Устройство для одновременного измерения температуры и скорости потоков

Устройство для одновременного измерения температуры и скорости потоков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры и скорости потоков термоанемометрическими методами. Изобретение позволяет повысить точность, надежность и помехоустойчивость измерений в диапазоне температуры потока 0 - 100°С. Процесс измерения в устройстве осуществляется за два полупериода. Изменение температуры потока приводит к соответствующему изменению напряжения на выходе блока 3 измерения температуры. При увеличении скорости потока, обтекающего термочувствительные элементы, увеличивается теплоотдача, что приводит к увеличению мощности нагрева термочувствительного элемента 1 без изменения его температуры. Увеличение мощности нагрева приводит к увеличению напряжения на выходе дифференциального усилителя 7, а на выходе дифференциального усилителя 8 появляется сигнал, величина которого соответствует скорости потока. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„,80„„1569719 (51)5 G 01 P 5/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4373645/24-10

I (22) 01 ° 02.88 (46) 07.06.90. Бюл. № 21 ,(71) Институт радиофизики и электроники АН АрмССР

:(72) P.À.Ñèìîíÿí и Д.Э.Торикян (53) 535.6.08(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1140045, кл, G 01 P 5/12, 1983.

Авторское свидетельство СССР

¹ 584252, кл, G 01 P 5/12, !977.

;(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОДНОВРЕМЕННОГО .ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И СКОРОСТИ ПОТОКОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры и скорости потоков термоанемометрическими .методами. Изобретение позволяет повысить точность; надежность и поме2 хоустойчивость измерений в диапазоо„ не температуры потока 0-100 С. Процесс,измерения в устройстве осуществляется эа два полупериода. Изменение температуры потока приводит к соответствующему изменению напряжения на выходе блока 3 измерения температуры, При увеличении скорости потока, обтекающего термочувствительные элементы, увеличивается теплоотдача, что приводит к увеличению мощности нагрева термочувствительного элемента 1 без изменения его температуры. Увеличение мощности нагрева приводит к увеличению напряжения на выходе дифференциального усилителя 7 ° а на выходе дифференциального усили- 9 теля 8 появляется сигнал„ величина которого соответствует скорости потока, 1 з.п, ф-лы, 1 ил. С::

15697) 9

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры и скорости потоков термоанемометрическими методами, Цель изобретения — повьппение точности, надежности и помехоустойчивости измерений„

На чертеже приведена функциональная схема устройства для одновремен ного измерения температуры и скорости потоков.

В схему входят первый 1 и второй 2 термочувствительные элементы (ТЧЭ), блоки 3 и 4 измерения температуры (БИТ), источники 5 и 6 напряжения (ИН), дифференциальные усилители (ДУ)

7 и 8, генератор 9 опорного напряжения (ГОН), генератор 10 тока (ГТ), 20 усилитель 11 тока (УТ), полевыв транзисторы 12 и 13, диод 14, резисторы

15-18 и переменный резистор 19, при этом БИТ 3 содержит два преобразователя 20 и 21 напряжение — ток (ПНТ), 25 дифференциальный усилитель (УД) 22,,синхронный фильтр 23 с синхронным детектором (СФСД), фильтр 24 низких частот (ФНЧ), полевые транзисторы 25 и 26, постоянный 27 и переменный 28 резисторы, одну выходную клемму 29 и четыре входных клеммы 30-33. БИТ 4 содержит два преобразователя 34 и 35 напряжение — ток (ПНТ), дифференциальный усилитель (ДУ) 36, синхронный фильтр 37 с синхронным детектором (СФСД), фильтр 38 нижних частот (ФНЧ), полевые транзисторы 39 и 40, постоянный 41 и переменный 42 резисторы, од ну выходную клемму 43 и четыре входных клеммы 44-47, Устройство работает следующим образом, ТЧЭ 1 и 2 помещаются в измеряеьплй поток жидкости или газа, PH 5 задает выходной ток (ПНТ 20, 21, 34 и 35), т,е. ток через р-и-переход ТЧЭ 2, переход база — змиттер ТЧЭ I а также через резисторы 27, 28 и 41, 42. ГОН

9 выдает на выходах два противофазных напряжения со скважностью два

50 для управления ключами на полевых транзисторах 12, 13, 25„ 26, 39 и 40, а также для управления ключами СФСД

23 и 37.

В первом полупериоде работы полевые транзисторы 25, 26, 39 и 40 закрыты, а транзисторы 12 и 13 открыты. Тогда высокостабильный ток протекает от ПНТ

20 через . р-п-переход ТЧЭ 2 и переход база — эмиттер ТЧЭ l и смещает их в прямом направлении. Создается также соответствующее высокостабильное смещение на резисторах 27, 28 и 41, 42.

