SU1721516A1 - Устройство дл измерени скорости и температуры потока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и позвол ет повысить точнрсть измерени  температуры и скорости потока. В первом цикле работы устройства конденсаторы 16 и 17 зар жаютс  до напр жени , равного по величине напр жению на первом и втором входах блока преобразовани  (БП), а конденсатор 18 подключаетс  к выходу Б П. Во втором цикле работы конденсатора 16 и 17 включены встречно-последовательно и разность напр жений на них подаетс  на выход БП, В этом цикле через открытый ключ и, преобразователь скорости и температуры потока протекает ток подогрева. В третьем и четвертом циклах работа устройства протекает аналогично первому и второму циклам соответственно . Выходные сигналы БП подаютс  на демодул торы, выходные напр жени  которых пропорциональны соответственно температуре скорости потока. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

.Вход

ЫЗ

ы к

ел

CN

Вход

Фиг. Z

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  скорости и температуры воздушных и жидких потоков.

Известно устройство дл  измерени  температуры, содержащее последовательно соединенные и подключенные к стабилизатору тока термопреобразователь сопротивлени  и компенсационный резистор , блоки преобразовани ,усилитель переменного тока, фазочувствительный выпр митель, резистор, функциональный преобразователь и генератор пр моугольных импульсов 1.

Недостаток устройства - невозможность измерени  скорости потока.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  скорости и температуры газового потока, содержащее генератор опорной частоты, преобразователь скорости, преобразователь температуры, два дифференциальных усилител , первый полосовой фильтр, подключенный к выходу первого дифференциального усилител , выеокоста- биль 1ЫЙ посто нный резистор, второй по-, лосовый фильтр, два демодул тора и два регистратора, при этом к выходу генератора опорной частоты подключены своими выводами преобразователь скорости, преобразователь температуры и высокостабильный посто нный резистор, второй вывод преобразовател  скорости соединен с первым входом первого дифференциального усилител , второй вывод преобразовател  температуры соединен с вторым входом первого и первым входом второго дифференциальных усилителей, а второй вывод высокостабильного резистора соединен с вторым входом второго дифференциального усилител , выход первого дифференциального усилител  через первый полосовой фильтр и первый демодул тор подключен к первому регистратору, а выход второго диффе- ренциального усилител  через второй полосовой фильтр и второй демодул тор - к второму регистратору 2.

Недостатками известного устройства  вл ютс  относительно невысока  точность измерени  температуры из-за разомкнутой структуры канала измерени  температуры и невозможность измерени  скорости и температуры потоков жидкостей из-за непр мого подогрева преобразовател  скорости и, как следствие, большой требуемой мощности нагревател .

Цель изобретени  - повышение точности измерени  температуры и расширение функциональных возможностей за счет измерени  температуры и скорости жидких потоков.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство дл  измерени  скорости и температуры газового потока, содержащее генератор опорной частоты, преобразователь скорости и температуры потока, соединенный с высокостабильным посто нным резистором , первый и второй демодул торы,

0 дополнительно введены источник напр жени , первый и второй усилители переменного тока, блок преобразовани , цепочка из последовательно соединенных первого и второго резисторов обратной св зи, дели5 тельнадва, перва  и втора  схемы И и ключ, соединенный входом и выходом соответственное первым и вторым выводами высокостабильного посто нного резистора, включенного между источником напр же0 ни  и преобразователем скорости и температуры потока, подключенного вторым выводом к общей шине устройства, потенциальные выводы высокостабильного посто нного резистора, преобразовател 

5 скорости и температуры потока и второго резистора обратной св зи подключены со- ответственно, к первому, второму и третьему входам блока .тфеобразовани , подключенного выходом через первый и

0 второй усилители переменного тока соответственно к входам первого и второго демодул торов , выходы которых  вл ютс  соответственно выходами сигнала температуры и скорости потока, цепочка из резисто5 ров обратной св зи включена между выходом первого демодул тора и общей шиной устройства, первый и второй выходы генератора опорной частоты подключены соответственно к четвертому входу блока

0 преобразовани  и входу делител  на два, п тому входу блока преобразовани  и первым входам первой и второй схем И, подключенных выходами соответственно к управл ющему входу ключа и шестому вхо5 ду блока преобразовани /первый и второй выходы делител  на два подключены соответственно к второму входу второй схемы И и входу управлени  второго демодул тора и к второму входу первой схемы И и входу

0 управлени  первого демодул тора.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - схема блока преобразовани ; на фиг. З - диаграммы работы устройства.

