PL247197B1 - Method of measuring fluid flow rate with a hot-wire anemometric sensor - Google Patents

Method of measuring fluid flow rate with a hot-wire anemometric sensor Download PDF

Info

Publication number
PL247197B1
PL247197B1 PL437455A PL43745521A PL247197B1 PL 247197 B1 PL247197 B1 PL 247197B1 PL 437455 A PL437455 A PL 437455A PL 43745521 A PL43745521 A PL 43745521A PL 247197 B1 PL247197 B1 PL 247197B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
sensor
resistance
hot
current
instantaneous value
Prior art date
Application number
PL437455A
Other languages
Polish (pl)
Other versions
PL437455A1 (en
Inventor
Paweł Ligęza
Original Assignee
Instytut Mech Gorotworu Polskiej Akademii Nauk
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Instytut Mech Gorotworu Polskiej Akademii Nauk filed Critical Instytut Mech Gorotworu Polskiej Akademii Nauk
Priority to PL437455A priority Critical patent/PL247197B1/en
Publication of PL437455A1 publication Critical patent/PL437455A1/en
Publication of PL247197B1 publication Critical patent/PL247197B1/en

Links

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Sposób pomiaru prędkości przepływu płynu czujnikiem termoanemometrycznym, umieszczonym w badanym przepływie i nagrzewanym prądem elektrycznym z elektronicznego układu termoanemometrycznego, w którym mierzy się chwilową wartość prędkości przepływu płynu poprzez pomiar chwilowej wartości wyjściowego sygnału elektrycznego z układu i przypisanie jej prędkości mierzonej na podstawie danych uzyskanych w procesie wzorcowania, polega na tym, że równocześnie mierzy się chwilowe wartości napięcia i prądu czujnika (1) i przetwarza je w przetworniku (7) na sygnał cyfrowy wprowadzany do cyfrowego układu przetwarzania danych (8), w którym na ich podstawie dokonuje się obliczenia chwilowej wartości rezystancji czujnika jako ilorazu napięcia i prądu, oraz obliczenia pochodnej rezystancji czujnika po czasie, a następnie na podstawie chwilowych wartości prądu, rezystancji i pochodnej rezystancji czujnika wyznacza się chwilową wartość prędkości przepływu z zależności wynikającej z dynamicznego modelu czujnika stanowiącego równanie bilansu cieplnego czujnika, uwzględniające co najmniej moc prądu zasilania czujnika, strumień ciepła odprowadzanego konwekcyjnie przez przepływ oraz ciepło magazynowane w czujniku.A method of measuring fluid flow rate with a hot-wire anemometric sensor placed in the tested flow and heated by electric current from an electronic hot-wire anemometric system, in which the instantaneous value of the fluid flow rate is measured by measuring the instantaneous value of the output electric signal from the system and assigning it the speed measured on the basis of data obtained in the calibration process, consists in simultaneously measuring the instantaneous values of the voltage and current of the sensor (1) and processing them in a transducer (7) into a digital signal fed into a digital data processing system (8), in which, on their basis, the instantaneous value of the sensor resistance is calculated as the quotient of the voltage and current, and the derivative of the sensor resistance over time is calculated, and then, on the basis of the instantaneous values of the current, resistance and the derivative of the sensor resistance, the instantaneous value of the flow rate is determined from the relationship resulting from the dynamic sensor model constituting the sensor heat balance equation, taking into account at least the power of the sensor supply current, the heat flux removed convectively by the flow and the heat stored in the sensor.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób pomiaru prędkości przepływu płynu czujnikiem termoanemometrycznym.The subject of the invention is a method of measuring fluid flow velocity using a hot-wire anemometric sensor.