На одном входе ДУ 22 имеется прямосмещенное напряжение р-и-перехода ТЧЭ 2, а на втором входе. — сумма напряжений на резисторах 27 и 28. На выходе ДУ

22 получается раэностное значение этих напряжений прямоугольной формы. После

СФСД 23 и ФНЧ 24 формируется отфильтрованное, выпрямленное напряжение по- стоянного тока БИТ 3. ФНЧ 24 снимает коммутационные помехи электронных ключей СФСД 23, На одном входе ДУ.36 БИТ

4 - сумма напряжений резистора 18 и прямосмещенного перехода база — эмиттер ТЧЭ l, на втором — сумма напряже- ний на резисторах 41 и 42. На выходе

ДУ 36 получается разностное значение этих напряжений прямоугольной формы, После СФСД 37 и ФНЧ 38 получается отфильтрованное и выпрямленное напряжение постоянного тока. В то же время на входе УТ 11 напряжение почти нулевое (ключ на полосовом фильтре 13 открыт, а коллектор ТЧЭ 1 соединен с общим проводом через открытый полосовой фильтр 12. Диод 14 смещен в о6ратном направлении и через него ток не проходит.

Во втором полупериоде работы полевые транзисторы 25, 26, 39 и 40 открыты, а полевые транзисторы 12 и 13 за" крыты. На одном входе ДУ 7 имеется напряжение с выхода БИТ 4, пропорциональное температуре ТЧЭ 1, а на втором — сумма напряжений на резисторе

19 и выходе БИТ 3, которая определяется величиной стабильного тока ГТ 10 и сопротивлениемреэистора 19. Выходное напряжение ДУ 7 усиливается с помощью

УТ 11 и подается к коллектору ТЧЭ l через резистор 16, а с коллекторабазе через цепочку резисторов 17 и прямосмещенный диод 14. Через переход база — коллектор ТЧЭ 1 проходит ток и кристалл нагревается до установленного значения температуры. Резисторы 15 и 16 установлены для предотвращения замыкания выходов ДУ 7 и УТ 11 на общий провод через открытые полосовые фильтры 12 и 13, а резистор 17 ограничивает ток через ТЧЭ

1. Резистор 18 предотвращает короткое замыкание базы ТЧЭ 1 открытым транзистором 39. Резистором 19 уста5 1569719 6 навливается величина разности темпе-- 1, а на выходе ДУ 8 — напряжение, опратур потока и кристалла ТЧЭ 1. ределяющее скорость потока, Таким образом,в одном полупериоде Для калибровки устройства затворы через р-и-переход ТЧЭ 2 и переход полосовых фильтров 12 и 13 соединяютбаэа — эмиттер ТЧЭ проходит высоко- ся с общнм проводом и транзисторы стабильный ток измерения температур отпираются. Выход ДУ 7 соединяется потока, во втором через ТЧЗ 2 ток не с общим проводом через резистор 15 проходит, а через ТЧЭ 1 проходит ток и открытый полосовой фильтр 13 а выt для обеспечения необходимой темпера- lp ход УТ 11 — с общим проводом через туры кристалла ТЧЗ 1, определяемый резистор 16 и открытый полосовой суммарной величиной напряжений фильтр 12, Патрубок с ТЧЭ 1 и 2 пона выходе БИТ 3 и резистора 19, Ре- мещается в среду, имеющую нулевую гулировкой величины сопротивления температуру, Полевые транзисторы 25, резистора 1 9, начиная с нуля, уста- 5 26, 39 и 40 модулируют токи через навливается перегрев, следящий за тем- р-и-переход ТЧЭ 2, переход база-эмитпературой потока от нуля до требуе- тер ТЧЭ 1, а также через опорные резисмой величины. Любые изменения темпе- торы 27, 28, 41 и 42. Резисторами 28 ратуры потока приводят к соответ- и 42 устанавливаются выходные напряствующему изменению напряжения на вы- 20 жения БИТ 3 и 4, равные нулю. После ходе БИТ 3 (клемма 29), эти изменения этого патрубок помещается в среду с в конечном счете приводят к соответ- известной температурой и изменением ствующему изменению температуры ТЧЭ усиления ДУ 22 и 36 (резисторы уста1, которое приводит к постоянству новления усиления не показаны) усразности температур потока и ТЧЭ 1, 25 танавливаются напряжения на выходах

При нулевой величине сопротивления БИТ 3 и 4 до соответствующей величирезистора 19 на входе ДУ 7 имеется ны, например по показанию вольтметнулевое напряжение, так как БИТ 3 и 4 ра постоянного тока, подключенного имеют идентичную структуру и коэффи- к клеммам 29 и 43. После этого затвоциенты передачи, а датчики находятся 30 рь nozrocoabm фильтров в одинаковых температурных режимах. няются с одним из выходов ГОН 9, а

