Электротермоанемометр с температурной компенсацией

Электротермоанемометр с температурной компенсацией

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИЙ НИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

", <„>746290

К АВТОИ:КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 280678 (21) 2635222/18-10 (51)М. Кл.

G 01 Р 5/12 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 532. 574 (088.8) Опубликовано р7р78р Бюллетень № 25

Дата опубликования описания 070780 (72) Автор изобретения

П. В. Чебышев (71) Заявитель

{54) ЭЛЕКТРОТЕРМОАНЕМОМЕТР С ТЕМПЕРАТУРНОЙ

КОМПЕНСАЦИЕЙ

Изобретение относится к.измерительной технике и предназначено для измерения и осциллографирования скорости низкотемпературных газовых потоков при произвольных переходных 5 процессах в газовой среде.

Известны электротермоанемометры с температурной компенсацией, имеющие датчик, состоящий из рабочей и компенсирующей нитей, расположенных 10 в одном измерительном объеме и включенных в два соседних параллельных . плеча измерительного моста f1) .

Недостатком этих устройств является низкая пространственная раэрешаю-...

15 щая способность датчика, необходимость перестройки установок при измерении в определенном диапазоне температур и скоростей потока и недостаточно высокая надежность. 20

Наиболее близким по технической сущности является электротермоанемометр, в котором датчик скорости выполнен в виде двух нитей иэ одного материала, расположенных параллель- 25 но друг другу в одном измерительном объеме и включенных в два соседних параллельных плеча измерительного моста, причем иэ условия равенства постоянных времени компенсирующая 30

2 нить имеет больший диаметр, чем рабочая нить, а из условий прохождения большей части тока моста через рабочую нить компенсирующая имеет значительно большую длину, чем рабочая, поэтому она намотана в виде нескольких витков на распорках и расположена в стороне от рабочей нити(21.

Такое расположение компенсирующей нити приводит к тому, что условия ее обтекания исследуемым потоком и условия теплоотдачи в поток сильно отличаются от таковых для рабочей нити. В то же время обЪем чувствительного элемента значительно превышает объем, необходимый для рабочей нити, что ухудшает пространственную разрешающую способность датчика.

Кроме того, для измерения в различных диапазонах температуры и скорости потока и в различных газовых средах требуется перестройка уставок уточнения температурной компенсации.

Цель изобретения — повышение точности измерения и надежности датчика скорости, расширение функциональных возможностей датчика.

Это достигается тем, что датчик снабжен потенциометром, движок которого соединен с предусилителем, а

746290 цепь температурной компенсации выполнена в виде двух параллельно соединенных компенсирующих нитей, включенных последовательно с рабочей нитЬю расположенных на равных расстояниях от рабочей нити и параллельно ей, причем все нити лежат в одной плоскости

Кроме того, плоскость расположения рабочей и компенсирующей нитей образует с.осью датчика угол 45, причем рабочая нить пересекает укаэанную ось под углом 90О .

На фиг. 1 изображен датчик скорости; на фиг. 2 — принципиальная схема электротермоанемометра с температурной компенсацией; на фиг.3— схематический разрез рабочей части датчика скорости с раздвоенными нож- ° ками; на фиг. 4 — расположение и форма сплошных ножек датчика.

Электротермоанемометр содержит датчйк, имеющий рабочую нить 1, укрепленную на двух ножках 2 и 3, компенсирующую цепь, состоящую иэ двух нитей 4 и 5 большего диаметра, чем рабочая нить 1, укрепленных в одной плоскости с рабочей параллельно ей на равных расстояниях от нее и симметрично по отношению к центру рабочей нити на двух раздвоенных ножках 6 и 7, охватывающих своими основаниями (через изоляцию) ножки 2 и 3. Через полый стержень 8 проходит шесть проводников, причем два из них 9 и 10, отходящие от ножек 3 и 7, соединены с концами потенциометра уточнения температурной компенсации 11 с движком 12, расположенного у основания стержня 8 датчика в корпусе его штепсельного разъема 13. Четыре провода .

14-17,проходящие через стержень 8, отходят попарно от ножек 2 и 6. Через экранированный удлинительный, шланг 18 и разъем 19 осуществляется подключение к измерительной схеме, ко. торая включает в себя блок измери- тельного моста 20, содержащий резисторы 21 и 22 со ступенчатой настройкой, потенциометр 23 с плавной настройкой и постоянный резистор 24.

