Способ динамический градуировки датчиков термоанемометров и устройство для его осуществления

Способ динамический градуировки датчиков термоанемометров и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобрете ние относится к измерительной технике и метрологии и может быть использовано для динамической градуировки термоанемометров в газовом потоке. С помощью источников 1 звуковых волн в противоточной камере 6 замкнутой аэродинамической трубы (импеданс-трубе) создается бегущая звуковая волна. Это приводит к возникновению в потоке на фоне средней скорости гармонических пульсаций скорости, которые воздействуют на градуируемый датчик 14 термоанемометра 15. Пульсации скорости вычисляются с помощью блока 17, вычисления плотности и скорости звука на который подаются сигналы с датчиков 16 температуры, давления, влажности. Интегратор 24 и устройство 23 центрирования выделяют из выходного сигнала термоанемометра 15 соответственно постоянную и пульсационную составляющие , и регистрирующий блок 26 автоматически строит амплитудно-частотную характеристику термоанемометра, 2 ил. Ё Оч N5 о 2 ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s 6 01 Р 5/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф

° а Ф (21) 4309798/10, 4309799/10 (22) 17.08.87 (46) 15.01.91. Бюл. hh 2 (71) Донецкий государственный университет (72) П.И.Савостенко, E.Í. Сендецкий и

С.Н. Максютен ко (53) 532.574(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1173321, кл. G 01 P 21/00, 1984.

Авторское свидетельство СССР

N. 1249465, кл. G 01 P 5/12, G Oi Р 21/00, 1981. (54) СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОЙ ГРАДУИРО В КИ ДАТЧ И КО В ТЕ РМОАН ЕМ ОМ ЕТPOB И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и метрологии и может быть использовано для динамической градуировки.

»5U 1б26942 А1 термсанемометров в газовом потоке. С помощью источников 1 звуковых волн в противоточной камере 6 замкнутой аэродинамической трубы (импеданс-трубе) создается бегущая звуковая волна. Это приводит к возникновению в потоке на фоне средней скорости гармонических пульсаций скорости, которые воздействуют на градуируемый датчик 14 термоанемометра 15.

Пульсации скорости вычисляются с помощью блока 17, вычисления плотности и скорости звука на который подаются сигналы с датчиков 16 температуры, давления, влажности. Интегратор 24 и устройство 23 центрирования выделяют из выходного сигнала термоанемометра 15 соответственно постоянную и пульсационную составляющие, и регистрирующий блок 26 автоматически строит амплитудно-частотную характеристику термоанемометра, 2 ил.

1620942

Изобретение относится к измерительной технике и метрологии и может быть использовано для динамической градуировки термоа немометров.

Цель изобретения — снижение погрешностей и расширение рабочего диапазона градуировки.

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 — диаграмма его работы.

Сущность способа заключается в том, что в замкнутом по входу и выходу контуре аэродинамической отрубы (импеданс-трубы) путем синфазного сложения нескольких звуковых волн на входе аэродинамической трубы возбуждают бегущую волну, измеряют амплитуду звукового давления, температуру, давление и влажность газа. Затем определяют амплитуду скорости V>f(f ) для заданной частоты колебаний по формуле

V<> (f> )— где P (f)) — суммарная амплитуда звукового давления;

f — частота колебаний; р(Р1Т1p),с (P> Т1 ф) -соответственно плотность и скорость звука как функций от давления р, температуры Т, влажности р газа.

На схеме устройства (фиг. 1) обозначены несколько источников 1 звуковых колебаний., несколько конических рупоров 2, рабочий участок 3 аэродинамической трубы в виде проточного канала импеданс-трубы, устройство 4 для создания потока воздуха, акустический сумматор (согласующее устройство) 5, катеноидальный рупор 6, заглушенная камера 7, осевой вентилятор 8, задатчик 9 скорости потока, датчик 10 звукового давления, измеритель 11 звукового давления, датчик 12 средней скорости (трубка Пито), измеритель 13 средней скорости потока, датчик 14 термоанемометра, электронный блок 15 термоанемометра, датчики

16 давления, влажности и температуры (условно совмещены), блок 17 вычисления плотности и скорости звука, генератор 18 гармонических колебаний, усилитель 19 мощности, блок 20 вычислений амплитуды пульсаций скорости, синхронизатор 21, блок 22 линеаризации, блок 23 центрирования, интегратор 24, блок 25 определения верхней граничной частоты, регистрирую, щий блок 26, при этом градуируемый датчик установлен в рабочем участке 3 аэродинамической трубы, причем в этом же сечении заподлицо со стенкой отрубы закреплен датчик 10 звукового давления. Акустическое со40 верхней граничной частоты подключен к одному из входов регистрирующего блока 26.