Czujnik termoanemometryczny jest rezystancyjnym przetwornikiem temperatury przeznaczonym do pomiaru prędkości przepływu płynów (gazów i cieczy). Rezystancyjny przetwornik temperatury to element wykonany z przewodnika lub półprzewodnika, którego rezystancja zmienia się w sposób istotny wraz ze zmianą jego temperatury. Typowy czujnik termoanemometryczny to cienki drut wolframowy lub platynowy rozpięty pomiędzy wspornikami, lub termistor. Pomiar prędkości przepływu płynu za pomocą czujnika termoanemometrycznego dokonywany jest w ten sposób, że czujnik jest umieszczony w badanym przepływie płynu, a prąd elektryczny płynący przez czujnik rozgrzewa go do temperatury istotnie wyższej od temperatury płynu. Ilość ciepła odbieranego z czujnika przez przepływ jest zależna od prędkości przepływu płynu. Sposób pomiaru prędkości czujnikiem termoanemometrycznym polega na wyznaczeniu prędkości przepływu płynu pośrednio, poprzez pomiar strumienia ciepła odbieranego przez przepływ. Ten sposób i metodę termoanemometryczną wykorzystuje się przede wszystkim do pomiarów przepływów szybkozmiennych w szerokim zakresie fluktuacji prędkości.A hot-wire anemometric sensor is a resistive temperature transducer designed to measure the flow rate of fluids (gases and liquids). A resistive temperature transducer is an element made of a conductor or semiconductor whose resistance changes significantly with the change in its temperature. A typical hot-wire anemometric sensor is a thin tungsten or platinum wire stretched between supports, or a thermistor. The measurement of fluid flow rate using a hot-wire anemometric sensor is performed in such a way that the sensor is placed in the tested fluid flow, and the electric current flowing through the sensor heats it to a temperature significantly higher than the fluid temperature. The amount of heat received from the sensor by the flow depends on the fluid flow rate. The method of measuring the speed with a hot-wire anemometric sensor consists in determining the fluid flow rate indirectly, by measuring the heat flux received by the flow. This method and the hot-wire anemometric method are used primarily for measuring fast-changing flows in a wide range of velocity fluctuations.

Znane są sposoby pomiaru prędkości przepływu płynu czujnikiem termoanemometrycznym (Monografia: Bruun H. H.: Hot-wire Anemometry. Principles and Signal Analysis; University Press, Oxford, 1995) polegające na tym, że czujnik termoanemometryczny zasilany jest prądem elektrycznym z elektronicznego układu termoanemometrycznego ustalającego warunki pracy czujnika, w układzie tym mierzony jest jeden z elektrycznych sygnałów wyjściowych, a z jego wartości wyznaczana jest mierzona prędkość przepływu płynu na podstawie statycznej zależności funkcyjnej. Postać tej funkcji wyznaczana jest w procesie wzorcowania termoanemometru. Proces ten polega na umieszczeniu czujnika termoanemometrycznego w przepływie płynu o zadawanych prędkościach wzorcowych i wyznaczeniu, w stanie ustalonym, statycznej zależności funkcyjnej elektrycznego sygnału wyjściowego z termoanemometru od zadawanej prędkości przepływu płynu. Podczas pomiarów wykorzystuje się funkcję odwrotną do funkcji uzyskanej w procesie wzorcowania. Jako elektroniczne układy termoanemometryczne typowo stosowane są układy, w których, w stanie ustalonym, jeden z parametrów w przybliżeniu utrzymywany jest na stałym poziomie. Znany jest układ stałonapięciowy, stałoprądowy oraz stałorezystancyjny (stałotemperaturowy). Układy te utrzymują dany parametr zasilania czujnika, a więc napięcie, natężenie prądu lub rezystancję czujnika na w przybliżeniu stałym, zadanym poziomie. Elektrycznym sygnałem wyjściowym z układu termoanemometrycznego jest najczęściej napięcie proporcjonalne do napięcia lub natężenia prądu czujnika.There are known methods of measuring the flow rate of a fluid with a hot-wire anemometer sensor (Monograph: Bruun H. H.: Hot-wire Anemometry. Principles and Signal Analysis; University Press, Oxford, 1995) consisting in that the hot-wire anemometer sensor is supplied with electric current from an electronic hot-wire anemometer system that determines the sensor's operating conditions, in this system one of the electrical output signals is measured, and from its value the measured fluid flow rate is determined based on the static functional relationship. The form of this function is determined in the hot-wire anemometer calibration process. This process consists in placing the hot-wire anemometer sensor in a fluid flow with set reference velocities and determining, in the steady state, the static functional relationship of the electric output signal from the hot-wire anemometer to the set fluid flow rate. During measurements, the inverse function of the function obtained in the calibration process is used. Electronic thermoanemometric systems are typically used in which, in a steady state, one of the parameters is approximately maintained at a constant level. There are constant voltage, constant current and constant resistance (constant temperature) systems. These systems maintain a given sensor power supply parameter, i.e. voltage, current or resistance of the sensor at an approximately constant, set level. The electrical output signal from a thermoanemometric system is most often a voltage proportional to the voltage or current of the sensor.

