PL185477B1 - Układ elektroniczny termoanemometru stałotemperaturowego - Google Patents

Abstract

Uklad elektroniczny termoanemometru stalotemperaturowego pracujacego w ukladzie mostkowym, zawierajacy w jednej galezi mostka jedno wlókno czujnika termoanemometrycznego, a w dni- giej galezi wlókno kompensacji temperaturowej czujnika, przy czym kazde z wlókien czujnika polaczone jest szeregowo z rezy- storem, odpowiednio pierwszym i drugim, pomiedzy którymi to rezystorami znajduje sie w zm acniacz, a ponadto zaciski jednego z rezystorów polaczone sa z wejsciami wzmacniacza róznicowego, którego wyjscie stanowi wyjscie calego ukladu, znam ienny tym, ze czujnik (1) sklada sie z dwóch wlókien (2, 3) polaczonych szescioma przewodami z reszta ukladu, przy czym przewód pierw- szy (4) laczy pierwsze wlókno (2) z pierwszym rezystorem (10), który jest polaczony z pierwszym wlóknem (2) szeregowo, drugi przewód (5) laczy drugie wlókno (3) z drugim rezystorem (11) polaczonym z nim szeregowo, przewód trzeci (6) laczy pierwsze wlóknn (2) z trzecim rezystorem (14), a przewód czwarty (7) - drugie wlókno (3) z czwartym rezystorem (15), natomiast przewo- dy piaty (8) i szósty (9) lacza wspólny punkt obu wlókien (2 i 3) czujnika (1), piaty (8) z masa, a szósty (9) z punktem wspólnym napiec zasilajacych (17, 18), a ponadto drugie konce rezystorów trzeciego (14) i czwartego (15) polaczone sa wzajemnie i dolaczone do wejscia odwracajacego wzmacniacza (16) operacyjnego, które- go wejscie nieodwracajace polaczone jest z masa ukladu, a wyjscie dolaczone jest do drugiego konca drugiego rezystora (11) znajduja- cego sie na wejsciu wzmacniacza róznicowego (13) i do wejscia wzmacniacza odwracajacego (12) znajdujacego sie pomiedzy re- zystorami pierwszym (10) i drugim (11), którego wyjscie polaczo- ne jest z drugim koncem pierwszego rezystora (10). PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ elektroniczny termoanemometru stałotemperaturowego.

Znane są termoanemometry stałotemperaturowe, w których czujnik jest jednym z czterech rezystorów układu mostka Wheatstone'a. Są też znane układy termoanemometrów, w których stosuje się dwa włókna i stanowią one dwa rezystory w układzie mostka Wheatstone'a.

W układach z dwoma włóknami jedno, cieplejsze, jest właściwym czujnikiem służącym do pomiaru prędkości; drugie, chłodniejsze, służy do kompensacji zmian temperatury płynów.

Znany jest skompensowany temperaturowo termoanemometr stałotemperaturowy, w którym w jednej gałęzi mostka umieszczony jest czujnik termoanemometryczny, a w drugiej - dodatkowy kompensacyjny czujnik temperatury, którego rezystancja jest wielokrotnie większa od rezystancji czujnika termoanemometrycznego. Prąd płynący przez czujnik temperatury jest więc mały w porównaniu z prądem czujnika termoanemometrycznego i nie ogrzewa go w sposób istotny. Oba czujniki umieszczone są w badanym przepływie. W układzie takim kompensacja temperaturowa sygnału wyjściowego z termoanemometru realizowana jest poprzez utrzymanie stałego współczynnika nagrzania czujnika termoanemometrycznego względem temperatury badanego medium, mierzonej czujnikiem kompensacyjnym.

Z opisu patentowego nr PL 175 092 znany jest mostkowy termoanemometr stałotemperaturowy skompensowany temperaturowo zawierający w jednej gałęzi mostka czujnik termoanemometryczny, a w drugiej czujnik kompensacji temperaturowej, w którym czujnik termoanemometryczny połączony jest szeregowo z pierwszym rezystorem, którego drugi koniec podłączony jest do wyjścia regulatora i wejścia wzmacniacza o wzmocnieniu l/k. Wyjście tego wzmacniacza połączone jest za pośrednictwem drugiego rezystora z czujnikiem kompensacji temperaturowej i jednym wejściem sumatora, do którego drugiego wejścia dołączone jest wyjście drugiego wzmacniacza o wzmocnieniu l/k znajdującego się na wyjściu czujnika termoanemometrycznego. Wyjście sumatora połączone jest z wejściem regulatora.

185 477

Zaciski pierwszego rezystora połączone są z wejściami wzmacniacza różnicowego, którego wyjście stanowi wyjście układu.

