SU991308A1

SU991308A1 - Flow speed measuring method

Info

Publication number: SU991308A1
Application number: SU813272982A
Authority: SU
Inventors: Владимир Сергеевич Емельянов
Original assignee: Ордена Ленина Институт Проблем Управления
Priority date: 1981-04-14
Filing date: 1981-04-14
Publication date: 1983-01-23

Description

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ПОТОКА(54) METHOD FOR MEASURING FLOW RATE

Изобретение относитс к области измерений параметров движени текучих сред с использованием тепловых средств.The invention relates to the field of measurement of the parameters of the movement of fluids using thermal means.

Известен способ измерени скорости потока текучей среды, заключающийс в том, что в поток помещают термочувствительный элемент, который нелрерывно греют, поддержива посто нное значение затрачиваемой на нагрев мощности, изкюр ют температуру термочувствительного элемента и по ее значению суд т о скорости потока текучей среды Cl .A known method for measuring the flow rate of a fluid is that a temperature-sensitive element is placed in the flow, which is continuously heated, maintaining a constant value of the power expended on heating, the temperature of the temperature-sensitive element is erased and the value of the fluid flow Cl is judged by its value.

Недостатками этого способа вл ютс значительна нелинейность зависимости температуры термочувствительного элемента от скорости потока ере ды, больша погрешность измерени скорости потока, обусловленна неоднозначной зависимостью температуры нагретого термочувствительного злег мента от измер емой скорости и других , неизмер емых, параметров текучей среды, а также ограниченный диапазон измерени скорости потока, обусловленный тем, что при значительном увеличении скорости потока падает чувствительность термоэлемента, а при малых скорост х падает точностьThe disadvantages of this method are the significant non-linearity of the temperature dependence of the temperature-sensitive element on the flow rate of overflow, the large measurement error of the flow velocity due to the ambiguous dependence of the temperature of the heated temperature-sensitive element on the measured speed and other non-measurable fluid parameters, as well as the limited measurement range flow rate, due to the fact that with a significant increase in the flow rate, the sensitivity of the thermoelement decreases, and at m mated speeds falls accuracy

из-за вли ни свободной конвекции среды.due to the influence of free convection of the medium.

Известен также способ измерени скорости потока, заключающийс в том, что чувствительный элемент привод т в колебательное движение вдоль потока и контролируют энергию взаимодействи чувствительного элемента с потоком среды, при этом как амплитуда, так и частота колебаний посто нны, а при каждом движении чувствительного элемента - термоанемометра - по направлению и против направлени потока регистрируют средние по времени значени теплоотдачи. Дл каждого периода колебаний вычисл ют разность средних значений теплоотдачи, по которой и суд т о скорости потока текучей среды 23.There is also known a method for measuring the flow rate, in which the sensing element is oscillatory movement along the flow and controls the energy of the interaction of the sensitive element with the medium flow, while both the amplitude and oscillation frequency are constant, and with each movement of the sensitive element thermo-anemometer — the time-averaged values of heat transfer are recorded in the direction and against the direction of the flow. For each oscillation period, the difference between the average heat transfer values is calculated, by which the velocity of the fluid flow 23 is judged.