Termoanemometry stosowane są przede wszystkim do pomiarów przepływów szybkozmiennych w szerokim zakresie fluktuacji prędkości. Dlatego istotnym parametrem jest możliwie szerokie pasmo przenoszenia fluktuacji prędkości układu termoanemometrycznego. Szerokość tego pasma można zwiększyć stosując zoptymalizowany układ zasilania czujnika, na przykład układ stałotemperaturowy, który dzięki zastosowaniu w układzie elektronicznym sprzężenia zwrotnego o dobranych parametrach pozwala na kształtowanie i optymalizację pasma przenoszenia termoanemometru. Szerokość pasma przenoszenia można również zwiększyć stosując czujniki termoanemometryczne o zminimalizowanej inercji termicznej, a więc na przykład wykonane z jak najcieńszego drutu. Jednak obie metody poszerzania pasma przenoszenia mają fizyczne ograniczenia. Cechą wspólną stosowanych dotychczas sposobów pomiaru prędkości czujnikiem termoanemometrycznym jest pomiar chwilowej wartości prędkości poprzez pomiar chwilowej wartości pojedynczego sygnału elektrycznego z układu i przypisanie jej prędkości mierzonej na podstawie statycznej funkcji wzorcowania. Ten sposób powoduje ograniczenie możliwego do uzyskania pasma przenoszenia termoanemometru ze względu na to, że układ pomiarowy, stanowiący obiekt dynamiczny, nie osiąga w chwili pomiaru stanu ustalonego, takiego jak w procesie wzorcowania. Pomiar jest więc obarczony błędem dynamicznym wynikającym z różnicy stanów układu pomiarowego w czasie wzorcowania i pomiaru.Hot-wire anemometers are primarily used to measure rapidly changing flows in a wide range of velocity fluctuations. Therefore, an important parameter is the widest possible transfer band of velocity fluctuations of the hot-wire anemometer system. The width of this band can be increased by using an optimized sensor power supply system, for example a constant temperature system, which, thanks to the use of feedback with selected parameters in the electronic system, allows shaping and optimizing the hot-wire transfer band. The width of the transfer band can also be increased by using hot-wire anemometer sensors with minimized thermal inertia, for example made of the thinnest possible wire. However, both methods of extending the transfer band have physical limitations. A common feature of the methods of measuring velocity with a hot-wire sensor used so far is the measurement of the instantaneous velocity value by measuring the instantaneous value of a single electrical signal from the system and assigning it the velocity measured on the basis of a static calibration function. This method limits the achievable transfer band of the thermoanemometer due to the fact that the measuring system, being a dynamic object, does not achieve a steady state at the moment of measurement, such as in the calibration process. The measurement is therefore burdened with a dynamic error resulting from the difference in the states of the measuring system during calibration and measurement.

