SU877442A1

SU877442A1 - Automatic dc electrical thermoanemometer

Info

Publication number: SU877442A1
Application number: SU782644364A
Authority: SU
Inventors: Лена Ивановна Илизарова; Георгий Михайлович Писков; Валентина Сергеевна Пономарева; Валерий Викторович Троицкий; Петр Владимирович Чебышев
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4903
Priority date: 1978-07-11
Filing date: 1978-07-11
Publication date: 1981-10-30

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения средних скоростей, пульсаций скоростей и давлений, температур и их пульсаций в стационарных потоках газов при аэрогидродинамических исследованиях.The invention relates to measuring technique and can be used to measure average velocities, pulsations of velocities and pressures, temperatures and their pulsations in stationary gas flows during aerohydrodynamic studies.

Известны термоанемометрические устройства для измерения средней скорости газового потока, содержащие преобразователь скорости в напряжение, блок первичной обработки с развязывающим повторителем, два RC“ фильтра, циклический коммутатор и диодно-емкостное звено £1].Known thermoanemometric devices for measuring the average gas flow velocity, comprising a speed to voltage converter, a primary processing unit with a decoupling repeater, two RC “filters, a cyclic switch and a diode-capacitive unit £ 1].

Недостатками этих устройств являются большой объем ручной настройки аппаратуры и малая точность измерений.The disadvantages of these devices are the large amount of manual adjustment of the equipment and the low accuracy of the measurements.

Наиболее близким к предлагаемому является автоматический эЛектротермо· анемометр постоянного тока, содержащий термодатчик, измерительный мост с переключателем фиксированных перегревов, источник питания, компенсирующий усилитель, регулируемый ста-, билизатор тока моста, интегрирующий усилитель следящей системы регулировки тока моста й фильтр низких частот [2J. /Closest to the proposed one is an automatic DC electrothermal · anemometer containing a temperature sensor, a measuring bridge with a fixed overheat switch, a power supply, a compensating amplifier, an adjustable stabilizer, a bridge current stabilizer, an integrating amplifier for a bridge tracking current control system and a low-pass filter [2J. /

Недостатками известного устройства являются малая точность и большое время измерения.The disadvantages of the known devices are low accuracy and long measurement time.

Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерения .The purpose of the invention is to increase accuracy and reduce measurement time.

Поставленная цель достигается тем, что в электротермоанемометр введен блок автоматической настройки постоянной времени, входы которого соединены с регулируемым стабилизатором тока моста и измерительным мостом, а выход связан с компенсирующим усил лителем, снабженным цепью компенсации постоянно^ времени, выполненной в виде двухцепного релейного суммирующего магазина емкостей, соеди ненного с выходом блока автоматичес кой настройки постоянной времени.This goal is achieved by the fact that an automatic time constant adjustment unit has been introduced into the electrothermal anemometer, the inputs of which are connected to an adjustable bridge current stabilizer and a measuring bridge, and the output is connected to a compensating amplifier equipped with a constant ^ time compensation circuit made in the form of a two-circuit relay summing tank of containers connected to the output of the automatic time constant adjustment unit.

На фиг. 1 приведена блок-схема автоматического электромермоанемомётра; на фиг. 2 - принципиальная схема компенсирующего усилителя с управлением (от цепи компенсации блока автоматической настройки постоянной времени); на фиг. 3 - принципиальная схема управляемого релейного магазина емкостей.In FIG. 1 shows a block diagram of an automatic electro-anemometer; in FIG. 2 is a schematic diagram of a compensating amplifier with control (from the compensation circuit of the automatic time constant adjustment unit); in FIG. 3 is a schematic diagram of a controlled capacitance relay store.

Автоматический электротермоанемометр содержит источник 1 питания, термодатчик 2, включенный в измерительный мост 3, в котором имеется два регулируемых плеча.: одно для определения электрического сопротивления, другое - для задания десяти фиксированных перегревов относительно среднёй температуры потока; генератор 4 прямоугольных импульсов, .подключаемый переключателем 5 к регулируемому стабилизатору тока моста 6.An automatic electrothermal anemometer contains a power source 1, a temperature sensor 2 included in the measuring bridge 3, in which there are two adjustable arms: one for determining electrical resistance, the other for setting ten fixed superheats relative to the average flow temperature; 4 rectangular pulse generator, connected by a switch 5 to an adjustable bridge current stabilizer 6.