Балансный йредусилитель 25 с входными клеммами 26 и 27 служит для усиления сигнала диагонали измерительного моста. Схема содержит регулятор

28 тока моста, измерительный усилитель 29, выходные приборы 30 и потенциометры компенсации 31 и 32 удлинительного шланга.

Электротермоанемометр работает следующим образом.

Рабочая и компенсирующие нити датчика скорости помещаются в поток так, чтобы они не затянули друг друга и располагались каждая перпендикулярно осредненному направлению потока. При этом, если плоскость рабочей и компенсирующих нитей пер пендикулярна оси стержня датчика, то

Далее замыкается связь между предусилителем 25 и регулятором 28, и также ручным воздействием на регулятор

28 выбирается такой ток моста, чтобы

40 за счет нагрева нитей датчика восстановился баланс измерительного моста.

После увеличения усиления до допустимого предела, ограниченного устойчйвостью схемы, электротермоанемометр введен в автоматический режим и любые иэмененйя скорости потока вызывают автоматическое изменение выходного тока регулятора 28 и напряжения на измерительном мосте 20.

Увеличение скорости потока вызывает более интенсивное охлаждение сильно нагретой рабочей нити, чем слабо нагретых компенсирующих нитей, в результате баланс измерительного моста нарушается и на входных клеммах

d0

5

t0

30 оптимальным является расположение стержня навстречу потоку с отклонениями в стороны на «+75 при сохра-. нении перпендикулярного положения нитей по отношению к потоку. Если плоскость нитей образует угол .45О с осью стержня, то датчик может вводиться в поток как стержнем навстречу потоку, так и стержнем перпендикулярно потоку и в любом промежуточном положении с заходом в обе стороны от крайних положений на 30, но так, чтобы нити остались расположенными перпендикулярно потоку.

Запуск схемы осуществляется, когда резистор 21 стоит в исходном положении (его сопротивление равно О).

Связь между предусилителем 25 и регулятором 29 тока моста разрывается, благодаря ручному воздействию на регулятор 28 через измерительный мост пропускается малый ток. В этом режиме производится настройка ступенчатого регулятора 22 и потенциометра

23 из условий получения баланса измерительного моста. Затем производится перестройка резистора 21, обеспечивающая заданный тепловой режим датчика при балансе моста. Коэффициент увеличения сопротивления нагретой рабочей нити по отношению к слабо йагретым компенсирующим нитям (кажущийся коэффициент увеличения

=опротивления датчика). усилителя 26 и 27 появляется ЭДС разбаланса. Эта ЭДС усиливается и в ; дополнение к установленному току регулятора 28 возникает добавочный ток, проходящий по измерительному мосту 20.

Большая часть этого тока проходит по левой цепи моста и вызывает нагрев рабочей нити 1 и более слабый нагрев компенсирующих нитей 4 и 5, которые имеют большее сечение, чем нить 1, 746290 и включены параллельно друг другу.

В результате при большей скорости потока равновесие восстанавливается при большем токе измерительного моста, причем в,диагонали моста остается лишь незначительное напряжение, необходимое для поддержания дополнительного тока на выходе регулятора

28 тока моста. При уменьшении потока по сравнению с условиями первоначальной настройки имеет место обратное явление: в диагонали моста появляется напряжение обратного знака, приводящее к снижению тока регулятора

28 до значения меньшего, чем установленное ручным воздействием.

Ниэкоомные плечи моста, содержащие рабочую и компенсирующие нити датчика, не имеют ни длинных проводов ни раэЪемных соединений, начинаясь у основания ножки 2, проходя через нить 1, ножку 3, провод 9, потенциометр 11, провод 10, раздвоенную ножку

7, соединенные параллельно нити 4 и

5 и кончаясь у основания ножки 6, тогда как переходный контакт движка

12 и идущий от движка проводник, проходящий через разъем 13, шланг 18 и разъем 19, находятся в измерительной диагонали моста и их сопротивление не влияет на условия баланса моста.

Сопротивление проводников 16 и 17 с двумя разъемами и шлангом оказывается включенным в высокоомную цепь измерительного моста и влияние его на условия баланса ослабляется пропорционально отношению сопротивления цепи настраивающихся плеч 16, 22, 23, 24, 21 и 17 моста и сопротивлению низкоомной цепи, образованной нитями и реохордом 6, 4, 5, 7, 10, 11, 9, 3, -1, 2.