На выходах ДУ 7 и УТ ll напряжение при нулевой скорости потока изменениотсутствует и ТЧЭ 1 не нагревается. ем напряжения ИН 6 устанавливается нуТаким образом, на выходе БИТ 3 левое напряжение на выходе ДУ 8. Соэимеется напряжение, пропорциональное 35 дается поток с известной скоростью и температуре потока, а на выходе БИТ резистором 19,устанавливается необ4 — напряжение, пропорциональное ходимая разность температур потока и температуре кристалла ТЧЭ 1, Величи- ТЧЭ 1. на температурной разности определяет- Датчик обеспечивает точность устася напряжениями на выходе БИТ 3 и .40 новления и слежения температурной разрезисторе 19. Выходное напряжение ности т О,I С при измерении темпераИН 6 регулируется так, что при нуле- туры в диапазоне потока 0-1 00 С. вой величине скорости потока на выходе ДУ 8 налряжение отсутствует. При Формула изобретения увеличении скорости потока, обтекающего ТЧЭ 2 и 1, увеличивается тепло- 1. Устройство для одновременного отдача, что приводит к увеличению мощ- измерения температуры и скорости потоности нагрева ТЧЭ 1 без изменения его ков, содержащее два термочувствитель температуры, Увеличение мощности при- ных элемента в виде р-п-переходов, водит к увеличению напряжения на вы- 5р включенных в прямом направлении при? ходе ДУ 7, а на выходе ДУ 8 появля- чем один из них является датчиком, а ется сигнал, по величине которого другой — термокомпенсатором, первый определяется скорость потока, источник напряжения первый вто рои, Оба блока измерения температуры ра- третий и четвертый резисторы„ о т л иотают независимо один ат другого. 55 ч а ю щ е е с я тем, что, с целью и, если на выходе БИТ 3 — температура повьппения точности, надежности и попотока, то одновременно на выходе . мехоустойчивости измерений, в него

БИТ 4 - и и а ряжение, пропорциональное введены первый и второй блоки изметемпературе нагретого кристалла ТЧЭ рения температуры, первый и второй по15б9719

Составитель В.Ярыч

Техред N.Äèäûê

Редактор И.01улла

Корректор Л,Патай

Заказ 1444 Тираж 451 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101 левые транзисторы, первый и второй дифференциальные усилители, усилитЕль тока, диод, переменный резистор, второй источник напряжения, генератор тока и генератор опорного напряжения, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первым и вторым входам первого и второго блоков измерения температуры, второй выход генератора опорного напряжения подключен к затворам первого и второго полевых транзисторов, истоки которых соединены с общей шиной, выход усилителя т ока через пер-вый резистор объединен со стоком перного полевого транзистора и через

Последовательно соединенные второй резистор, диод, третий резистор под ключен к третьемувходу второго блока измерения температуры, выход которого соединен через первый дифференциальный усилитель и четвертый резистор с входом усилителя тока и стоком второго полевого транзистора, первый 25 источник напряжения подключен к первому входу второго дифференцйального усилителя, второй вход которого соединен с выходом первого дифференциального усилителя, второй вход ко- 30 торого соединен с выходом генерато ра тока ичереэ переменный резистор соединен с выходомпервого блока измерения температуры, третий вход которого подключен к второму термочувствительму элементу, первый термочувствительный элемент первым выводом подключен к катоцу диода, вторым выводом— к стоку первого полевого транзистора, а третьим выводом — к общей шине, вы" ход второго источника напряжения подключен к четвертым входам первого и второго блоков измерения температуры соответственно, выход второго дифференциального усилителя подключен к выходу устройства.

2. Устройство по п. 1, о т л и— ч а ю щ. е е с я тем, что. блок. измерения температуры содержит последовательно соединенные фильтр низких частот, синхронный фильтр с синхронным детектором, дифференциальный усилитель и сток первого полевого транзистора, исток которого соединен с общей шиной, а затвор объединен с затвором второго полевого транзистора и подключен к первому вхоцу блока измерения температуры и второму входу синхронного фильтра с синхронным детектором, третий вход которого соединен с вторым входом блока измерений температуры, третий вход которого подключен к первому входу дифференциального усилителя и выходу первого преобразователя напряжение — ток, вход которого подключен к четвертому входу блока измерителя температуры и входу второго преобразователя напряжение— ток, выход которого подключен к второму входу дифференциального усилителя и соединен с общей шиной через последовательно соединенные резистор и переменный резистор и через сток-исток второго полевого транзистора, выход ,фильтра низких частот соединен с вы ходом блока измерения температуры.