К измерительной диагонали моста 3 подключены вход компенсирующего усилителя 7 с управляемой цепью компенсации постоянной времени и выходным фильтром 8, а через переключатель 9 вход интегрирующего усилителя 10, выход которого подключается переключателем 11 к рёгулирумому стабилизатору тока моста 6, и измерительный гальванометр 12.The input of the compensating amplifier 7 with a controlled compensation circuit of the time constant and the output filter 8 is connected to the measuring diagonal of the bridge 3, and through the switch 9 the input of the integrating amplifier 10, the output of which is connected by the switch 11 to the adjustable current stabilizer of the bridge 6, and a measuring galvanometer 12.

К компенсирующему усилителю 7 подключен блок 13 автоматической настройки постоянной времени, один из входов которого подключен к измерительному мосту 3, а второй - к регулируемому стабилизатору.тока моста. 6. С выходом фильтра 8 связаны осциллограф 14 и среднеквадратичный вольтметр.15. Компенсирующий усилитель состоит из четырехкаакадного балансного усилителя 16, охваченного двумя одинаковыми цепями перекрестной обратной связи, образованной Т-образными RC-цепями (R 3, R5, С^и R4, Rg, CqJ . К конденсаторам и Сд, с помощью контактов реле Р^-Р^ последовательно подключеются конденсаторы Су CjyH С4 т С^магазина емкостей в зависимости от напряжения , поступающего с блока 13 на вход магазина емкостей, содержащего компараторы 1 7 (к_л- А^ ), нагрузкой которым служат реле 18 (РуAn automatic time constant adjustment unit 13 is connected to the compensating amplifier 7, one of the inputs of which is connected to the measuring bridge 3, and the second to an adjustable stabilizer of the bridge current. 6. An oscilloscope 14 and a rms voltmeter are connected to the output of filter 8. The compensating amplifier consists of a four-stage balanced amplifier 16, covered by two identical cross feedback circuits formed by T-shaped RC circuits (R 3, R5, C ^ and R4, Rg, CqJ. To capacitors and Cd, using the contacts of the relay P ^ -P ^ the capacitors Su CjyH С4 t С ^ of the capacitance store are connected in series, depending on the voltage supplied from block 13 to the input of the capacitance store containing comparators 1 7 (k _l - A ^), the load of which is relay 18 (PN

Один из входов всех компараторов I7 подключен на выход блока 13, аOne of the inputs of all I7 comparators is connected to the output of block 13, and

877442 4 другой вход каждого подсоединен к делителям опорного напряжения Ry R_g и R_ib- R_ig .877442 4 another input of each is connected to the voltage dividers Ry R _g and R _ib - R _ig .

Автоматический электротермоанемо5 метр работает следующим образом. В исходном состоянии переключа тели 5,9 и 11, замыкающие цепь обратной связи, не замкнуты.Automatic electrothermal 5 meter works as follows. In the initial state, the switches 5.9 and 11, which close the feedback circuit, are not closed.

Поместив термодатчик 2 в заданную 10 точку исследуемого сверхзвукового изотермического стационарного, в среднем по времени потока газа, задают с помощью регулируемого стабилизатора тока моста 6 малый ток через 15 термодатчик 2, который практически не нагревает нить относительно температуры потока. При этом термодат^чик 2 работает как малоинерционный . термометр сопротивления. Сбалансиро-; го вав мост 3 по гальванометру 12, с помощью регулируемого плеча измерительного моста 3, служащего для измерения электрического сопротивления термодатчика 2, определяется сред25 няя температура торможения потока.Having placed the temperature sensor 2 at a given point 10 of the investigated supersonic isothermal stationary, gas flow, on average over time, set a small current through 15 temperature sensor 2 using an adjustable bridge current stabilizer 6, which practically does not heat the thread relative to the flow temperature. In this case, temperature sensor 2 works as low inertia. resistance thermometer. Balanced; Having mounted the bridge 3 using a galvanometer 12, using the adjustable arm of the measuring bridge 3, which serves to measure the electrical resistance of the temperature sensor 2, the average braking temperature of the flow is determined.

