Струйный импульсный датчик температуры

Струйный импульсный датчик температуры

Реферат

Изобретение относится к пневматическим устройствам для измерения температуры и, в частности, к струйным измерителям температуры.

Известно большое число пневматических измерителей температуры косвенного действия, содержащих входной и выходной дроссели, а также междроссельную камеру, которая связана с регистрирующим устройством (см., например, Патент РФ №2117266, кл. G 01 К 13/02, опубл. БИ №22, 1998 г. “Пневматический дроссельный измеритель температуры”). В этих устройствах измерение температуры осуществляется за счет теплопередачи от измеряемой среды к потоку газа в канале дросселя. При нагревании дросселя изменяется давление в междроссельной камере из-за изменения сопротивления дросселя за счет изменения вязкости газа. Пневматические измерители температуры косвенного действия измеряют температуру газа, движущегося по каналу дросселя. Эта температура находится в определенной связи с измеряемой температурой среды.

Недостатками таких измерителей являются низкая чувствительность и значительные погрешности при измерении. Погрешности связаны с изменением геометрических размеров дросселей по мере их нагревания, что существенно влияет на расходные характеристики и давление в междроссельной камере. Следует также заметить, что поскольку минимальное время измерения в значительной степени определяется характеристиками процессов теплопередачи, то такая измерительная система обладает большой инерционностью.

В измерителях температуры прямого действия газ, температура которого измеряется, пропускается непосредственно через измерительные дроссели (Головченко А.Н., Кулаков М.В., Шкатов Е.Ф. Дроссельные пневматические преобразователи для измерения температуры. М.: Энергия, 1974, с.19, рис.12) либо подается во входной канал турбулентного усилителя (при струйном методе измерения). Измерение температуры такими устройствами проводится практически безынерционно.

Недостатком таких измерителей является возникновение температурных деформаций, изменяющих проходные сечения входного и выходного каналов турбулентного усилителя в процессе прохождения через эти каналы горячей измеряемой среды, что приводит к погрешностям при измерении температуры. Для уменьшения этих погрешностей применяются различные методы, такие как соответствующий подбор материалов и термостатирование (см. там же с.26, рис.19). Эти методы достаточно сложны.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности признаков является струйный датчик температуры прямого действия, содержащий турбулентный усилитель, к входному каналу которого подводится измеряемая среда, и триггер Шмитта, вход которого соединен с выходным каналом турбулентного усилителя (Струйные логические элементы и устройства автоматического управления технологическим оборудованием. Отраслевой каталог./Под ред. Э.И.Чаплыгина. М.: ВНИИТЭМР, 1989, стр.27, рис.68а). Применение прямого метода измерения, с использованием в качестве чувствительного элемента турбулентного усилителя, позволило увеличить быстродействие и точность измерения. Однако практика показала, что в процессе работы этих датчиков имеет место нестабильность показаний во времени. Анализ показал, что нестабильность обусловлена нагревом турбулентного усилителя. В результате нагрева изменяются внутренние диаметры входного и выходного каналов турбулентного усилителя и, как следствие, давление в выходном канале.

В этой связи важнейшей задачей является стабилизация температурного режима турбулентного усилителя, то есть поддержание температуры турбулентного усилителя в некоторых допустимых пределах.

Техническим результатом заявляемого струйного импульсного датчика температуры является повышение точности измерения.

Указанный технический результат достигается тем, что в струйном датчике температуры, содержащем турбулентный усилитель, выходной канал которого соединен с входом триггера Шмитта, установлен дополнительный триггер с раздельными входами, канал питания которого соединен с измеряемой средой, а один из выходов соединен с входным каналом турбулентного усилителя.

Установка дополнительного триггера с раздельными входами позволяет изменить режим измерения температуры, превратив его из непрерывного (длительного) в импульсный (дискретный), с тем, чтобы к началу следующего измерения температурный режим успевал стабилизироваться на некотором заданном уровне. В этом случае, если время измерения будет достаточно малым (порядка 0,5-1,5 с), а время между соседними измерениями достаточно большим (порядка 5-15 с), можно гарантировать одну и ту же температурную нестационарность между потоком горячей измеряемой среды и стенками каналов турбулентного усилителя, что может быть учтено при тарировке датчика. Характеристики струйного датчика температуры в течение времени измерения не будут подвержены изменениям в связи с нагревом каналов турбулентного усилителя. Достижение требуемого соотношения между временем замера (активная фаза) и временем ожидания замера (пассивная фаза) осуществляется путем переключения триггера с раздельными входами.

На чертеже изображен струйный импульсный датчик температуры.

Датчик содержит турбулентный усилитель 1, выходной канал которого соединен со входом триггера Шмитта 2. Дополнительный триггер с раздельными входами 3 установлен так, что его канал питания 4 соединен с измеряемой средой. Выход 5 триггера с раздельными входами 3 соединен с входным каналом турбулентного усилителя 1, выход 6 триггера с раздельными входами 3 сообщается с атмосферой. По входу S триггер с раздельными входами 3 переключается в режим измерения, а по входу R - в режим ожидания.

Работа струйного импульсного датчика температуры осуществляется следующим образом.

В канал питания 4 триггера с раздельными входами 3 поступает измеряемая газообразная среда. Далее эта среда поступает либо на выход 5, либо на выход 6 триггера с раздельными входами 3. Поступление измеряемой среды на выход 6 соответствует осуществлению режима ожидания, а поступление измеряемой среды на выход 5 соответствует осуществлению режима измерения. Если осуществляется режим измерения, измеряемая газообразная среда поступает во входной канал турбулентного усилителя 1, давление в выходном канале которого изменяется в зависимости от температуры протекающей измеряемой среды. Выходной канал турбулентного усилителя 1 связан с входом триггера Шмитта 2 и, при достижении заданной величины давления, определяемой величиной давления смещения р_с, происходит переключение триггера Шмита 2. Таким образом датчик срабатывает при определенной температуре измеряемой среды. Для перевода датчика в режим ожидания достаточно подать управляющий сигнал на вход R триггера с раздельными входами 3. Поток измеряемой газообразной среды перебросится на выход 6 триггера с раздельными входами 3 и, тем самым, прекратится доступ измеряемой среды к турбулентному усилителю 1. Для перевода датчика в режим измерения достаточно подать управляющий сигнал на вход S триггера с раздельными входами 3. Поток измеряемой газообразной среды перебросится на выход 5 триггера с раздельными входами 3 и поступит во входной канал турбулентного усилителя 1.

Таким образом установка дополнительного триггера с раздельными входами позволяет осуществлять импульсный режим измерения и, тем самым, повысить точность измерения за счет стабилизации температурных деформаций входного и выходного каналов турбулентного усилителя, возникающих при непрерывном течении горячей измеряемой среды через датчик.

Струйный импульсный датчик температуры, содержащий турбулентный усилитель, выходной канал которого соединен с входом триггера Шмитта, отличающийся тем, что он содержит дополнительный триггер с раздельными входами, канал питания которого соединен с измеряемой средой, два входа служат для подачи управляющих сигналов, один из выходов соединен с входным каналом турбулентного усилителя, а другой сообщен с атмосферой.