5 На блок-схеме обозначены источник 1 напр жени , высокостабильный посто нный резистор 2, преобразователь 3 скорости-температуры, ключ 4, блок 5 преобразовани , первый 6 и второй 8 усилители переменного тока, первый 7 и второй 9 демодул торы , первый 10 и второй 11 резисторы обратной св зи, генератор 12 опорной частоты, делитель 13 на два, перва  14 и втора  15 схемы И.

Блок 5 преобразовани  (фиг. 2) содержит первый 16, второй 17 и третий 18 запо минающие конденсаторы, ключи 19-30.

Преобразователь 3 скорости-температуры потока соединен с высокостабильным посто нным резистором 2, ключ 4 соединен входом и выходом соответственно с первым и вторым выводами высокостабильного посто нного резистора 2, включенного между источником 1 напр жени  и преобразователем 3 скорости и температуры потока, подключенного вторым выводом к общей шине устройства, потенциальные выводы высокостабильного посто нного резистора 2, преобразовател  3 скорости и температуры потока и второго резистора 11 обратной св зи подключены соответственно к первому , второму и третьему входам блока 5 преобразовани , подключенного выходом через первый 6 и второй 8 усилители переменного тока соответственно к входам первого 7 и второго 9 демодул торов, выходы которых  вл ютс  соответственно выходами сигнала температуры и скорости потока, цепочка из резисторов 10 и 11 обратной св зи включена между выходом первого демодул тора 7 и общей шиной устройства, первый и второй выходы генератора 12 опорной частоты подключены соответственно к четвертому входу блока 5 преобразовани  и входу делител  13 на два и к п тому входу блока 5 преобразовани  и первым входам первой 14 и второй 15 схем И, подключенных выходами соответственно к управл ющему входу ключа 4 и шестому входу блока 5 преобразовани , первый и второй выходы делител  13 на два подключены со ответственно к второму входу второй схемы И 15 и входу управлени  второго демодул тора 9 и к второму входу первой схемы И 14 и входу управлени  первого 7 демодул тора .

Блок 5 преобразовани  содержит первый 16, второй 17 и третий 18 запоминающие конденсаторы, первую 19, 21, вторую 23, 25 и третью 27, 29 пары ключей первой группы, первую 20, 22 и вторую 24, 26 пару ключей второй группы и пару 28, 30 ключей третьей группы, причем первый конденсатор 16 через первую пару ключей первой группы 19, 21 подключен к первому входу блока 5 преобразовани , через первую пару ключей второй группы 20, 22 - к выходу блока 5 преобразовани  и второму ключу второй пары ключей второй группы 26, второй конденсатор 17 через вторую пару ключей первой группы 23, 25 подключен к второму входу блока 5 преобразовани , через вторую пару ключей второй группы 24. 26 - соответственно к общему выводу блока 5 5 преобразовани  и второму ключу первой пары ключей. второй труппы. Третий конденсатор 18 через третью пару ключей первой группы 27, 29 подключен соответст: венно к выходу и общему выводу блока 5 0 преобразовани , через пару ключей третьей группы 28, 30 - к третьему входу блока 5 преобразовани , входы управлени  ключей 19, 21, 23, 25, 27, 29 первой, 20. 22. 24, 26 второй и 28, 30 третьей групп, соответствен5 но соединены с четвертым, п тым и шестым входами блока 5 преобразовани .

Устройство работает следующим образом .

На полу периоде 1 открыты ключи 19,21.

