku vzdušiny, opatřené sondou. 1, ve které je ve směru proudění umístěn vysílač teplotní značky 22 a za ním postupně první snímač 34 a druhý snímač 44 teploty. Napájecí vstup 223 odporového vysílače 22 teplotní značky je spojen s výstupem 213 napěťově-proudového převodníku 21, jehož vstup 212 je spojen s výstupem 202 třetího D/A převodníku 20, který je svými vstupy 201 spojen s mikropočítačem 10 prostřednictvím sběrnice 10). která je současně spojena i se vstupy 301 prvního D/A převodníku 30 i s výstupy 351 prvního A/D převodníku 35 i se vstupy 401 druhého D/A převodníku 40 i s výstupy 451 druhého A/D převodníku 45 i se vstupy - výstupy 501 bloku programovatelných čítačů 50 i se vstupy - výstupy 601 bloku binárních -vstupů ,» výstupů 60.

První snímač 34 teploty je připojen napájecím vstupem 342 svého teplotně závislého odporu k proudovému výstupu 332 prvního zdroje 33 konstantního proudu, jehož napěťový výstup 333 je spojen s druhým vstupem 313 prvního zesilovače 21/ jehož výstup 314 je spojen současně se vstupem 354 prvního A/D převodníku 35 i prvním vstupem 324 prvního paměťového integrátoru 32, jehož výstup 327 je spojen s třetím vstupem 317 prvního zesilovače 31, jehož první vstup 312 je spojen s výstupem 302 prvního D/A převodníku 30. Druhý snímač 44 teploty je připojen napájecím vstupem 442 svého teplotně závislého odporu k proudovému výstupu 432 druhého zdroje 43 konstantního proudu, jehož napěťový výstup 433 je spojen s druhým vstupem 413 druhého zesilovače 41, jehož třetí vstup 417 je spojen s výstupem druhého paměťového interátoru 42, jehož druhý vstup 425 je spojen současně s prvním výstupem 605 bloku binárních vstupů - výstupů 60 i s druhým vstupem 325 prvního paměťového integrátoru 32, jehož třetí vstup 326 je spojen současně s druhým výstupem 606 bloku binárních vstupů - výstupů 60 i s třetím vstupem 426 druhého paměťového integrátoru 42, jehož první vstup 424 je spojen současně se vstupem 454 druhého A/D převodníku 45 i s výstupem 414 druhého zesilovače 41, jehož první vstup 412 je spojen s výstupem 402 druhého D/A převodníku 40.

Třetí výstup 602 bloku binárních vstupů - výstupů 60 je spojen se vstupem bloku atestační tratě 70, jehož výstup je spojen se vstupem 603 bloku binárních vstupů - výstupů 60.

Sonda p je opatřena pláštěm 2 tvořeným otevřenou trubkou z izolantu, mezi jehož horní a spodní částí jsou napnuty tři mřížky 4, tvořící odporový vysílač 22 teplotní značky, první snímač 34 a druhý snímač 44 teploty ve tvaru svisle orientovaných meandrů, jejichž konce jsou vodivě spojeny s fóliemi 5_ vzájemně izolovaně upevněnými na vnějším povrchu pláště 2, s výhodou provedeného z cuprextitu. K fóliím £ zbylým po odleptání jsou vývody odporového vysílače 22 i prvního snímače 34 a druhého snímače 44 připájeny nebo přivařeny výbojem.

K fóliím 5 na horní části pláště 2 je připájen držák 13 sondy £. Všechny tři mřížky £ jsou shodně tvarovány, jen dimenzování průměru drátu vysílače 22 je o řád vyšší než průměr drátu prvního snímače 34 i druhého snímače 44. Pro vysílač 22 byl např. volen drát průměru 0,1 mm, zatímco pro snímače 34, 44 průměru 0,02 mm.

Při činnosti zařízení podle vynálezu mikropočítač 10 pro zvolený měřicí rozsah zařízeni programově nastaví úroveň teplotního převýšení značky prostřednictvím třetího D/A pevodníku 20, jehož napětový signál je převeden na proudový v napětově-proudovém převodníku 21 pracujícím jako zdroj konstantního proudu pro vyhřívání odporového vysílače 22 teplotní značky, např. v rozmezí 0,4 až 0,6 A. Rovněž první snímač 34 i druhý snímač 44 pracují jako odpory napájené konstantním proudem z proudových výstupů 332, 432 zdrojů 33, 43 konstantního proudu řádově desítek mA, přičemž změna odporu snímačů 34, 44 závislá na změně teploty vzdušiny proudicí sondou £ se ve zdrojích £3, 43 převádí na změnu napětově úrovně na jejich napětových výstupech 333, .433

Před každým měřením se provádí kompenzace teploty. Mikropočítač 10 snímá výstupní napětí zesilovačů 31, 41 přes A/D převodníky £5, £5. Nejsou-li napětí přibližně nulová, vypočte novou hodnotu digitální kompenzace a tu uloží do D/A převodníků £0, £0. Celý děj se po časové prodlevě nutné k ustálení analogových poměrů opakuje až se výstupní napětí zesilovačů 31, 41 dostanou do určitého rozmezí okolo nuly. Následuje přesné analogové dokompenzovnání pomocí pamětovýoh integrátorů 32, 42.

Mikropočítač 10 přes první výstup 605 bloku vstupů - výstupů 60 dá povel k uvedení pamětovýoh integrátorů 32, 42 do režimu integrace a zrušení režimu nulování, který byl zaveden pomocí druhého výstupu 606 bloku vstupů - výstupů. Na vstupy 324, 424 pamětových integrátorů 32, 42 se připojí výstupy 314, 414 zesilovačů £1, £1, takže výstupní napětí zesilovačů 31, je integrováno a jeho inversní integrovaná hodnota je přiváděna zpět na vstupy 317, 417 zesilovačů £1, 41. Režim integrace trvá dobu postačující k úplnému analogovému vykompenzování teploty okolí snímačů 34, 44.

