RU1789935C - Термоанемометр - Google Patents

Abstract

Использоваййе: в измерительной технике дл  измерени  скорости воздушного потока. Сущность изобретени : тёрмоане- мо(иетр содержит один термсМувствй-гель- ный элемент 1. одну термочувствительную схему 2, две ключевые схемы 3, 11. один импульсный источник тока 4. одно устройство сравнени  5, один демодул тор 6, одно запоминающее устройство 7, один широт- но-импульсный модул тор 8. один генератор импульсной частоты 9, один фильтр нижних частот 10. 2 ил.

Description

со

с

:€lj.-H

8

3

Ю

SS

11 & 15

VI 00 Ю

о

CJ

с 

Фг/г./

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  скорости воздушного потока.

Известен термоанемометр, содержащий две термочувствительные цепи, включенные дифференциально к замкнутой по цепи питани  одной из них системе след щего уравновешивани . Выходом термоанемометра  вл етс  сигнал, пропорциональный напр жению питани  термоцепи , в которую включен разогреваемый тер- морезистЬр Этот /тер мЪа н емШётр имеет недостаток . ЙвШан Hii и je вли нием изменений TeKfrtepafуры воздуха на его показани .

Наиболее близким по совокупности общих признаков предлагаемому изобретению  вл етс  термоанемометр, содержащий последовательно соединенные в замкнутый контур чувствительный элемент, ключевую схему, устройство сравнени , запоминающее устройство и регулируемый импульсный источник тока. Коммутатор подключён к тактовым входам импульсного источника тока, ключевой схемы и запоминающего устройства. Недостатком известного термоанёмометра  вл етс  низка  точность изменени  скорости воздушного потока при изменений его температуры в широком диапазойё Ш-заi невозможности полной компенсации изменени  температуры воздуха за счет линейной обратной се , зи, примененной в устройстве. Кроме того, известный термоанемометр обладает низким быстродействием, определ емым процессами циклического изменени  температуры термочувствительного элемента ..,.-..- . .:

Цель изобретени  - повышение точно- сти измерени  массовой скорости тазового потока и быстродействи  устройства.

П оста в л е н н а   це л ь д ости га ётс   те м, что в термоанемометр, содержащий термочувствительный элемент, подключённый первым выводом к выходу импульсного регулируемого источника тока и к первому выводу ключевой схемы, соединенной выходом со вхоДбМ Устройства сравнени , а также запоминающее устройство, дополнительно введены последовательно соединён ные второй термочувствительный элемент и первый резистор, образующие с первым термочувствительным элементом смежные плечи мостовой схемы, в противоположные плечи которой включены введенные §тор1)й и, соответственно, третий резисторы, генератор тока, подключенный к питающей диагонали мостовой схемы, а также генератор тактовой частоты, демодул тор, широтно- импульсный модул тор, ключ и фильтр нижних частот. Демодул тор включен между

выходом устройства сравнени  и входом запоминающего устройства. Широтно-им- пульсный модул тор включен сигнальным входом к выходу запоминающего устройства , а выходом - ко входам управлени  импульсного источника тока и ключа. Генератор тактовой частоты своим выходом подключен ко входам управлени  ключевой схемы, демодул тора и широтно-импульского модул тора. Фильтр низких частот своим входом через ключ подключен к выходу импульсного источника тока, а запоминающее устройство выполнено в виде интегратора; : ,:V: -ч л-Т-; --. . . На фиг. 1 показана функциональна  схе- ма предлагаемого термоанемометра; на фиг. 2 - временна  диаграмма работы тер- моанёмомётра.; Предлагаемый термоанемометр содер- жит соединенные последовательно по пита- нию первый термочувствительный элемент

1 (R4), второй термочувствительный элемент

2 (Rs), и первый (Ri) 3, а также второй резистор (R2) 4, третий резистор (Рз).6, сОставл ющие мосто&ую схему, диагональ питани 

которой подключена к гемерат эру тока 6, а

измерите ь а аУдналь ;;; ключевой

схеме 7. К в Яодук люче вой схемы 7 подключены послёдОбатёйьйО соединенные устройстео сравнени  8, дёмоДу л  тор 9,

запоминающее устройство 10, Шйротно-имульсный модул тор (ШИМ) 11, регулйруемый иМпульЬНйй Жтрчййк-тока 12. Выход

источника тока 12 подключён к тёрмочувствительному элементу 1 и входу ключа 13, вход управлени  которого подключён к выходу ШИМ 11, а - ко входу фильтра низких частот (ФЙЧ) 14, выход которого  вл етс  выходом тёрМОсгнёмомётра. Входы

управлени  ключевой схемы 7, демодул тора 9 и ШИМ 11 подключены к выходу генератора тактовой частоты (ГТЧ) 15. , Работает термоанемометр следующим обрШомТ : у

В исходном положении при выключенном источнике тока,12 и мостова  схема сбалансирована, а термочувствительные элементы 1 и 2, вы полненные из резисторов

с одинаковыми термическими коэффициен- тамисопротивлени , расположены в потоке газа р дом. Ток питани  мостовой схемы не созда етих подогрева. ....

Генератор тактовой частоты 15 вырабатывает пр моугольные импульсы, период повторени  которых пренебрежимо мал по отношению к величине посто нной времени t термочувствительных элементов 1 и 2, котора , наприм ер, при выполнении их в виде тонкой проволоки, может быть определена при помощи формулы

7 4a.