0 23, 25, 27 и 29, а ключи 20, 22, 24. 26, 28 и 30 заперты. Конденсаторы 16 и 17 запоминают напр жени  соответственно на первом и втором входах блока 5 преобразовани , а с конденсатора 18 напр жение, запомненное

5 в предыдущем полупериоде, подключаетс  к выходу блока 5. На полупериоде 2 ключи 19, 21,.23, 25, 27 и 29 заперты, а ключи 20. 22, 24 и 26 открыты. При этом конденсаторы 16 и 17 включены встречно-последователь0 но и разность напр жений на них подаетс  на выход блока 5, конденсатор 18 сохран ет запомненное ранее напр жение. На этом полупериоде через открытый ключ 4 и преобразователь 3 скорости и температуры

5 потока протекает ток подогрева 1Под. На полупериоде 3 работа блока 5 аналогична работе на полупериоде 1, а на полупериоде 4- аналогична работе блока 5 на полупериоде 2, за исключением того, что ключи 28.30

0 открыты и конденсатор 18 запоминает напр жение на третьем входе блока 5 преобразовани . В полупериодах 1, 3, 4 через последовательно соединенные высокостабильный посто нный резистор 2 и преобра5 зователь 3 скорости и температуры потока протекает рабочий ток 10, причем 1Под о. На выходе блока 5 преобразовани  по вл ютс  пр моугольные импульсы с амплитудами Un и Uie + Uia, где Die, U.i, Uie - напр же0 ни  на конденсаторах 16, 17 и 18.

Выходное напр жение блока 5 преобразовани  равно

UB-bR3-ioR2-U7R %t1 ..(В

5 где R2, Ra, Rio. Rn - величины сопротивлений высокостабильного посто нного резистора 2. преобразовател  3 скорости и температуры потока, резисторов 10 и 11 соответственно;

U -выходное напр жение первого демодул тора 7,

Величина сопротивлени  преобразовател  скорости и температуры потока равна (полупериод 1, фиг. 3):

R3 Ro(1 + a (T+ ДТ), (2) где А Т - температурный коэффициент сопротивлени  материала преобразовател  3 скорости и температуры потока.

Величина сопротивлени  Яз при измерении скорости потока равна (полупериод 3, фиг.З):

(1 + а Т). (3) где Т - температура перегрева преобразовател  3.

Температура перегрева зависит от амплитуды импульсного тока и скорости потока. Величина сопротивлени  резистора 2 выбиRii

раетс  R2eRo.Обозначив/ .Q.R не

учетом (1)-(3), имеем

UST loRo (1ч- а Т) - loRo - -. - loRo« T-U7/S ;(4)

Usv- loRo (1 + a (T + AT)) - f0Ro - -toRoa {T + ATJ-U.(5)

Выходной сигнал блока 5 UST поступает на электронную след щую систему, состо щую из последовательно соединенных усилител  б переменного тока и демодул тора 7 и поддерживающую с точностью до напр жени  статизма нулевое выходное напр жение усилител  6, т.е. UST 0. Тогда из (4) и (5) следует:

(6)

U -ту- Ro« Т - KiT;

Ug K2Usv a ATs Кз V, (7)

где Ug - выходное напр жение демодул тора 9;

V - скорость потока,

т.е. выходные напр жени  демодул торов 7 и 9 пропорциональны соответственно температуре и скорости потока.

При этом погрешность измерени  температуры меньше, чем в известном устройстве, поскольку в канале измерени  температуры введена отрицательна  обратна  св зь (фиг. 1): выход блока 5 преобразовани  - усилитель 6 переменного тока - демодул тор 7 - резисторы 10 и 11 обратной св зи - третий вход блока 5 преобразовани . Пусть коэффициент передачи усилител  6 и демодул тора 7 равен Кб и К, а делител  на резисторах 10, 11у, тогда, использу  методику расчета погрешностей, запишем:

иВых КбК7(иВх-ивь.хУ)

- КбКЯЬх-КбКуу ивых(8)

где UBX - напр жение на выходе блока 5 (входное дл  усилител  6);

йвых.- напр жение на третьем входе блока 5 (выходное дл  делител  Rio, Rn). Тогда из (8)

UBX

1 + Кб К у

КбК7тг ту-Ч 9

5

0

0 где К Кб К - общий коэффициент передачи усилител  6 переменного тока и демодул тора .

