SU1659865A1

SU1659865A1 - Method of measuring the speed of gas or liquid

Info

Publication number: SU1659865A1
Application number: SU894663808A
Authority: SU
Inventors: Александр Павлович Фаер; Алексей Анатольевич Цветков
Priority date: 1989-03-13
Filing date: 1989-03-13
Publication date: 1991-06-30

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и позвол ет измер ть скорость газа или жидкости. Цель изобретени - повышение точности. Способ измерени скорости основан на применении дифференциальной термопары с разными размерами спаев. Спай меньшего размера помещают в поток газа или жидкости, спай большего размера - в термостат. В цепь термопары включают источник импульсного тока, подбирают направление и силу тока так, чтобы температура меньшего спа была меньше температуры потока на 1-5 К, измер ют ЭДС термопары и температуру меньшего сло , затем мен ют направление тока на противоположное и снова измер ют ЭДС и температуру меньшего спа , после измерений определ ют функцию fi(v)cKOpocm контролируемого потока Mv) ( + + T(-iff )V /Tr -Tr +Jln, где I - сила тока; Т и температура меньшего спа при нагреве и при охлаждении; Е - ЭДС термопары; п - константа, Затем путем сравнени измеренного значени функции скорости с эталонным определ ют скорость потока. 1 ил w ёThis invention relates to a measurement technique and permits the measurement of the velocity of a gas or liquid. The purpose of the invention is to increase accuracy. The method of measuring the speed is based on the use of a differential thermocouple with different sizes of junctions. A smaller junction is placed in a stream of gas or liquid, and a larger junction is placed in a thermostat. A pulsed current source is included in the thermocouple circuit, the direction and intensity of the current is selected so that the temperature of the smaller spa is less than the flow temperature by 1-5 K, the emf of the thermocouple is measured and the temperature of the smaller layer, then the direction of the current is reversed and the emf is measured again and the temperature of the smaller spa, after measurements, the function fi (v) cKOpocm of the controlled flow Mv) (+ + T (-iff) V / Tr -Tr + Jln, where I is the current strength; T and the temperature of the smaller spa during heating and cooling; E is the thermocouple emf; n is a constant; then by comparing the constant value the reference velocity function determined flow rate. e w 1 yl

Description

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к способам измерени скорости потока газа или жидкости.The invention relates to a measurement technique, in particular, to methods for measuring the flow rate of a gas or liquid.

Цель изобретени - повышение точности .The purpose of the invention is to improve accuracy.

На фиг.1 изображена схема устройства, реализующего данный способ.Figure 1 shows a diagram of the device that implements this method.

Способ осуществл ют следующим образом .The method is carried out as follows.

Подключают к источнику тока дифференциальную термопару со спа ми разных геометрических размеров, меньший спай размещают в контролирующем потоке, а больший, образованный путем контакта электродов термопары с токоведущими проводами , размещают в термостате вне потока и используют силу тока и электродвижующую силу дл сравнени с калибровочной зависимостью , через термопару пропускают П-образные импульсы тока такой пол рности и силы, чтобы температура меньшего спа установилась ниже температуры омывающего его потока, измер ют электродвижущую силу и силу тока, затем, мен пол рность П-образных импульсов и сохран прежней силу тока, вновь производ т измерение электродвижущей силы и сравнивают с калибровочной зависимостью функцию скорости контролируемого потока, определ емую по формулеA differential thermocouple with spans of different geometrical dimensions is connected to the current source, a smaller junction is placed in the control flow, and a larger one, formed by contact of the thermocouple electrodes with current carrying wires, is placed in an out-of-current thermostat and uses the current and electromotive force for comparison with the calibration dependence, U-shaped current pulses of such polarity and force are passed through the thermocouple so that the temperature of the smaller spa is set lower than the temperature of the flow washing it, the electr driving force and current, then the polarity changed U-shaped pulses and maintains the same current, t is produced again electromotive force measurement and compared with a calibration-dependent function of the controlled flow rate, defined by the formula

ОABOUT

с юwith y

0000

о елabout ate

f 1 (v) f 1 (v)

l T2 /T T2+Tx A Txl T2 / T T2 + Tx A Tx

T2-TXT2-TX

++

lala

nn

(1J(1J

где fi(v) - функци скорости контролируемого потока;where fi (v) is a function of the flow rate monitored;

I - сила тока;I - current strength;

Т2 - температура меньшего спа при нагреве;T2 is the temperature of the smaller spa during heating;

Е - электродвижуща сила термопары;E is the electromotive force of the thermocouple;

Т - абсолютна температура;T - absolute temperature;

Тх - температура меньшего спа при охлаждении;Tx is the temperature of the smaller spa during cooling;

n - константа.n is a constant.

Устройство включает в себ дифференциальную термопару 1 с малым омическим сопротивлением, один спай которой 2 расположен в контролируемом потоке 3, а второй спай 4, имеющий геометрические размеры, значительно превосход щие размеры спа 2, образован контактами электродов термопары 1 с токоведущими проводами 5 и находитс в термостате 6.The device includes a differential thermocouple 1 with a low ohmic resistance, one junction of which 2 is located in a controlled flow 3, and the second junction 4, having geometrical dimensions much larger than the dimensions of spa 2, is formed by the contacts of the electrodes of the thermocouple 1 with current carrying wires 5 and thermostat 6.