Способ осуществляют следующим образом.

В рабочий участок 3 аэродинамической

45 трубы в центр сечения, где заподлицо со стенкой закреплен датчик 10 звукового давления, помещают градуируемый датчик 14, термоанемометра и создают воздушный поток. Создание потока и его дополнительная

50 перестройка по программе градуировки происходят следующим образом. Задатчик

9 скорости потока, включаемый пускателем

"Пуск", производит перестройку потока в рабочем участке 3 на значение средней скорости потока Vi из набора дискретных значений в заданном диапазоне (Чып, V X) и включает перестраиваемый генератор 18 гармонических колебаний, а также с помощью осевого вентилятора 8 поддерживает в течение заданного промежутка 10

35 гласование рабочего участка 3 трубы, что необходимо для создания бегущей волны, осуществляется с одной стороны при помощи рупора 2 и акустического сумматора 5, а с другой — с помощью катеноидального рупора 6 и заглушенной камеры 7. Задатчик 9 скорости соединен с управляемым двигателем осевого вентилятора 8. Через задатчик

9 осуществляется обратная связь с генератором 18 гармонических колебаний. Генератор 18 соединен через усилитель 19 мощности с источником 1 звуковых колебаний, а также через синхронизатор 21 с регистрирующим блоком 26. Измеритель 13 средней скорости потока с трубкой Пито 12 в качестве датчика подключен к регистрирующему блоку 26 и задатчику 9 скорости.

Измеритель 11 звукового давления, к которому подключен его датчик 10, соединен с компрессионным входом генератора 18 и с блоком 20 вычисления амплитуды пульсаций скорости, На два других входа блока 20 пода1отся сигналы с блока 17 вычисления плотности и скорости звука, соединенного, в свою очередь, датчиками 16 температуры, давления и влажности, Выход блока 20 подключен к одному из входов регистрирующего блока 26 и блоку 25 определения верхней граничной частоты.

К входу блока 15 термоанемометра подключен датчик 14 термоанемометра, а выход блока 15 соединен через блок 22 линеаризации блоком 23 центрирования и интегратором 24, причем один иэ выходов интегратора 24 подключен к блоку 23 центрирования. Блок 23 одним из своих выходов, как и интегратор 24, соединен с одним из входов регистрирующего блока 26, Второй выход блока 23 через блок 25 определения

1620942 времени М; необходимого для проведения измерений, скорость Vl = const, Зэ время

Л tlисточники 1 звуковыхколебаний,управляемые генератором 18 гармонических колебаний, через усилитель 19 мощности перестраивают частоту излучаемого звукового сигнала f плавно или дискретно в эадаННОМ диаПЭЗОНЕ (fmlni fmax). С ПомащЬЮ датчика 10 звукового давления и его измерителя 11 определяют величину получаемого таким образом звукового давления Р, уровень которого поддерживается постоянным в течение времени Л tl посредством компрессивной связи измерителя 11 звукового давления с генератором 18. Блок 17 вычисления плотности и скорости звука преобразует сигналы, полученные с датчиков 16 давления, температуры и влажности, в аналоговые в данном варианте напряжения

Чо и U е в соответствии с выражениями:

UP= Р Р.К1 Т +Р Р" Рн.п

Uc = Кс С -Y КЭ.Т (1 + К1 — ), 1

P где К1, Кэ, К4 — постоянные для заданных условий коэффициенты;

Кг — коэффициент сжимаемасти газов; р- относительная влажность газа;

+.п,Рн.п. — плотность и давление насыщенного газа при температуре Т;

I — - упру ость водяного пара;

К р, К с -коэффициенты пропорциональности.

Аналоговые напряжения Up. U р U< в блоке 20 преобразуются согласно выражению

v,=к

U ор.u„ где К вЂ” коэффициент пропорциональности., Полученная таким образом величина VJ регистрируется блоком 26. Градуируемый датчик 14, следовательно, обдувается потоком газа со средней скоростью Vl, на которую накладываются пульсирующие колебания У2, вызываемые бегущей звуковой волной, поэтому на его выходе появляl ется сигнал 0 YA = Ul + Uij (fi), который подается на блок 23 центрирования, в котором выделяется сигнал Uli (f) пульсационной составляющей скорости, обусловленной наличием звукового поля

P (fi), а также подается»а интегратор 24, в котором выделяется сигнал постоянной составляющей скорости Ul, поступающий на регистрирующий блок 26. Сигнал Uli поступает с блока 23 центрирования непосредственно на блок 26 и блок 25 определения верхней граничной частоты термаанемаметра, в катарам в течение времени развертки частоты Л tl сравнивается со значением амI плитуды пульсации скорости Vi, получэе5 мым с блока 20, и когда разность этих r

I величин 1 = К - Vj - Ц в лагарифмическом масштабе достигает 3 дБ, т.е. когда частота перестройки f генератора 18 достигает значения верхней граничной частоты frp, с вы10 хода блока 25 на блок 26 подается сигнал, в результате чего в регистрирующем блоке 26 фиксируется значение frp (фиг. 2).