Флуктуации температуры торможения измеряются среднеквадратичным вольтметром 15, включенным на выходе фильтра 8, при соответствующей установ₃₀ ке компенсации постоянной времени компенсирующего усилителя 7, осуществляемого для заданного типа термодатчика, ручной настройкой блока 13 .Для измерения средних скоростей и флуктуаций массового расхода термодатчик 2 необходимо перегреть относительно средней температуры потока, поэтому после настройки на малом токе, измерительный-мост 3 искусственно разбалансируют уже с помощью плеча, служащего для установки фиксированных перегревов термодатчика 2. После этого баланс восстанавливается нагревом термодатчика путем увеличения тока через измерительный мост 3 с ⁴⁵ помощью регулируемого стабилизатора тока моста 6, и затем замыкается контур отрицательной обратной связи переключателями 9 и 1Ί. При этом интегрирующий усилитель 10 и регули⁵⁰ руемый стабилизатор тока моста 6 автоматически поддерживают средний по времени баланс напряжения в диагонали измерительного моста 3,’ не воздействуя на тепловую инерцию термо55 датчика 2 и не изменяя полосы воспроизведения частот компенсирующего усилителя 7, из-за выбора верхней границы частотной характеристики интег рирующего усилителя 10, при замкнутом контуре отрицательной обратной связи, меньше частоты, при которой усиление на нижнем спаде частотной характеристики усилителя 7 по напряжению составляет 0,707.Fluctuations stagnation temperature measured rms voltmeter 15, enabled at the output of the filter 8, corresponding to SET ₃₀ ke compensation time constant compensating amplifier 7, carried out for the given type thermode, manual setting unit 13 .For measuring mean velocities and mass flow fluctuations of the temperature sensor 2 should be relatively overheat average temperature of the flow, therefore, after setting at low current, measuring bridge 3 is artificially unbalanced already using the shoulder, which serves for setting fixed overheating of the temperature sensor 2. After that, the balance is restored by heating the temperature sensor by increasing the current through the measuring bridge 3 with ⁴⁵ using the adjustable current stabilizer of the bridge 6, and then the negative feedback loop is closed by the switches 9 and 1Ί. At the same time, the integrating amplifier 10 and the adjustable ⁵⁰ current stabilizer of the bridge 6 automatically maintain a time-average voltage balance in the diagonal of the measuring bridge 3, 'without affecting the thermal inertia of the thermo55 of sensor 2 and without changing the frequency reproduction band of the compensating amplifier 7, due to the choice of the upper the boundaries of the frequency response of the integrating amplifier 10, with a closed loop of negative feedback, is less than the frequency at which the gain at the lower decay of the frequency response of the amplifier 7 in voltage It is 0.707.

В дальнейшем при измерении либо скорости потока, либо положения термодатчика 2 в пространстве, либо перегрева, автоматическая схема балансировки измерительного моста 3, установит необходимое значение тока, а на выходе блока'13 автоматической настройки постоянной времени установится соответствующее значение напряжения, которое поступит на вход релейного сумматора и подключит необходимую емкость из магазина емкостей в цепи компенсации усилителя 7, cfreдующим образом. Когда входное напряжение (^превысит опорное напряжение компаратора 17 ( А_и он сработает и ток пройдет через обмотку реле 18 ( Р^), которое своими нормально незамкнутыми контактами подключит конденсаторы Сз и С^.Subsequently, when measuring either the flow velocity, or the position of the temperature sensor 2 in space, or overheating, the automatic balancing circuit of the measuring bridge 3 will set the required current value, and the corresponding voltage value will be set at the output of the relay input at the output of the unit'13 for automatic adjustment of the time constant adder and connect the necessary capacity from the store capacities in the compensation circuit of the amplifier 7, cfreduyu way. When the input voltage (^ exceeds the reference voltage of the comparator 17 (A _and it trips and the current passes through the relay coil 18 (P ^), which with its normally open contacts will connect the capacitors C3 and C ^.