Термопара 1 через коммутирующий элемент 7 соединена с генератором тока 8 и через коммутирующий элемент 9 подключена к входу цифрового вольтметра 10, Управление коммутирующими элементами 7 и 9 вольтметром 10 осуществл етс системой, состо щей из задающего генератора 11, непосредственно сопр женного t управл ющим входом коммутирующего элемента.7 и подключенного через дифференциальную цепочку 12 и диод 13 к входу ждущего мультивибратора 14. Выход ждущего мультивибратора 14 непосредственно сопр жен с управл ющим входом коммутирующего элемента 9 и через дифференцирующую цепочку 15 и диод 16 с входом запуска цифрового вольтметра 10.Thermocouple 1 is connected via switching element 7 to a current generator 8 and connected through switching element 9 to a digital voltmeter input 10. Control of switching elements 7 and 9 by a voltmeter 10 is performed by a system consisting of a master oscillator 11 directly coupled to control switch t element 7 and connected through the differential circuit 12 and diode 13 to the input of the waiting multivibrator 14. The output of the waiting multivibrator 14 is directly coupled to the control input of the switching element 9 and through the differentiating chain 15 and the diode 16 with the start input of the digital voltmeter 10.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Пр моугольные импульсы от задающегоSquare impulses from master

генератора 11с частотой , где г- поVgenerator 11c frequency, where g- V

сто нна времени термопары, поступают на управл ющий вход коммутирующего элемента 7 и фронт импульса открывает его. При этом выходной ток от генератора 8 протекает через термопару 1. В это врем коммутирующий элемент 9 закрыт и вход цифрового вольтметра 10 отключен от термопары 1. Срез импульса с задающего генератора 11 закрывает коммутирующий элемент 7 и на входе диода 13 с помощью дифференцирующей цепочки 12 сформирует короткий импульс, запускающий ждущийthe time of the thermocouple time goes to the control input of the switching element 7 and the pulse front opens it. In this case, the output current from the generator 8 flows through thermocouple 1. At this time, the switching element 9 is closed and the input of the digital voltmeter 10 is disconnected from the thermocouple 1. The pulse from the master oscillator 11 closes the switching element 7 and forms at the input of the diode 13 short impulse that triggers waiting

мультивибратор 14. На выходе ждущего мультивибратора 14 формируетс импульс, который открывает коммутирующий элемент 9 и тем самым вход цифрового вольтметра 10 подключаетс к термопаре. При времени преобразовани вольтметра 10 меньшим длительности импульса на выходе ждущего мультивибратора 14 обеспечиваетс надежность измерени multivibrator 14. At the output of the standby multivibrator 14, a pulse is generated that opens the switching element 9 and thereby the input of the digital voltmeter 10 is connected to a thermocouple. When the conversion time of the voltmeter 10 is shorter than the pulse duration at the output of the standby multivibrator 14, the measurement is reliable

0 электродвижущей силы, так как вольтметр 10 подключаетс к термопаре 1 после окончани переходных процессов в коммутирующих цеп х.0 electromotive force, since the voltmeter 10 is connected to the thermocouple 1 after the termination of the transient processes in the switching circuits.

Затем весь цикл повтор етс . Таким об5 разом устройство позвол ет пропускать через термопару 1 импульсы тока, сила и пол рность которых определ етс генератором тока 8, а частота следовани - задающим генератором 11 и измер ть величинуThen the whole cycle is repeated. Thus, at the same time, the device allows the current pulses to be passed through the thermocouple 1, the force and polarity of which is determined by the current generator 8, and the following frequency is controlled by the master oscillator 11 and measure

0 электродвижущей силы вольтметром 10.0 electromotive force with a voltmeter 10.

Силу и пол рность тока выбирают так, что температура спа 1 устанавливаетс ниже температуры омывающей его жидкости или газа.The strength and polarity of the current is chosen so that the temperature of the spa 1 is set below the temperature of the liquid or gas washing it.

5 При изготовлении термоп ары из низко- омных электродов с посто нной площадью поперечного сечени и теплоизолированной боковой поверхностью, уравнение, определ ющее установившуюс температуру спа 5 When making a thermopara of low-resistance electrodes with a constant cross-sectional area and a thermally insulated side surface, the equation that determines the steady-state spa temperature

0 1 имеет вид0 1 has the form

0 -Т1 (Т р) I + К (Тт -Т V) + +0 -T1 (T p) I + K (Tm -T V) + +

+ f(v)(Tn-T r)-,(2)+ f (v) (Tn-T r) -, (2)

где Ti(T r) - коэффициент Пелтье при темпе- 5 ратуре Т;where Ti (T r) is the Peltier coefficient at temperature T;

TV установивша с температура спа 1 при охлаждении;TV set the temperature of spa 1 when cooled;

1- сила тока; К - константа;1- current strength; K is a constant;

0 Тт - температура в термостате;0 Tt - the temperature in the thermostat;

г(Тх) - сопротивление термопары при температуре спа 1;g (Tx) is the resistance of the thermocouple at the temperature of spa 1;

f(v) - функци скорости жидкости или газа, омывающего спай 1; Тп - температура жидкости или газа,f (v) is a function of the velocity of the liquid or gas washing junction 1; TP - the temperature of the liquid or gas,

омывающего спай 1.washing junction 1.