Этот способ дает возможность измерени малых скоростей потока (+20 см/с) однако погрешность измерени при этом все же велика и по данным фирмы Диза электроник достигает ±5%. Это обуславливаетс тем, что на средние значени теплоотдачи, измер емые термоанемометрами, вли ет как температура своего теплового следа в потоке , так и температура и теплопроводность самой измер емой среды. ;едостатком способа вл етс такж узкий рабочий диапазон измерени , что обуслааливаетс переменной чув1 ствительностью термоанемометров по диапазону измерени и нарушением справедливости параболичного закона по которому аппроксимируют функцию преобразовани анемометра за предел ми диапазона- измерени ±20 см/с. Цель изобретени - повышение точ ности и расширение диапазона измере НИН за счет инвариантности к парамет рам текучей среды и получени линей ной зависимости между входной и выходной величинами. Поставленна цель достигаетс тем что регулируют параметры колебаний чувствительного элемента до получени экстремума энергии взаимодействи при движении чувствительного §лемента по потоку, при этом скорость пото ка определ ют по значени м мгновенной скорости чувствительного элемента , измеренной в моменты времени, соответствующие экстремумам. Этот способ основан на том, что теплоотдача приведенного в движение нагретого Термочувствительного элемента только в том случае минимальна в потоке текучей среды, когда скорос ти термочувствительного элемента и потока равны и одинаково направлены Суть способа заключаетс внепрерывном изменении скорости движени .термочувствительного элемента так, чтобы его теплоотдача поддерживалась на минимальном уровне, а примен емым при этом прибором - термоанемометром - только контролируют факт доведени теплоотдачи термочувствительного элемента до минимального уровн Линейность зависимости между скоростью потока текучей среды и скоростью движени в ней термочувствительного элемента, обусловливающа широкий диапазон измерени скорости потока, объ сн етс тем, что предлагАемый способ имеет те же свойства, что и методы измерени , основанные на принципе уравновешивани однородных величин, одна из которых вл етс измер емой, а друга - регулируемой достаточно точно известной мерой . Сообщаемое термочувствительному элементу движение может быть осущест влено по различным периодическим законам , одним из которых, достаточно просто реализуемых, вл етс закон пр молинейных гармонических колебаний . Измерение скорости движени тер мочувствительного элемента, по значению которой суд т о скорости потока , в этом случае возможно осуществить или непосредственно, например, с использованием индукционного или электростатического принципов, или косвенно - по частоте колебаний при стабилизированной их амплитуде или по амплитуде при стабилизированной их частоте. На чертеже показана блок-схема одного из устройств, реализующих способ. Устройство содержит термоанемометр 1, термочувствительный элемент 2, электромеханический преобразователь 3, экстремальный регул тор 4, датчик 5 скорости и блок б регистрации . Термочувствительный элемент 2 жестко св зан с электромеханическим преобразователем 3 и подключен к термоанемометру 1. Выход термоанемометра 1 соединен с входом экстремального регул тора 4, который имеет два выхода. Первый из них - регулирующий - соединен с входом электромеханического преобразовател 3, а второй - стробирующий - соединен с управл ющим входом блока б регистрации , сигнальный вход которого подключен к выходу датчика 5. скорости. Устройство работает следующим образом . Экстремальный регул тор 4 возбуждает механические колебани в электромеханическом преобразователе 3,который передает их нагретому термочувствительному элементу 2. Теплоотдача элемента 2 в этом случае зависит не только от скорости, температуры , теплопроводности и других параметров потока, но и от скорости колебательного движени самого термочувствительного элемента 2. Поскольку колебани элемента 2 направлены вдоль потока, то значени сигнала, поступающего на вход экстремального регул тора 4 с выхода термоанемометра 1, в одни полупериоды колебаний соответствуют движению элемента 2 по потоку, а в другие против . Экстремальный регул тор 4 воспринимает сигнал от термоанемометра только в те полупериоды, которые соответствуют движению элемента 2 по потоку, при этом он измен ет значение скорости движени термочувствительного элемента 2 так, чтббы этот сигнал прин л экстремальное значение , что соответствует минимальной теплоотдаче термочувствительного элемента при равенстве скоростей потока и термочувствительного элемента. В момент, когда это достигнуто, экстремальный регул тор 4 выдает на управл ющий ВХОД блока б регистрсщии импульс, фиксирующий на выходе этого блока мгновенное значение сигнала датчика 5 скорости. После прохождени точки экстремума в устройстве устанавливаетс автоколебательный режим (режим Рыскание).