При дальнейшем повышении входного напряжения последовательно будут срабатывать компараторы 17 (Aj), (A3) ит. д. до Ад , которые, в свою очередь, посредством реле 18 (Pj-Pg) подключают конденсаторы Сд- С^— С^у С QQ. Наконец, когда напряжение превзойдет опорное напряжение компаратора 17 (Р10)~ ϋοπ_1ο, он сработает и замкнутся контакты реле I8 (А^), подключится сопротивление Р^ и, этим самым, увеличится в 10 раз каждое из опорных напряжение компараторов 17 (А^- Ад) и одновременно отключится реле 18 (Р^- Pg)· .With a further increase in the input voltage, the comparators 17 (Aj), (A3), etc. e. to Hell, which, in turn, through the relay 18 (Pj-Pg) connect the capacitors Сд - С ^ - С ^ у С QQ. Finally, when the voltage exceeds the reference voltage of the comparator 17 (P10) ~ 1οπ _1ο , it will trip and close the contacts of the relay I8 (A ^), the resistance P ^ will be connected and, thereby, each of the reference voltage of the comparators 17 (A ^) will increase - Hell) and at the same time relay 18 (P ^ - Pg)

Дальнейший рост напряжения вновь'будет включать последовательно компараторы А у Ад . При максимальном напряжении U_0J( могут быть подключены все конденсаторы С у С^'и параллельно друг к другу.A further increase in voltage will again include the comparators A and Hell in series. At the maximum voltage U _0J (all capacitors C at C ^ 'can be connected and parallel to each other.

