SU1315834A1 - Устройство дл измерени температуры и скорости потоков - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Цель изобретени  - повышение точности измерений ЗА счет улучшени  частотной коррекции термодатчика . Устройство содержит преобразователь 1 температуры с резистивным термодатчиком 2, термоанемометр 3 посто нной температуры с резистивным термодатчиком 4,,. корректирующий усилитель 5, инвертор 6, умножитель 7, интегратор 8, резисторы 9 и 10, сус- трактор 11 и квадратор 12. Введение новых элементов и образование-новых св зей между элементами устройства позвол ют производить перестройку цепей коррекции при изменении параметров термодатчика 4 или исследуемой среды лишь изменением посто нной времени интегратора 8. Скорректиро- ванньм температурный сигнал проходит через инвертор 6, который устанавливает его правильную фазу по отношению к входу корректирующего усилител  5. 1 ил. i (Л ff fo GO СП 00 со

Description

3

Jf

ft

/2

1/

Изобретение относитс  к измери- .тельной технике и может быть использовано дл  измерени  быстромен ющихс  в больших динамических диапазонах температур и скоростей потоков в системах автоматического контрол  и управлени  теплотехническими процессами ,

Целью изобретени   вл етс  повы-- шение точности измерени  за счет улучшени  частотной коррекции термодатчика измерительного преобразовател  температуры.

На чертеже приведена блок-схема устройства,

Устройство содержит измерительный преобразователь 1 температуры с резистивным термодатчиком 2 термоанемометр 3 посто нной температуры с резистивным термодатчиком 4, кор- ректирзпощий усилитель 5, инвертор 6, З множитель 7, интегратор 8, резисторы 9 и 10, сустрактор 11 и квадратор 12.

Устройство работает следующим об- разом.

В исследуемый поток помещаютс  термодатчики 2 и 4, Изменени  сопротивлени  термодатчика 2, пропорциональные изменению температуры & по- тока, преобразуютс  в соответствующие изменени  напр жени  на выходе измерительного преобразовател  1, а изменени  величины теплосноса потоком с нагретого термодатчика термо- анемометра 3 - в изменени  напр же- ни  на его выходе, пропорциональные скорости V потока, С выхода измерительного преобразовател  -1 темпера турный сигнал, имеющий динамическую погрешность, обусловленную термичес- кой инерционностью микропроволочного термодатчика 2, поступает на тер- мокомпенсирзтощий вход термоанемомет- ра посто нной температуры (ТАПТ) 3 и одновременно на один из входов корректирующего усилител  5, который по другому входу охвачен цепочкой обратной св зи, состо щей из интегратора 8 и умножител  7, один вход ко- торого подключен через резистор 10 к выходу усилител  5, а другой вход (управл ющий) - к последовательно соединенным термоанемометру 3, сус- трактору 11 и квадратору 12. Сустрак тор 11 обеспечивает компенсацию начального (нулевого) уровн  (при скорости потока ) термоанемометра 3, а квадратор 42 приводит в соответствие управл ющий сигнал умножител  7 закону изменени  посто нной времен1| Т термодатчика 2 в зависимости от скорости потока v.

Значение выходного сигнала , термоанемометра 3 при , которое необходимо компенсировать, определ етс  по градуировочным зависимост м E.f(v). Выходной сигнал сустрак- тора 11 зависит от скорости v.согласно выражению

1

Е,,„,(В.Ь.У)2,

(1)

b где В - посто нный коэффициенту значение которого зависит от свойств потока и определ етс  расчетным или эмпирическим путем;

коэффициент, завис щий от значений резисторов моста Уитстона (не показан),в плечо которого включен термодатчик 4 термоанемометра 3; эмпирическа  константа, причем m  вл етс  функцией v. Посто нна  времени Тд простых микропроволочных термодатчиков,у которых во избежание концевых эффектов отношение диаметра d к длине 1 чувствительного элемента мало, определ етс  выражением

m Т - С

е ots

(2)

где С и S - соответственно полна  теплоемкость и поверхность теплообмена чувствительного элемента; of - коэффициент теплоотдачи. Коэффициент теплоотдачи с зависит от скорости потока при услови х, не очень отличающихс  от нормальных,и определ ет частоту среза „ чувствительного элемента термодатчика по уровню 3 дБ следующим образом:

fo

1 oiS пЛS c V.m 27ГТд 2ТГС ITfCd l

(3)

где d диаметр чз вствительного элемента;

о,Л и |U. - соответственно плотность,

теплопроводность и динамическа  в зкость газа;.