Zgodnie z wynalazkiem sposób pomiaru prędkości przepływu płynu czujnikiem termoanemometrycznym, umieszczonym w badanym przepływie i nagrzewanym prądem elektrycznym z elektronicznego układu termoanemometrycznego, w którym mierzy się chwilową wartość prędkości przepływu płynu poprzez pomiar chwilowej wartości wyjściowej sygnału elektrycznego z układu i przypisanie jej prędkości mierzonej na podstawie funkcji wzorcowania, polega na tym, że równocześnie mierzy się chwilowe wartości napięcia i natężenia prądu czujnika i przetwarza na sygnał cyfrowy wprowadzany do cyfrowego układu przetwarzania danych, a na ich podstawie dokonuje obliczenia chwilowej wartościAccording to the invention, a method of measuring the flow rate of a fluid with a hot-wire anemometric sensor placed in the tested flow and heated by an electric current from an electronic hot-wire anemometric system, in which the instantaneous value of the fluid flow rate is measured by measuring the instantaneous output value of the electric signal from the system and assigning it a speed measured on the basis of the calibration function, consists in simultaneously measuring the instantaneous values of the voltage and current intensity of the sensor and converting them into a digital signal fed into a digital data processing system, and on their basis calculating the instantaneous value

PL 247197 Β1 rezystancji czujnika jako ilorazu napięcia i natężenia prądu oraz obliczenia pochodnej rezystancji czujnika po czasie, a następnie na podstawie chwilowych wartości natężenia prądu, rezystancji i pochodnej rezystancji czujnika wyznacza się chwilową wartość prędkości przepływu płynu z zależności wynikającej z dynamicznego modelu czujnika stanowiącego równanie bilansu cieplnego czujnika, uwzględniające co najmniej moc prądu zasilania czujnika, strumień ciepła odprowadzanego konwekcyjnie przez przepływ oraz ciepło magazynowane w czujniku.PL 247197 Β1 sensor resistance as the quotient of voltage and current intensity and calculating the derivative of the sensor resistance with respect to time, and then, based on the instantaneous values of current intensity, resistance and derivative of the sensor resistance, the instantaneous value of the fluid flow rate is determined from the relationship resulting from the dynamic sensor model constituting the sensor heat balance equation, taking into account at least the power of the sensor supply current, the heat flux removed by convection by the flow and the heat stored in the sensor.

Chwilową wartość prędkości przepływu wyznacza się z zależności:The instantaneous value of the flow velocity is determined from the relationship:

(D gdzie:(D where:

/— natężenie prądu czujnika termoanemometrycznego,/— current intensity of the hot-wire anemometric sensor,

R - rezystancja nagrzanego czujnika termoanemometrycznego,R - resistance of the heated thermoanemometric sensor,

Ro - rezystancja czujnika termoanemometrycznego w temperaturze płynu,Ro - resistance of the thermoanemometric sensor at the fluid temperature,

V- prędkość przepływu płynu, lk, Vk, Tk- parametry modelu, t- czas, w którym dokonuje się pomiaru, w kolejnych chwilach.V- fluid flow velocity, lk, Vk, Tk- model parameters, t- time at which the measurement is performed, in subsequent moments.

W sposobie pomiaru prędkości płynu czujnikiem termoanemometrycznym według wynalazku wykorzystuje się w czasie pomiaru więcej niż jeden wyjściowy sygnału elektryczny z układu termoanemometrycznego i wyznacza chwilową prędkość przepływu z równania opisującego dynamiczny model czujnika termoanemometrycznego, przy czym parametry tego modelu uzyskuje się w procesie wzorcowania statycznego i dynamicznego.In the method of measuring fluid velocity with a hot-wire anemometric sensor according to the invention, more than one output electrical signal from the hot-wire anemometric system is used during measurement and the instantaneous flow velocity is determined from the equation describing the dynamic model of the hot-wire anemometric sensor, the parameters of this model being obtained in the process of static and dynamic calibration.

Przedstawiony sposób pomiaru prędkości nie definiuje układu zasilania czujnika termoanemometrycznego, można wykorzystać układ stałonapięciowy, stałoprądowy oraz stałorezystancyjny (stałotemperaturowy), lub inne znane układy.The presented method of measuring speed does not define the power supply system of the hot-wire anemometric sensor; a constant voltage, constant current and constant resistance (constant temperature) system or other known systems can be used.