На фиг, 2 приведены результаты градуировки, проведенной на предлагаемом уст15 ройстве, для термоанемометра постоянного

СОПООТИВЛЕНИЯ, ГДЕ f1rp, fPrp, f3rp ВЕРХНИЕ граничные частоты для соответствующих

«средних скоростей У1=0 м! с, У2 =30 м/с, V3 =- 70 м/с, Нэ шлейфаграмме первого ка20 нала самописца отображены величины средней скорости потока, поддерживаемые постоя.-1ными в течение времени Л 1. На шлейфаграмме второго канала показана зависимость аыхаднаго сигнала термоанемо25 метра от частоты и величины верхней граничной частоты термаанемометра на уровне — 3 дБ ат значения вь хаднаго сигнала теРмаанемаметРа ПРи частоте fmlr. По оси абсцисс шлейфаграмм отложена теку30 щее время перестройки частоты или сама частота перестройки генератора.

Формула изобретения

1. Способ динамической градуиравки датчиков термоанемаметрав, заключаю35 щийся в там, что датчик термаанемометра располагают в импеданс-трубе, через которую осуществляют с заданной скоростью поток газа и одновременно возбуждают звуковую волну, измеряют амплитуду пульса40 ций давления в звуковой волне, па которой определяют амплитуду пульсаций скорости для заданной частоты колебаний, измеряют выходной сигнал термоанемометра и по значениям амплитуды пульсаций скорости и

45 выходному сигналу термаанемаметра при различных значениях частоты колебаний определяют амплитудно-частотную характеристику градуируемага термаэнемаметра, отличающийся тем, чта, с целью

50 снижения погрешностей и расширения рабочего диапазона грэдуировки, звуковую волну возбуждают в замкнутом па входу и выходу контуре импеданс-трубы путем синфазного сложения нескольких звуковых

55 волн на входе импеданс-трубы, дополнительно измеряют температуру, давление и влажность газа в импеданс-трубе, а амплитуду пульсаций скорости Ц1 (fi) для частоты колебаний fj апределя ат па формуле

»! (f! )

Р где Р (f!) — суммарная амплитуда звукового давления; р(Р Т1p).ñ (Р Т> р) — соответственно плотность и скорость звука как функции от давления Р, температуры Т и влажности р газа.

Составитель Ю,Власов

Техред M,Моргентал Корректор M.Äåì÷èê

Редактор А.Огар

Заказ 4243 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

2. Устройство для динамической градуировки датчиков термоанемометров, содержащее импеданс-трубу в виде проточного воздушного канала, акустически согласованную с источником звуковых волн, подключенным через усилитель мощности к первому выходу генератора гармонических колебаний, а также установленные в одном сечении импеданс-трубы датчики термоанемометра и пульсаций давления, блок обработки результатов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введены дополнительные источники звуковых волн, заглушенная камера, задатчик скорости потока, датчики температуры и влажности, блок линеаризации, сихронизатор, блок вычисления плотности и скорости звука, блок вычисления амплитуды пульсаций скорости, измеритель средней скорости потока, блок определения верхней граничной частоты, блок центрирования, интегратор, причем дополнительные источники звуковых волн параллельно подключены к усилителю мощности, второй выход генератора гармонических колебаний связан с входами синхронизатора, первый уп5 равляющий вход генератора гармонических колебаний связан с задатчиком скорости, второй его управляющий вход — с первым входом блока вычисления, а синхронизирующий вход генератора связан с выходом

10 синхронизатора, второй и третий входы блока вычисления амплитуды пульсаций скорости подключены к выходам блока вычисления плотности и скорости звука, входы которого соединены с выходами дат15 чиков давления, температуры и влажности, выход датчика термоанемометра через блок линеаризации подключен параллельно к входам интегратора и первому входу блока центрирования, второй выход которого сое20 динен с первым выходом интегратора, а выход — с первым входом блока определения верхней граничной частоты, второй вход которого связан с выходом блока вычисления амплитуды пульсаций скорости, входы бло25 ка регистрации соединены соответственно с выходами синхронизатора, измерителя средней скорости. блока вычисления амплитуды пульсаций скорости, блока центрирования, блока определения верхней

30 граничной частоты и интегратора.