Napięcie zasilające gałąź zawierającą czujnik kompensacji temperaturowej obniża się k-krotnie w stosunku do napięcia zasilającego gałąź zawierającą czujnik termoanemometryczny, a jednocześnie obniża się również k-krotnie napięcie z czujnika termoanemometrycznego. Napięcia z czujników kompensacji temperaturowej i termoanemometrycznego porównuje się w układzie pomiaru niezrównoważenia mostka, a napięciem niezrównoważenia mostka steruje regulator prądu zasilającego mostek aż do osiągnięcia stanu równowagi.

Układ powyższy realizuje funkcję termoanemometru stałotemperaturowego, w którym realizowana jest znacząca kompensacja wpływu zmian temperatury płynu na wskazania układu. Jest to możliwe, gdyż włókna (czujniki) mają różne temperatury, a zatem i różne rezystancje. Zmiana temperatury płynu w różny dla obu czujników sposób zmienia ich rezystancje. Kompensacja jest dokładniejsza, gdy oba czujniki majązbliżone temperatury. Zastosowania wzmacniacza o wzmocnieniu 1/k (-1 < 1/k < 0) pozwala na stosowanie czujników (włókien) o porównywalnej rezystancji, a więc wykonanych z tego samego przewodu i o zbliżonej długości.

Pewną niedogodnością powyższego układu jest komplikacja czujnika i układu elektronicznego.

Zgodnie z wynalazkiem układ elektroniczny termoanemometru stałotemperaturowego pracującego w układzie mostkowym, zawierający w jednej gałęzi mostka jedno włókno czujnika termoanemometrycznego, a w drugiej gałęzi włókno kompensacji temperaturowej czujnika, przy czym każde z włókien czujnika połączone jest szeregowo z rezystorem, odpowiednio pierwszym i drugim, pomiędzy którymi to rezystorami znajduje się wzmacniacz, a ponadto zaciski jednego z rezystorów połączone są z wejściami wzmacniacza różnicowego, którego wyjście stanowi wyjście całego układu, charakteryzuje się tym, że czujnik składa się z dwóch włókien połączonych sześcioma przewodami z resztą układu. Przewód pierwszy łączy pierwsze włókno z pierwszym rezystorem, który jest połączony z pierwszym włóknem szeregowo, drugi przewód łączy drugie włókno z drugim rezystorem połączonym z nim szeregowo, przewód trzeci łączy pierwsze włókno z trzecim rezystorem, a przewód czwarty drugie włókno z czwartym rezystorem, natomiast przewody piąty i szósty łączą wspólny punkt obu włókien czujnika, piąty z masą, a szósty z punktem wspólnym napięć zasilających. Drugie końce rezystorów trzeciego i czwartego połączone są wzajemnie i dołączone do wejścia odwracającego wzmacniacza operacyjnego, którego wejście nieodwracające połączone jest z masą układu, a wyjście dołączone jest do drugiego końca drugiego rezystora znajdującego się na wejściu wzmacniacza różnicowego i do wejścia wzmacniacza operacyjnego znajdującego się pomiędzy rezystorami pierwszym i drugim, którego wyjście połączone jest z dru-gim końcem pierwszego rezystora.

Zastosowanie wzmacniacza odwracającego pozwala na zastosowanie w układzie pomiaru niezrównoważenia mostka wzmacniacza operacyjnego, prostszego od wzmacniacza różnicowego i zwykle o lepszych parametrach.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku przedstawiającym schemat układu elektronicznego termoanemometru.

Układ elektroniczny termoanemometru stałotemperaturowego zbudowany jest w postaci mostka. W jednej gałęzi mostka znajduje się jedno włókno 2 czujnika termoanemometrycznego 1, a w drugiej gałęzi włókno 3 kompensacji temperaturowej czujnika.

Czujnik składa się z dwóch włókien 2, 3 połączonych sześcioma przewodami z resztą układu. Przewód pierwszy 4 łączy pierwsze włókno 2 z pierwszym rezystorem 10, który jest połączony z pierwszym włóknem szeregowo, drugi przewód 5 łączy drugie włókno 3 z drugim rezystorem 11 połączonym z włóknem 3 szeregowo, przewód trzeci 6 łączy pierwsze włókno 2 z trzecim rezystorem 14, a przewód czwarty 7 - drugie włókno 3 z czwartym rezystorem 15. Przewody piąty 8 i szósty 9 łączą wspólny punkt obu włókien 2, 3 czujnika, piąty 8 z masą, a szósty 9 z punktem wspólnym napięć zasilających Uz+ 17 i Uz- 18. Drugie końce rezystorów trzeciego 14 i czwartego 15 połączone są wzajemnie i dołączone do wejścia odwracającego wzmacniacza 16 operacyjnego, którego wejście nieodwracające połączone jest z masą układu, a wyjście dołączone jest do drugiego końca drugiego rezystora 11 znajdującego się na wejściu

185 477 wzmacniacza różnicowego 13 ido wejścia wzmacniacza odwracającego 12 znajdującego się pomiędzy rezystorami pierwszym 10 i drugim 11. Wyjście wzmacniacza odwracającego 12 połączone jest z drugim końcem pierwszego rezystora 10.