где d - диаметр проволоки;

/эй с - соответственно плотность и теплоемкость материала проволоки;

а- коэффициент конвективной теплоотдачи , завис щий от массовой скорости воздушного потока.

При О, а также при наличии тактового импульса на выходе ГТЧ 15, ключева  схема 7 подключает измерительную диагональ мостовой схемы к устройству сравнени  8. Сигнал разбаланса мостовой схемы, выделенный и усиленный устройством сравнени  8, в виде импульса напр жени , величина и пол рность которого определ етс  величиной и знаком напр жени  разбаланса моста, поступает с выхода демодул тора 9 на вход запоминающего устройства 10, где происходит его интегрирование. При наличии тактового импульса на выходе ГТЧ 15 ШИМ 11 блокируетс , и на его выходе отсутствует импульс включени  источника тока 12 и ключа 13. Источник тока 12 в выключенном состо нии не оказывает вли ни  на балансировку моста. При отсутствии тактового импульса ключева  схема 7 отключает измерительную диагональ моста от входа устройства сравнени  8. При этом на выходе демодул тора 9 сигнал отсутствует, а выходное напр жение запоминающего устройства (интегратора) 10 остаетс  неизменным . ШИМ 11 вырабатывает импульс напр жени , длительность которого определ етс  величиной выходного напр жени  запоминающего устройства 10. Максимальна  длительность широтно-модулированно- гр импульса ограничена временным интервалом между окончанием и началом тактового импульса. Импульсный источник тока 12 вырабатывает стабильный, независимый от длительности входного шйротно- модулированного импульса и величины нагрузки, ток разогрева первого термочувствительного элемента 1. При условии Ra+ + Рз RI + R4+ RS мощность N, выдел ема  на термочувствительном элементе 1, равна

N UiJHA,

где Ui - падение напр жени  на элементе 1 при протекании тока разогрева JH;

А- коэффициент заполнени  щиротно- модулированных импульсов.

ФНЧ14, подключаемый ключом 13 к

термочувствительному элементу 1 одновременно с импульсами разофёвй. осреднйет

импульсное напр жение У1, что при условии

JH const даёт.. -

.,; ;:.: , Т :,,

где Увых - напр жение на выходе ФНЧ14;

k - коэффициент передачи,. :

В результате разогрева термочувствительного элемента 1 происходит увеличение его сопротивлени , что приводит к уменьшению разбаланса моста. В установившем .с  режиме благодар  выполнению запоминающегос  устройства в виде интегратора отсутствует разбаланс моста,При этом величина перегрева ДТ термочувствительного элемента 1 относительно температуры потока газа, а значит, и температуры второго термочувствительного элемента 2 определ етс  формулой

т- Rl .5/Г

где Ros - величина сопротивлени  второго термочувствительного элемента 2 при его температуре, равной 0°С;

ft - термический коэффициент сопротивлени  термочувствительных элементов 1

и 2.. ... . , ..,; .

В установившемс  режиме имеет место баланс рассеиваемой термочувствительным элементом 1 в потоке газа и подведеннбй к нему мощностей:

- . ,.. :,,.

N SaAT,,

где S-площадь термочувствительного элемента 1, омываема  потоком газа.

Так как в предлагаемом устройстве

обеспечиваетс  условие A T const, то выходное напр жение ФНЧ14 пропорционально коэффициенту конвективной теплоотдачи а, который слабо зависит от изменени  Температуры газ;а (воздуха) и

практически однозначно определ етс  массовой скоростью потока газа. Исключение необходимости периодического разогрева и остывани  TepM04yBctBkMfeflbHoro элемента 1, позволившее повысить тактовую частоту

дало возможность увеличени  быстродействи  предлагаемого термоанемометра.

ФорМул а изо брётени  

Терм6ан1мЬмётрГ Держащий термочувствительный элемент, подключенный пёрвЫ гШ&о)Шй й 1атУхбду MWlrtyrtieHoro peF гутгйруёМогО источникетокиin knejfJBOWy воду ключевой схемы, соединенной выходом с входом устройства сравнени , а также запоминающее устройство, о т л и ч а- ю щ и и с   тем, чҐ0, с целью повышени  точности измерени  и быстродействи , в неги дополнительно введены последовательно соединенные второй термочувствительный элемент и первый(резистор, образующие с первым тёрмочувствитель- ным лёйёнтОМ плечи мостовой схемы, в протйвопо Ьж ныё Нле чи которой вкЩчены введенные второй и соответственно третий резисторы, а также гёнёрат6р А

тока, подключенный к питающей диагонали

мостовой схемы, демодул тор, включенный

между выходом устройства Сравнени  и вхо  дом 3апоминающего устройства, широтно5 импульсный модул тор, включенный между выходом запоминающего устройства и уп- рййлййщйм входом импульсного регулируемого источника тока, последовательно соединенные ключ и фильтр низких частот и

0 генератор тактовой частоты, подключенный выходом к управл ющим входам широтно- импу ьсного модул тора, демодул тора и ключевой схемы, подключенной входом к измерительной диагонали мостовой схемы.

5 выход и управл ющий вход импульсного регулируемого источника тока соединены, соответственно с входом и управл ющим вхЬдом кл10ча, а запоминающее устройство виполнёнб в виде интегратора. f