Температурные изменения сопротивлений проводов 16 и 17 датчика, а так же соответствующих жил удлинительного шланга, частично компенсируют друг друга, так как эти цепи находятся в соседних плечах измерительного моста; это способствует уменьшению влияния сопротивления удлиняющего шланга 18 на точность измерения скорости. Параллельно правой цепи измерительного моста на движки резисторов 21 и 22 через делители напряжения 31 и 32 включается симметричный вход измерительного усилителя 29 и через него выходные приборы 30: электронный осциллограф, электронный вольтметр, магнитофон и т.д. Положение правых движков делителей 31 и 32 выбирается в зависимости от сопротивления жил удлинительного шланга. Положение левых движков тех же делителей иэ условия равенства их потенциалов с потенциалами оснований ножек 2 и 6.

При равенстве сопротивлений нагреI той рабочей нити 1 датчика вместе

;с примыкающей к ней частью потенциометра 11 и проводником 9 с одной стороны, и параллельно соединенных компенсирующих нитей 4 и 5 с примыкающей к ним частью потенциометра 11 и проводником 10 с другой, 5 где о(— доля сопротивления потенциометра 11, примыкающая к рабочей нити, сопротивления верхних и нижних плеч моста при балансе окажутся равными друг друга и температурные изменения сопротивлений проводов 16 и 17 датчика и соответствующих жил удлинительного шланга полностью уравновешивают друг друга и условия равновесия моста становятся независимыми от температуры удлинительного шланга.

20 Замена раздвоенных ножек 6 и 7 сплошными, уширенными и разнесенными между собой, так чтобы рабочая нить 1 и поддерживающие ее ножки 2 и 3 располагались в промежутке между уширен25 ными ножками 33 и 34,позволяет повысить механическую прочность датчика.

Компенсирующие нити 4 и 5 находятся на равных расстояниях от нити 1, расположены параллельно ей, симметрич3р но по отношению к ее центру и перпендикулярно продольной оси стержня 8 датчика. При этом все три нити 1, 4 и 5 лежат в плоскости, образующей со стержнем датЧика угол 45О. Рабочая у нить 1 своей серединой проходит через ось стержня датчика, пересекаясь с ней под прямым углом.

Для удобства наварки нитей торцы ножек выполняются скошенными на 45

О

4p„K прОдОльнОй Оси стержня 8 так чтo бы все шесть мест приварки нитей лежали в одной плоскости.

Электротермоанемометр расширяет функциональные воэможности и точность

4 измерення в ОСОбеннОсти В тОм случае, когда датчик удален от остальной аппаратуры на десятки и сотни метров, например при измерении параметров газовых потоков в условиях повышенной радиации, при исследовании распространения взрывных волн, при исследовании атмосферных процессов и т.д. Во всех этих случаях измерительная аппаратура находится на значительном расстоянии от датчика, 55 что,однако, не снижает точность и надежность измерения, поскольку условия равновесия моста 20 и напряжение на входе измерительного усилителя не зависят от температуры удлинитель60 ного шланга.

Функциснальные воэможности электютермоанемометра, благодаря принятоМу способу включения и расположению дойолнительного потенциометра,позв

746290 ляют менять уставку температурной компенсации, без разборки датчика и без его удаления из исследуемого йотока. Пространственное расположение рабочей и компенсирующих нитей позволяет вводить датчик в исследуемый поток как вдоль, так и поперек его о си.

Формула изобретения

1. Электротермоанемометр с тем пературной компенсацией, содержащий датчик, имеющий чувствительный элемент в виде рабочей нити и цейи температурной компенсации, измерительный мост с резисторами, предусили тель, регулятор тока моста и изме- рительный усилитель, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения надежности работы датчика и точности измерений, а также расши"рения его функциональных возможностей, датчик снабжен потенциометром

) движок которого соединен с предусилителем, а цепь температурной ком« пенсации выполнена в виде двух параллельно соединенных компенсирующих нитей, включенных последовательно с рабочей нитью расположенных на равных расстояниях от рабочей нити и параллельно ей,причем все нити лежат в одной плоскости.

2. Электротермоанемометр по п.1, отличающийся тем, что плоскость расположения рабочей и компенсирующих нитей образует с осью датчика угол 45О, причем рабочая нить пересекает указанную ось под углом. 90 О.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Diacon Е L. a.o.J..Sci. Instrum.

1957, 34, Р 1, р. 24.

20 2. Авторское свидетельство СССР

Р 145785; кл. G 01 Р 5/12, 1960 (прототип),