Przez przewody pierwszy 4, drugi 5 i szósty 9 płyną znaczne prądy zasilające włókna 2, 3. Oporności przewodów 4 i 5 występują w układzie mostka i są szeregowo połączone odpowiednio z rezystorami pierwszym 10 i drugim 11.

Inaczej jest w układzie, gdzie włókna są połączone z dalszą częścią układu czterema lub trzema przewodami. Rezystancje tych przewodów w układzie mostkowym występują w szeregowym połączeniu z rezystancjami włókien.

Oporności rezystorów pierwszego 10, drugiego 11, mogą być znacznie większe od rezystancji włókien 2 i 3 czujnika 1, co powoduje, że wpływ zmian rezystancji przewodów pierwszego 4 i drugiego 5 na stabilność charakterystyki przyrządu jest dużo mniejszy.

Oporności rezystorów trzeciego 14 i czwartego 15 są o kilka rzędów większe niż oporności przewodów trzeciego 6 i czwartego 7, a więc oporności tych przewodów nie mają praktycznie żadnego znaczenia.

Przez przewód szósty 9 płynie znaczny prąd zasilający włókna. Napięcie występujące na tym przewodzie nie ma znaczenia, gdyż masa układu elektronicznego jest połączona przewodem piątym 8 z włóknami 2, 3 czujnika, przez który to przewód płynie bardzo mały prąd.

Zastosowanie wzmacniacza odwracającego 12, którego wejście połączone jest z drugim końcem rezystora 11 i wyjściem wzmacniacza 16, a wyjście z drugim końcem pierwszego rezystora 10, pozwala z dużą swobodą dobierać wartości oporu pierwszego rezystora 10 i włókna 2 czujnika przez dobór wzmocnienia tego wzmacniacza. Przez to, że wzmacniacz 12 jest odwracający, wzmacniacz 16, którego wyjście połączone jest z wejściem wzmacniacza 12 może być wzmacniaczem operacyjnym, przy pomocy którego łatwo jest uzyskać sumowanie sygnałów z odpowiednimi wagami, uzyskiwanymi w wyniku odpowiednich stosunków oporności rezystorów trzeciego 14 i czwartego 15, znajdujących się na wejściu odwracającym wzmacniacza operacyjnego 16.

Sygnał wyjściowy, proporcjonalny do mierzonej prędkości płynu, jest pobierany z drugiego rezystora 11 poprzez wzmacniacz różnicowy 13 i linearyzator 19. Sygnał wyjściowy może być też pobierany z wyjścia wzmacniacza operacyjnego 16.

185 477

185 477

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Układ elektroniczny termoanemometru stałotemperaturowego pracującego w układzie mostkowym, zawierający w jednej gałęzi mostka jedno włókno czujnika termoanemometrycznego, a w drugiej gałęzi włókno kompensacji temperaturowej czujnika, przy czym każde z włókien czujnika połączone jest szeregowo z rezystorem, odpowiednio pierwszym i drugim, pomiędzy którymi to rezystorami znajduje się wzmacniacz, a ponadto zaciski jednego z rezystorów połączone są z wejściami wzmacniacza różnicowego, którego wyjście stanowi wyjście całego układu, znamienny tym, że czujnik (1) składa się z dwóch włókien (2, 3) połączonych sześcioma przewodami z resztą układu, przy czym przewód pierwszy (4) łączy pierwsze włókno (2) z pierwszym rezystorem (10), który jest połączony z pierwszym włóknem (2) szeregowo, drugi przewód (5) łączy drugie włókno (3) z drugim rezystorem (11) połączonym z nim szeregowo, przewód trzeci (6) łączy pierwsze włókno (2) z trzecim rezystorem (14), a przewód czwarty (7) - drugie włókno (3) z czwartym rezystorem (15), natomiast przewody piąty (8) i szósty (9) łączą wspólny punkt obu włókien (2 i 3) czujnika (1), piąty (8) z masą, a szósty (9) z punktem wspólnym napięć zasilających (17, 18), a ponadto drugie końce rezystorów trzeciego (14) i czwartego (15) połączone są wzajemnie i dołączone do wejścia odwracającego wzmacniacza (16) operacyjnego, którego wejście nieodwracające połączone jest z masą układu, a wyjście dołączone jest do drugiego końca drugiego rezystora (11) znajdującego się na wejściu wzmacniacza różnicowego (13) i do wejścia wzmacniacza odwracającego (12) znajdującego się pomiędzy rezystorami pierwszym (10) i drugim (11), którego wyjście połączone jest z drugim końcem pierwszego rezystora (10).