Rozwiązanie według wynalazku pozwala na poszerzenie pasma przenoszenia pomiaru fluktuacji prędkości czujnikiem termoanemometrycznym, ponieważ sposób wyznaczania prędkości z równania (1) uwzględnia dynamiczne stany nieustalone czujnika termoanemometrycznego. Przedstawiony sposób pozwala więc na znaczącą redukcję błędów dynamicznych pomiaru przepływów szybkozmiennych.The solution according to the invention allows for extending the transfer band of the velocity fluctuation measurement with a hot-wire anemometric sensor, because the velocity determination method from equation (1) takes into account the dynamic transient states of the hot-wire anemometric sensor. The presented method allows for a significant reduction of dynamic errors in the measurement of fast-changing flows.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania w związku z rysunkiem, na którym Fig. 1 przedstawia układ realizujący sposób pomiaru prędkości przepływów szybkozmiennych, a na Fig. 2 a, b, c, d, e, f przedstawiono przebiegi sygnałów w czasie dla pomiaru prędkości przepływów szybkozmiennych z zastosowaniem układu realizującego sposób pomiaru według wynalazku.The subject of the invention will be explained in more detail in an example embodiment in connection with the drawing, in which Fig. 1 shows a system implementing the method for measuring the speed of rapidly changing flows, and Fig. 2 a, b, c, d, e, f shows the signal courses over time for measuring the speed of rapidly changing flows using the system implementing the measurement method according to the invention.

Czujnik termoanemometryczny 1 wykonany z drutu platynowego o średnicy 5 mikrometrów i długości 1 mm rozpięty jest na stalowych wspornikach igłowych 2 i umieszczony prostopadle do badanego przepływu V.The hot-wire anemometric sensor 1 made of a platinum wire with a diameter of 5 micrometers and a length of 1 mm is stretched on steel needle supports 2 and placed perpendicularly to the tested flow V.

Dla bliższego objaśnienia istoty wynalazku przyjmijmy dynamiczny model czujnika termoanemometrycznego w postaci:To better explain the essence of the invention, let us assume a dynamic model of the hot-wire anemometric sensor in the form:

(je-Ą)+7X — dr (2) gdzie:(je-Ą)+7X — dr (2) where:

/— natężenie prądu czujnika termoanemometrycznego,/— current intensity of the hot-wire anemometric sensor,

R - rezystancja nagrzanego czujnika termoanemometrycznego,R - resistance of the heated thermoanemometric sensor,

Ro - rezystancja czujnika termoanemometrycznego w temperaturze płynu, V- prędkość przepływu płynu, lk, Vk, Tk- parametry modelu, t - czas, zmienna niezależna.Ro - resistance of the hot-wire anemometric sensor at fluid temperature, V- fluid flow velocity, lk, Vk, Tk- model parameters, t - time, independent variable.

PL 247197 Β1PL 247197 Β1

W modelu tym lewa strona równania przedstawia moc prądu elektrycznego doprowadzonego do czujnika, pierwszy składnik prawej strony równania to strumień ciepła odprowadzony przez przepływ do płynu, a drugi składnik to zmiana w czasie ciepła magazynowanego w czujniku.In this model, the left side of the equation represents the electric current power supplied to the sensor, the first term of the right side of the equation is the heat flux transferred by the flow to the fluid, and the second term is the change in time of the heat stored in the sensor.

Zgodnie z równaniem (2), w stanie ustalonym, dla zerowej prędkości, ustalając natężenie prądu czujnika / tak, aby rezystancja czujnika się podwoiła, możemy wyznaczyć Ik = 1^2. Przy prędkości V = Vk dla utrzymania zadanego współczynnika nagrzania czujnika η = R/Ro potrzebna jest dwukrotnie większa moc zasilania czujnika, w porównaniu z mocą dla zerowej prędkości. Trzeci parametr stanowi stałą czasową. Ze szczególnego rozwiązania równania różniczkowego (2) wynika, że przy zerowej prędkości i natężeniu prądu czujnika / = Ik rezystancja czujnika narasta liniowo, a w czasie Tk zwiększa wartość z początkowej Ro dwukrotnie.According to equation (2), in steady state, for zero speed, by setting the sensor current / so that the sensor resistance doubles, we can determine I k = 1^2. At speed V = Vk, to maintain the given sensor heating coefficient η = R/Ro, twice the sensor power is needed, compared to the power for zero speed. The third parameter is the time constant. From the particular solution of differential equation (2), it follows that at zero speed and sensor current / = Ik, the sensor resistance increases linearly, and in time Tk it increases from the initial Ro value twice.