Claims

The invention relates to a measurement technique and can be used to measure average velocities, velocity pulsations and pressures of temperatures and their pulsations in stationary gas flows during aerohydrodynamic studies. Thermo-anemometric devices for measuring the average gas flow velocity are known, comprising a speed-to-voltage converter, a primary processing unit with an ignition repeater, two RC filters, a cyclic switch and a diode-capacitive link. The disadvantages of these devices are a large amount of manual setup of the equipment and low measurement accuracy. Closest to the present invention is an automatic Electrotherm DC anemometer containing a thermal sensor, a measuring bridge with a fixed overheating switch, a power source, a compensating amplifier, an adjustable sta- tion, a bridge current amplifier, integrators of a tracking system of a bridge current adjustment and a low filter frequencies 21. The disadvantages of the known device are low accuracy and large measurement time. The purpose of the invention is to improve accuracy and reduce measurement time. The goal is achieved by the introduction of an automatic constant-time tuning unit, whose inputs are connected to an adjustable bridge current regulator and measuring bridge, and the output is connected to a compensating amplifier equipped with a compensation circuit of time, made in the form of a double-circuit relay sum shop. capacitors connected to the output of the automatic constant-time tuning unit. FIG. 1 shows a block diagram of an automatic electro-anemometer; in fig. 2 - principle circuit: a compensating amplifier with control (from the compensation circuit of the automatic adjustment unit of fixed time); in fig. 3 is a schematic diagram of a controlled relay tank store. The automatic electrotherm anemometer contains a power source 1, a thermal sensor 2 included in measuring bridge 3, in which there are two regulating arms. 1) 1x arm: one for determining electrical resistance, the other for averaging ten fixed overheatings relative to average flow temperature; 4 rectangular pulses, connected by switch 5 to adjustable bridge current regulator 6. To the measuring diagonal of bridge 3, the input of a compensating amplifier 7 is connected with a controlled constant time compensation circuit and an output filter 8, and through switch 9 an integrating input amplifier: 10, the output of which is connected by a switch 11 to an adjustable current regulator of the bridge 6, and a measuring galvanometer 12. To the compensating amplifier 7 there is connected a unit 13 for automatic adjustment of a constant time, one and From the inputs of which is connected to the measuring bridge 3, and the second - to the adjustable stabilizer. current м.о та.6. An oscilloscope 14 and a rms voltmeter are connected to the output of the filter 8. The compensating amplifier consists of a four-pole balanced amplifier 16, covered by two identical cross-feedback circuits formed by a T-shaped RC-circuit km (Lj, Rj, Kd, Rg, Cr)). The capacitors C and CQ are connected in series with the contacts of capacitors CJ-C4 C in series in the store of bones depending on the voltage received from unit 13 to the input of the store containing comparators 1 7 (A), the load of which is relay 18 ( ) “One of the inputs of all the comparators 17 is connected to the output of block 13, and the other input of each is connected to the reference voltage and. Automatic electrothermometer works as follows. In the initial state, the switches 5.9 and 11, which close the feedback circuit, are not closed. Having placed the thermal sensor 2 at a given point of the investigated supersonic isothermal stationary gas flow, on average, with the help of an adjustable current regulator of the bridge, 6 Mally current through the thermal sensor 2, to Foriy practically does not heat the thread relative to the flow temperature. With this, thermo dat 2 works as a low inertia. resistance thermometer. By balancing bridge 3 with a galvanometer 12, using the adjustable arm of the measuring bridge 3, which serves to measure the electrical resistance of the thermal sensor 2, the average flow deceleration temperature is determined. The fluctuations of the braking temperature are measured by a rms voltmeter 15 connected at the output of the filter 8, with the appropriate setting of the compensation for the constant time of the compensating amplifier 7 carried out for a given type of temperature sensor, manual adjustment of the block 13. relative to the average temperature of the flow, so after setting on a small current, the measuring-bridge 3 is artificially unbalanced using the arm, To set fixed overheatings of the thermal sensor 2. After that, the balance is restored by heating the thermal sensor by increasing the current through the measuring bridge 3 using the adjustable current regulator of the bridge 6, and then closing the negative feedback loop with switches 9 and 11. At the same time, the integrating amplifier 10 and The adjustable bridge current stabilizer b automatically maintains the time average voltage balance in the diagonal of the measuring bridge 3, does not affect the thermal inertia of the thermal sensor 2 and does not change The playback bands of the frequency of the compensating amplifier 7, due to the choice of the upper limit of the frequency response of the integrating amplifier 10, with a closed negative feedback loop, are lower than the frequency at which the gain on the lower slope of the frequency response of the amplifier 7 is 0.707 in voltage. In the future, when measuring either the flow rate, or the position of the thermo sensor 2 in space, or overheating, the automatic balancing scheme of the measuring bridge 3 will set the required current value at the output of the block 13 of the automatic constant time setting, which will enter the input of the relay adder and connect the required capacity from the magazine of tanks in the compensation circuit of amplifier 7, dws in the following way. When the input voltage is u0) (It exceeds the reference voltage of the comparator 17 (A) -Uof. It will work and the current will pass through the winding of the relay 18 {P / I), which connects capacitors C2 and C with its normally open contacts, With a higher increase in the input voltage Comparators 17 (Aj), (A, etc. to Hell, which, in turn, connect capacitors C to the relay 18 (Pj-P)) will finally be triggered. Finally, when the voltage exceeds the reference voltage of the comparator 17 (P10) - IT works and the relay contacts 18 A close), the resistance is connected P will thereby increase by a factor of 10 each of the reference voltages of the comparators 17 (A.- Hell) and simultaneously turn off the relay 18 (Rd). . . 426 A further increase in the voltage Ujx will continue to turn on the hell comparators. At maximum voltage Ug, all capacitors C a-Cl7 can be connected in parallel to each other. Claims of the invention Automatic electro-thermo-anode-. a DC meter, comprising a thermal sensor, a measuring bridge with a fixed overheat switch, a power source, a compensating amplifier, an adjustable bridge current regulator, an integrating amplifier of a tracking bridge current control system, and a low-pass filter, which in order to improve the accuracy and reduction of the measurement time, an automatic unit for setting a constant time is entered into it, the inputs of which are connected to an adjustable current stabilizer of the bridge and a measuring bridge, and the output is connected to compensates amplifier chain snabzhennm compensation time constant formed as a double-circuit relay summing store containers -compound to the output of the automatic adjustment of the time constant. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate No. 399784, cl. G 01 P 5/06, 1973.

2. Authors certificate of the USSR 526828, cl. S 01 P 5/12, 1976 (protype).