п и га - эмпирические числа, завис щие от критери  Рейнольдса (Re),,

Дл  используемых термодатчиков с диаметром нити пор дка единиц микрометров Re равн етс  0,81.

Из (1)-(3) видно, что f.

ср

и Е,

2

ТАЛТ

при условии идентичной конструкции термодатчиков 2 и 4 одинаково завис т от V, что и обусловливает данную структуру цепи управл ющего сигнала умножител  7.

Управл ющий сигнал, пропорциональный . Е, измен ет коэффициент передачи умножител  7 К по такому же закону, т.е. . Это, в свою оче- редь, вызьшает изменение частоты среза корректирующего усилител  5, и цепь обратной св зи, которой он охвачен , обеспечивает необходимый подъем частотной характеристикиi компен- сирующий соответствующий ее спад у системы термодатчик 2 - измерительный преобразователь 1, составл ющий дл  микропроволочных датчиков 20 дБ/декада , (При этом достаточно обеспечить выполнение равенства посто нных времени Тр и корректирующего усилител  5 TK, т.е. .

Передаточна  функци  системы тер- .модатчик 2 - измерительный преобразователь 1 - корректирующий усилитель 5 записываетс  следующим образом:

Ке

Wc(p)W,j(p)Wjp)

W(p) и W(p)

соответственно передаточные функции измерительного преобразова35

тел  1 с термодатчиком 2 и корректирующего усилител  5;

оператор Лапласа; коэффициент пере- .Q дачи системы термодатчик 2 - измерительный преобразователь 1 .

Если сопротивлени  резисторов 9 i 10 цепи обратной св зи усилител  5 . по посто нному току равны, то W(p)

имеет вид

K f к

где К - коэффициент усилени  разомкнутого усилител  5;

Т - посто нна  времени интегратора 8; - передаточна  функци  цепи

обратной св зи усилител  5 Из (4) и (5) видно, что подбира 

„, 2Ти 20Тк т.е. Т П LJv

где ,l Uy (Uy - напр жение н-а выходе квадратора), можно осуществить коррекцию инерционности датчика температуры вплоть до частот

W

Тц-Т0,

, --- .--- т Cv К„ Uv

5 0

5

0

5

. Q

45

0

55

1

40 йТ„

.,

а значит уменьшить Тд, так как Ку7 1.

Перестройка цепей коррекции при изменении параметров термодатчика или исследуемой среды осуществл етс  лишь изменением посто нной времени интегратора, что позвол ет заранее легко программировать и затем переключать устройство в соответствии с исследуемой средой либо посто нной времени термодатчика.

Скорректированный температурный сигнал-проходит через инвертор 6, который устанавливает его правильную фазу по отношению к входу корректирующего усилител  5.

Сигнал, пропорциональный измер емой скорости потока, снимаетс  с выхода сустрактора.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  измерени  температуры и скорости потоков, содержащее два резистивных термодатчика, один из которых включен в термоанемометр посто нной температуры, а другой - в измерительный преобразователь температуры , выход которого подключен к входу термокомпенсации термоанемометра посто нной температуры, о т- личающеес  тем, что, с целью повьпиенк  точности измерени  за счет улучшени  частотной коррекции термодатчика измерительного преобразовател  температуры, в него введены сустрактор, квадратор, умножитель, интегратор, первый и второй резисторы , корректирующий усилитель и инвертор , к входу которого подключен выход корректирующего усилител  и бто- рой резистор, последовательно соединенный с первым резистором и первым входом умножител , второй вход которого через последовательно соединенные сустрактор и квадратор подключе51315834 .6

   ны к выходу тёрмоанемометра посто н- корректирующего усилител , второй ной температуры, при этом выход умно- вход которого соединен с выходом из- жител  соединен через интегратор с мерительного преобразовател  темпе- первым резистором и первым входом ратуры.