Model czujnika (2) pozwala również na wyznaczenie parametrów innymi metodami, na przykład na drodze eksperymentalnej, poprzez dopasowanie modelu do danych eksperymentalnych wzorcowania metodą najmniejszych kwadratów.The sensor model (2) also allows for determining the parameters using other methods, for example experimentally, by fitting the model to the experimental data of the least squares calibration.

Rezystancja nienagrzanego czujnika Ro wynosi około 5,5 oma. Czujnik połączony jest szeregowo z rezystorem stałym 3 o wartości 100 omów i zasilany jest przez ten rezystor ze źródła napięcia 4 o wartości 5 woltów. Napięcie na czujniku oraz napięcie na rezystorze poprzez wzmacniacze różnicowe 5 i 6 doprowadzane są do dwóch wejść precyzyjnego, szybkiego przetwornika analogowo-cyfrowego 7. Rozdzielczość przetwornika wynosi 16 bitów, a częstotliwość próbkowania 1 MHz. Sygnały cyfrowe z przetwornika, stanowiące miarę chwilowej wartości napięcia i natężenia prądu czujnika, są rejestrowane i przetwarzane w systemie komputerowym 8 na chwilową wartość prędkości zgodnie z modelem (2). W każdym punkcie pomiarowym system komputerowy dokonuje obliczenia chwilowej wartości rezystancji R czujnika, jako ilorazu napięcia i natężenia prądu, obliczenia pochodnej rezystancji czujnika po czasie jako ilorazu różnicy rezystancji czujnika z aktualnego i poprzedniego pomiaru do przedziału czasowego między pomiarami. Dla czujnika z przykładu wykonania parametry wzorcowania wyznaczane są w znanym procesie wzorcowania przed pomiarem i wprowadzane do systemu komputerowego 8; wynoszą: Ik = 62,9 mA, Vk = 2,71 m/s, Tk = 1,36 ms. Na podstawie modelu (2) z wyznaczonymi podczas wzorcowania dla danego czujnika parametrami wyznacza się mierzoną prędkość przepływu:The resistance of the unheated sensor Ro is about 5.5 ohms. The sensor is connected in series with a fixed resistor 3 of 100 ohms and is powered through this resistor from a voltage source 4 of 5 volts. The voltage on the sensor and the voltage on the resistor are supplied via differential amplifiers 5 and 6 to two inputs of a precise, fast analog-to-digital converter 7. The resolution of the converter is 16 bits and the sampling frequency is 1 MHz. Digital signals from the converter, constituting a measure of the instantaneous value of the voltage and current intensity of the sensor, are recorded and converted in the computer system 8 into an instantaneous value of the speed in accordance with model (2). At each measuring point, the computer system calculates the instantaneous value of the resistance R of the sensor, as the quotient of the voltage and current intensity, and the derivative of the resistance of the sensor over time as the quotient of the difference in the resistance of the sensor from the current and previous measurement to the time interval between measurements. For the sensor of the embodiment example, the calibration parameters are determined in the known calibration process before measurement and entered into the computer system 8; they are: Ik = 62.9 mA, Vk = 2.71 m/s, Tk = 1.36 ms. Based on the model (2) with the parameters determined during calibration for a given sensor, the measured flow rate is determined:

(I1 „ dR(I 1 " dR

Ą K diĄ K di

R-Ra (DRR a (D

Na Fig. 2 przedstawiono przebiegi sygnałów w czasie dla pomiaru prędkości przepływów szybkozmiennych według wynalazku. Czujnik jest umieszczony w przepływie testowym, który stanowi skok prędkości powietrza w tunelu aerodynamicznym od 0 m/s do 5 m/s. Skok prędkości rozpoczyna się w czasie t = 1 ms, a jego narastanie trwa około 0,2 ms. Na wykresach: Fig. 2a przedstawiono przebieg zarejestrowanego napięcia czujnika, Fig. 2b - przebieg natężenia prądu czujnika, a Fig. 2c - przebieg wyznaczonej rezystancji czujnika. Na wykresach Fig. 2 d, e, f przedstawiono kolejno przebieg prędkości zadanej w tunelu, prędkości mierzonej sposobem stanowiącym przedmiot wynalazku, wyznaczonej z zależności (1) oraz błąd dynamiczny pomiaru. Przedstawiona w przykładzie wykonania realizacja sposobu pomiaru przepływu szybkozmiennego pozwala na ustalenie się wyniku pomiaru w czasie około 0,5 ms, podczas gdy napięcie, natężenie prądu i rezystancja czujnika ustalają się w czasie znacznie dłuższym, około 2,5 ms. Przedstawiony sposób pozwala, więc na znaczącą redukcję błędów dynamicznych pomiaru przepływów szybkozmiennych, w stosunku do znanych sposobów bazujących na statycznym modelu czujnika.Fig. 2 shows the signal time courses for measuring the velocity of fast-changing flows according to the invention. The sensor is placed in the test flow, which is a jump in the air velocity in the wind tunnel from 0 m/s to 5 m/s. The velocity jump starts at time t = 1 ms and its increase lasts about 0.2 ms. The graphs: Fig. 2a show the course of the recorded sensor voltage, Fig. 2b - the course of the sensor current intensity, and Fig. 2c - the course of the determined sensor resistance. The graphs Fig. 2 d, e, f show the course of the set velocity in the tunnel, the velocity measured by the method being the subject of the invention, determined from the relationship (1) and the dynamic measurement error. The implementation of the fast-changing flow measurement method presented in the example embodiment allows for the measurement result to be established in about 0.5 ms, while the voltage, current intensity and resistance of the sensor are established in a much longer time, about 2.5 ms. The presented method allows for a significant reduction of dynamic errors in the measurement of rapidly changing flows, compared to known methods based on a static sensor model.

Claims (1)