- вокруг точки экстремума, и скорость потока определ ют по зарегистрированным в блокеThis method makes it possible to measure low flow rates (+20 cm / s), however, the measurement error is still high and, according to Diza Electronics, reaches ± 5%. This is due to the fact that the average heat transfer values measured by thermoanemometers are influenced both by the temperature of its thermal wake in the stream, and the temperature and thermal conductivity of the medium itself. The method also has a narrow working measurement range, which is caused by the variable sensitivity of the thermoanemometers over the measurement range and a violation of the parabolic law which approximates the conversion function of the anemometer beyond the measuring range of ± 20 cm / s. The purpose of the invention is to improve the accuracy and expand the range of measuring NIN due to the invariance to the parameters of the fluid and obtain a linear relationship between the input and output values. The goal is achieved by adjusting the vibration parameters of the sensitive element to the extremum of the interaction energy when the sensitive element moves along the flow, and the flow rate is determined by the instantaneous speed of the sensitive element measured at the time points corresponding to the extremes. This method is based on the fact that the heat transfer of a heated Thermal Sensitive element set in motion is only minimal in a fluid flow when the speeds of the sensitive element and the flow are equal and equally directed. The essence of the method is to continuously vary the speed of movement of the heat sensitive element so that its heat transfer maintained at the minimum level, and the thermoanemometer used with this device only controls the fact that the heat transfer of the heat-sensitive electric to the minimum level. The linearity of the relationship between the flow rate of a fluid and the speed of movement of a thermosensitive element in it, causing a wide range of flow velocity measurements, is due to the fact that the proposed method has the same properties as the measurement methods based on the principle of balancing homogeneous quantities. , one of which is measurable, and the other is an adjustable measure with a sufficiently well-known measure. The movement imparted to a thermosensitive element can be carried out according to various periodic laws, one of which, simply realized, is the law of linear harmonic oscillations. Measurement of the speed of movement of the sensitive element according to the value of which is judged on the flow rate, in this case it is possible to carry out either directly, for example, using induction or electrostatic principles, or indirectly by the frequency of oscillations with their amplitude stabilized or in amplitude with their frequency stabilized . The drawing shows a block diagram of one of the devices that implement the method. The device contains a thermo-anemometer 1, a temperature-sensitive element 2, an electromechanical transducer 3, an extreme controller 4, a speed sensor 5 and a recording unit b. The thermosensitive element 2 is rigidly connected with the electromechanical transducer 3 and connected to the thermal anemometer 1. The output of the thermal anemometer 1 is connected to the input of the extremal regulator 4, which has two outputs. The first one - the regulating one - is connected to the input of the electromechanical converter 3, and the second one - the strobe - is connected to the control input of the recording unit b, the signal input of which is connected to the output of the speed sensor 5.. The device works as follows. The extreme regulator 4 excites mechanical vibrations in the electromechanical converter 3, which transfers them to the heated temperature sensitive element 2. The heat transfer from element 2 in this case depends not only on speed, temperature, thermal conductivity and other flow parameters, but also on the speed of oscillatory movement of the temperature sensitive element 2 itself Since the oscillations of element 2 are directed along the flow, the values of the signal arriving at the input of the extremal regulator 4 from the output of the thermoanemometer 1 are in one half periods of oscillations correspond to the flow of element 2 in the flow, and in the other against. The extreme regulator 4 only receives the signal from the hot-wire anemometer during the half-periods that correspond to the flow of element 2, while it changes the speed of movement of the thermosensitive element 2 so that this signal will take an extreme value, which corresponds to the minimum heat transfer from the thermally sensitive element when the flow rates and temperature-sensitive element. At the moment when this is achieved, the extreme controller 4 outputs to the control INPUT of block b a register pulse, which fixes the instantaneous value of the speed sensor 5 signal at the output of this block. After passing the extremum point in the device, a self-oscillatory mode is set (Yaw mode) .- around the extremum point, and the flow velocity is determined by the ones registered in the block

Claims

Claim

The method of measuring the flow velocity, namely, that the sensitive element is brought into oscillatory motion along the flow and control the energy of their interaction, characterized in that, in order to increase the accuracy and expand the measuring range, they control the vibration parameters of the sensitive element to obtain the interaction energy extreme the movement of the sensing element in the flow, while the flow rate is determined by the values of the instantaneous velocity of the sensing element, measured at time instants, sponds to extremes.