Mikropočítač 10 dá příkaz k přechodu pamětových integrátorů £2, 42 do režimu pamět. Následuje start vlastního měření provedený zápisem určité hodnoty odpovídající velikosti značky do třetího D/A převodníku 20, jehož výstupní napětí se převede na odpovídající proud v napětově-proudovém převodníku 21 a ten začně vyhřívat vysílač značky. Mikropočítač £0 nyní sleduje prostřednictvím prvního A/D převodníku 35 digitalizovaný výstup prvního zesilovače 31 a porovnává ho se zvolenou hodnotou. Jakmile je teplotní značka denesena proudicí tekutinou k prvému snímači 34, značné jej ohřívat a výstup zesilovače 31 se mění. Když dosáhne zvolené hodnoty, jsou programově spuštěny čítače bloku programovatelných čítačů 50, které měří dobu letu značky.

Nyní mikropočítač 10 sleduje výstup druhého zesilovače značky 41. Když ten dosáhne určené hodnoty, jsou čítače bloku programovatelných čítačů 50 zastaveny a přečte se doba letu značky. Nyní mikropočítač 10 sleduje chladnutí sondy £. V určitých intervalech, např.

s, změří mnohokrát za sebou výstupní napětí zesilovačů 31, 41 a vypočte průměr. Ten porovnává s minulým průměrem. Jestliže teplota snímačů 34, 44 klesá, děj se opakuje až do okamžiku, kdy poprvé vlivem fluktuaci vnější teploty začne teplota snímačů 34, 44 kolísat. Od tohoto okamžiku se pokládají snímače £4, 44 za vychladlé, provede se kompenzace teploty okolí a spustí nové měření. Všechny časové intervaly se měří pomocí bloku programovatelných čítačů 50.

Využiti zařízení podle vynálezu přichází v úvahu bud při anemometrii prostorového proudění např. v klimatizovaných místnostech, anebo při měření průtoku vzdušiny vztažným průřezem pláště sondy např. pro měření filtračních rychlostí.

Claims (3)

1. Zařízení na měření malých horizontálních rychlostí proudění, například vánku vzdušiny, opatřené sondou, ve které je ve směru proudění umístěn vysílač teplotní značky a za ním postupně první a druhý snímač teploty vyznačené tím, že napájecí vstup (223) odporového vysílače (22) teplotní značky je spojen s výstupem (213) napětove-proudového převodníku (21), jehož vstup (212) je spojen s výstupem (202) třetího D/A převodníku (20), který je svými vstupy (201) spojen s mikropočítačem (10) prostřednictvím sběrnice (101), která je současně spojena i se vstupy (301) prvního D/A převodníku (30) i s výstupy (351) prvního A/D převodníku (35) i se vstupy (401) druhého D/A převodníku (40) i s výstupy (451) druhého A/D převodníku (45) i se vstupy - výstupy (501) bloku programovatelných čítačů (50) i se vstupy - výstupy (601) bloku binárních vstupů - výstupů (60), zatímco první snímač (34) teploty je připojen napájecím vstupem (342) svého teplotně závislého odporu k proudovému výstupu (332) prvního zdroje (33) konstantního proudu, jehož napěřový výstup (333) je spojen s druhým vstupem (313) prvního zesilovače (31) , jehož výstup (314) je spojen současně se vstupem (354) prvního A/D převodníku (35) i prvním vstupem (324) prvního pamětového integrátoru (32), jehož výstup (327) je spojen s třetím vstupem (317) prvního zesilovače (31) , jehož první vstup (312) je spojen s výstupem (302) prvního D/A převodníku (30), přičemž druhý snímač (44) teploty je připojen napájecím vstupem (442) svého teplotně závislého odporu k proudovému výstupu (432) druhého zdroje (43) konstantního proudu, jehož napětový výstup (433) je spojen s druhým vstupem (413) druhého zesilovače (41), jehož třetí vstup (417) je spojen s výstupem (427) druhého pamětového integrátoru (42), jehož druhý vstup (425) je spojen současně s prvním výstupem (605) bloku binárních vstupů - výstupů (60) i s druhým vstupem (325) prvního pamětového integrátoru (32) , jehož třetí vstup (326) je spojen současně s druhým výstupem (606) bloku binárních vstupů - výstupů (60) i s třetím vstupem (426) druhého pamětového integrátoru (42), jehož první vstup (424) je spojen současně se vstupem (454) druhého A/D převodníku (45) i s výstupem (414) druhého zesilovače (41), jehož první vstup (412) je spojen s výstupem (402) druhého D/A převodníku (40).

2. Zařízení podle bodu 1 vyznačené tím, že třetí výstup (602) bloku binárních vstupů - výstupů (60) je spojen se vstupem bloku atestační tratě (70), jehož výstup je spojen se vstupem (603) bloku binárních vstupů - výstupů (60).

3. Zařízení podle bodu 1 vyznačené tím, že sonda (1) je opatřena pláštěm (2) tvořeným otevřenou trubkou z izolantu, mezi jehož horní a spodní částí jsou napnuty tři mřížky (4), tvořící odporové vysílače (22) teplotní značky, první snímač (34) a druhý snímač (44) teploty ve tvaru svisle orientovaných meandrů, jejichž konce jsou vodivě spojeny s fóliemi (5) vzájemně izolovaně upevněnými na vnějším povrchu pláště (2).