Абсолютна  погрешность Ли - dUBMX | - 1

Ливых П7-AK.-UB

ЭК

;вх

(1+Ку)2 а относительна 

АЦВЫх А:К

,

б UBBIX

„ 1

U

вых

к

дк

(10)

1 + К у 1 + К у Дл  структуры измерительного канала температуры известного устройства

ивых К Uex,(11)

5 где К - общий коэффициент передачи канала измерени  температуры устройства. Тогда после преобразований б ивых дК,(12)

т.е. в предлагаемом устройстве погреш- 0 ность измерени  температуры в 1 + К раз меньше, чем в известном при одинаковой элементной базе.

Предлагаемое устройство позвол ет измер ть температуру и скорость потока п жидкости, причем вследствие пр мого подогревани  преобразовател  3 температуры и скорости потока и большой удельной теплоемкости жидкостей мощность подогревател  - источника 1 напр жени  может Q быть значительно меньше, чем мощность источника тока, соединенного с нагревателем , подогревающим преобразователь скорости известного устройства.

Изобретение при высоком быстродей- 5 ствии, определ емом частотой генератора 12, использу  преобразователь 3 скорости и температуры потока и высокостабильный посто нный резистор 2, позвол ет измерить температуру и скорость газового или Q жидкого потока, при этом погрешность измерени  температуры ±0,1 % и скорости потока ±0,5%.

Claims (2)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  измерени  скорости и 5 температуры потока, содержащее генератор опорной частоты, преобразователь скорости и температуры потока, соединенный с высокостабильным посто нным резистором , первый и второй демодул торы, о т л и- чающеес  тем, что, с целью повышени 

   точности измерени  температуры и расширени  области применени , в него дополнительно введены источник напр жени , первый и второй усилители переменного тока , блок преобразовани , цепочка из последовательно соединенных первого и второго резисторов обратной св зи, делитель на два, перва  и втора  схемы И и ключ, соединенный входом и выходом соответственно с первым и вторым выводами высокостабильного посто нного резистора, включенного между источником напр жени  и преобразователем скорости и температуры потока, подключенного вторым выводом к общей шине устройства, потенциальные выводы высокостабильного посто нного резистора, преобразовател  скорости и температуры потока и второго резистора обратной св зи подключены соответственно к первому, второму и третьему входам блока преобразовани , подключенного выходом через первый и второй усилители переменного тока соответственно к входам первого и второго демодул торов , выходы которых  вл ютс  соответственно выходами сигнала температуры и скорости потока, цепочка из резисторов обратной св зи включена между выходом первого демодул тора и общей шиной устройства, первый и второй выходы генератора опорной частоты подключены соответственно к четвертому входу блока преобразовани  и входу делител  на два, п томувходу блока преобразовани  и первым входам первой и второй схем И, подключенных выходами соответственно к

   управл ющему входу ключа и шестому входу блока преобразовани , первый и второй выходы делител  на два подключены соответственно к второму входу первой схемы И,

   входу управлени  первого демодул тора, и второму входу второй схемы И и входу управлени  второго демодул тора.
2. 2. Устройство по п-1, от л и чаю щё е- с   тем, что, блок преобразовани  содержит

   первый, второй и третий запоминающие конденсаторы, первую, вторую и третью пары ключей первой группы, первую и вторую пары ключей второй группы и пару ключей третьей группы, причем первый конденсатор через первую пару ключей первой группы подключен к первому входу блока преобразовани , через первую пару ключей второй группы - к выходу блока преобразовани  и второму ключу второй пары ключей

   второй группы, второй конденсатор через вторую пару ключей первой группы подключен к второму входу блока преобразовани , через вторую пару -ключей второй группы соответственно - к общему выводу блока преобразовани  и второму ключу первой пары ключей второй группы, третий конденсатор через третью пару ключей первой группы подключен соответственно к выходу и общему выводу блока преобразовани , через пару ключей третьей группы - к третьему входу блока преобразовани , входы управлени  ключей первой, второй и третьей групп, соответственно соединены с четвертым, п тым и шестым входами блока преобразовани .

   &

   Ь

   О

   1,

   ВхОд/

   вход

   Ј Фиг.-/

   йшод1ц Выход 212

   Выход //з ВыходМ

   Выход 2$ Выхо#15

   Выход скорости

   юемоеротурь

   #

   ВхсдЗ

   //

   / /