При изменении пол рности импульсов тока и неизменной величине силы тока температура спа 1, определ етс уравнениемWhen the polarity of the current pulses changes and the current strength remains constant, the temperature of the spa 1 is determined by the equation

„ (-г 2 О -Ti () I + К (Тт -Т г) + -f (v)fT r-Tn) .(3)„(-G 2 O -Ti () I + K (Tm -T g) + -f (v) fT r-Tn). (3)

где Тг - установивша с температура спа 1where Tg is the temperature of the spa 1

5 ПРИ наФеве 5 WHEN

Вычита уравнение (2) из уравнени (3) и-учитыва , чтоSubtracting equation (2) from equation (3) and taking into account that

Т1(т) А|-Т и r(T) +afr-T0).T1 (t) A | -T and r (T) + afr-T0).

где Т - текуща температура;where T is the current temperature;

г rfTo):rfTo):

То 273,15 К, после преобразований получаютThat is 273.15 K, after transformations receive

т I О t /-f -.- / , -Г It О t /т-т- (It I About t / -f -.- /, -Г It About t / t-t- (I

Тг -дТ/Т-Тг +ТГ -Щ-/Т - ТгTg-dT / T-Tg + TG -Shch- / T - Tg

,,

+ I2 roi «1 + гоа аг} + К f (v) (4)+ I2 roi "1 + goa ag} + K f (v) (4)

где по, Г2о - температура электродов при 273,15 К,where, G2o is the temperature of the electrodes at 273.15 K,

#1, он. - температурные коэффициенты сопротивлени электродов термопары.# 1, he. - temperature coefficients of resistance of thermocouple electrodes.

ОбозначивDesignating

Г01 «1 4 Г02 «2 П, f(v) - К f 1 (v),G01 "1 4 G02" 2 P, f (v) - K f 1 (v),

получают из уравнени (4) уравнение (1).from equation (4), equation (1) is obtained.

Величина, сто ща в левой части уравнени (1), как и fi(v), вл етс функцией только скорости жидкости или газа, омывающей спай 1 и может быть использована после определени в результате калибровки вида функции fi (v) дл вычислени скорости потока.The value on the left side of equation (1), like fi (v), is only a function of the velocity of the liquid or gas washing junction 1 and can be used after determining the form of the function fi (v) as a result of the calibration to calculate the flow rate .

Константа п определ етс в результате калибровки при нулевой скорости потока.The constant n is determined by calibration at zero flow rate.

Значение производной электродвижущей по температуре при различных температурах определ ютс при градуировке термопары или из таблиц.The value of the electromotive derivative with respect to temperature at various temperatures is determined by graduation of a thermocouple or from tables.

Температура спа 1, помещенного в контролируемый поток, вычисл етс по значени м электродвижущей силы, пренебрега изменением температуры спа , наход щегос в термостате, причем ошибка в определении температуры зависит от отношени площадей контактов электродов в спа х и может быть конструктивно сделана сколь угодно малой.The temperature of the spa 1 placed in a controlled flow is calculated from the values of the electromotive force, neglecting the temperature change of the spa located in the thermostat, and the error in determining the temperature depends on the ratio of contact areas of the electrodes in the spas and can be made as small as desired.

Редактор М. ТовтинEditor M. Tovtin

Составитель А. Зосимов Техред М.МоргенталCompiled by A. Zosimov Tehred M. Morgenthal

Claims

Claim method for measuring the velocity of a gas or liquid, including the manufacture of a differential two-junction thermocouple

different sizes, placing a smaller spa in a controlled flow, measuring the emf of a thermocouple and current in a thermocouple circuit, characterized in that, to improve accuracy, the junction of a larger thermocouple is placed outside the flow into the thermostat, the current source is included in the thermocouple circuit current and its strength according to the condition T g (1 - 5) Tn, where TV is the spa temperature

smaller thermocouples, Tp - flow temperature, measure the emf of the thermocouple E, the current I and the temperature TV of the cooled spa of the smaller thermocouple, then change the direction of the current while its strength remains unchanged, measure the thermocouple emf and the temperature of the heated thermocouple of the smaller thermocouple; calculate the flow rate function fi (v) by the relation

25

f1 (v)

I G T (U T -I- T f U. H T 1

f 4JT g g HRT g J

where I is the current in the thermocouple circuit;

n is a constant

and the magnitude of the velocity and flow (v) is determined by comparing the calculated function of the flow velocity with the function determined previously by means of calibrations

Proofreader E. Lonchakov