1. Sposób pomiaru prędkości przepływu płynu czujnikiem termoanemometrycznym, umieszczonym w badanym przepływie i nagrzewanym prądem elektrycznym z elektronicznego układu termoanemometrycznego, w którym mierzy się chwilową wartość prędkości przepływu płynu poprzez pomiar chwilowej wartości wyjściowego sygnału elektrycznego z układu i przypisanie1. A method of measuring the fluid flow rate with a hot-wire anemometric sensor placed in the tested flow and heated by electric current from an electronic hot-wire anemometric system, in which the instantaneous value of the fluid flow rate is measured by measuring the instantaneous value of the output electrical signal from the system and assigning PL 247197 Β1 jej prędkości mierzonej na podstawie danych uzyskanych w procesie wzorcowania, znamienny tym, że równocześnie mierzy się chwilowe wartości napięcia i natężenia prądu czujnika (1) i przetwarza je w przetworniku (7) na sygnał cyfrowy wprowadzany do cyfrowego układu przetwarzania danych (8), w którym na ich podstawie dokonuje się obliczenia chwilowej wartości rezystancji czujnika jako ilorazu napięcia i natężenia prądu, oraz obliczenia pochodnej rezystancji czujnika po czasie, a następnie na podstawie chwilowych wartości natężenia prądu, rezystancji i pochodnej rezystancji czujnika wyznacza się chwilową wartość V prędkości przepływu z zależności wynikającej z dynamicznego modelu czujnika stanowiącego równanie bilansu cieplnego czujnika, uwzględniające co najmniej moc prądu zasilania czujnika, strumień ciepła odprowadzanego konwekcyjnie przez przepływ oraz ciepło magazynowane w czujniku:PL 247197 Β1 its velocity measured on the basis of data obtained in the calibration process, characterized in that the instantaneous values of the voltage and current intensity of the sensor (1) are simultaneously measured and converted in the transducer (7) into a digital signal fed into the digital data processing system (8), in which, on their basis, the instantaneous value of the sensor resistance is calculated as the quotient of the voltage and current intensity, and the derivative of the sensor resistance over time is calculated, and then, on the basis of the instantaneous values of the current intensity, resistance and the derivative of the sensor resistance, the instantaneous value V of the flow velocity is determined from the relationship resulting from the dynamic sensor model constituting the sensor heat balance equation, taking into account at least the power of the sensor supply current, the heat flux removed convectively by the flow and the heat stored in the sensor: gdzie:Where: /— natężenie prądu czujnika termoanemometrycznego,/— current intensity of the hot-wire anemometric sensor, R - rezystancja nagrzanego czujnika termoanemometrycznego,R - resistance of the heated thermoanemometric sensor, Ro - rezystancja czujnika termoanemometrycznego w temperaturze płynu,Ro - resistance of the thermoanemometric sensor at the fluid temperature, V- prędkość przepływu płynu, /k, Vk, Tk- znane parametry modelu czujnika, wyznaczone w procesie wzorcowania, t- czas, zmienna niezależna.V- fluid flow velocity, /k, Vk, Tk- known parameters of the sensor model, determined in the calibration process, t- time, independent variable.
PL437455A 2021-03-29 2021-03-29 Method of measuring fluid flow rate with a hot-wire anemometric sensor PL247197B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL437455A PL247197B1 (en) 2021-03-29 2021-03-29 Method of measuring fluid flow rate with a hot-wire anemometric sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL437455A PL247197B1 (en) 2021-03-29 2021-03-29 Method of measuring fluid flow rate with a hot-wire anemometric sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL437455A1 PL437455A1 (en) 2022-10-03
PL247197B1 true PL247197B1 (en) 2025-05-26

Family

ID=83724320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL437455A PL247197B1 (en) 2021-03-29 2021-03-29 Method of measuring fluid flow rate with a hot-wire anemometric sensor

Country Status (1)

Country Link
PL (1) PL247197B1 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
PL437455A1 (en) 2022-10-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bellhouse et al. The determination of fluctuating velocity in air with heated thin film gauges
US2947938A (en) Electrothermal measuring apparatus and method for the calibration thereof
US7418878B2 (en) Universal sensor controller for a thermal anemometer
US4599895A (en) Method and apparatus for measuring fluid flow
US11703366B2 (en) Nanowires integration for real-time compensation
CN201837422U (en) Fluid velocity sensor
JPH03191852A (en) Method and apparatus for measuring heat conductivity and specific heat of fluid
JPS6213605B2 (en)
Takagi A hot-wire anemometer compensated for ambient temperature variations
CN111609902B (en) Production test device and method for non-full pipe flowmeter
Ligęza Four-point non-bridge constant-temperature anemometer circuit
PL247197B1 (en) Method of measuring fluid flow rate with a hot-wire anemometric sensor
CN113176013B (en) Thin film thermal resistance heat flow meter for heat flow test and calibration method of coaxial thermocouple
Miheev et al. Hot-wire measurements with automatic compensation of ambient temperature changes
Ligeza A modified temperature-compensation circuit for CTA
US4361054A (en) Hot-wire anemometer gyro pickoff
Al-Salaymeh et al. Development and testing of a novel single-wire sensor for wide range flow velocity measurements
Oliveira et al. An anemometer with PWM excitation
Manshadi et al. A new approach about heat transfer of hot-wire anemometer
DK180457B1 (en) SUPPLY METER WITH A TEMPERATURE MEASUREMENT ALGORM
O'Donovan et al. High-resolution hot-film measurement of surface heat flux to an impinging jet
JP2531968B2 (en) Flow velocity sensor and flow velocity measuring device using the same
KR19980076201A (en) Temperature measuring device using RTD
RU2707757C1 (en) Method of reducing measurement error of temperature with electric bridge
Dostert Applications of self-heated PTC-thermistors to flow and quantity of heat measurements