термоанемометрическое устройство

Формула изобретения

ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее термочувствительные цепи для измерения температуры и скорости потока, задатчик перегрева, выход которого соединен с первым входом сумматора, источник стабилизированного напряжения, масштабирующий усилитель и регистратор скорости потока, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, чувствительности и расширения диапазона измерения скорости потока, в него введены блоки перемножения, деления и логарифмирования, второй сумматор, усилитель, источник питания подогревателя, регулятор мощности и подогреватель, при этом термочувствительная цепь для измерения скорости потока выполнена в виде двух идентичных полупроводниковых терморезисторов, один из которых, снабженный подогревателем, включен в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя, вход которого через другой полупроводниковый терморезистор подключен к источнику стабилизированного напряжения, а выход через блок логарифмирования - к первому входу второго сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные масштабирующий усилитель, блок деления, блок перемножения, первый сумматор соединен с выходом термочувствительной цепи для измерения температуры, причем выход второго сумматора через усилитель подключен к управляющему входу регулятора мощности, выход которого через регистратор, проградуированный в единицах скорости, соединен с подогревателем, а вход - с источником питания подогревателя, при этом вход первого сумматора соединен с вторым входом блока перемножения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потоков жидких и газообразных веществ термоанемометрическими методами.

Известен термоанемометр, содержащий измерительный преобразователь скорости и термокомпенсационный преобразователь, включенные в мостовую схему, источник стабилизированного напряжения, термокомпенсационную цепь и регистратор [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является термоанемометр следящего уравновешивания. содержащий измеритель температуры среды, термочувствительную цепь для измерения скорости потока, задатчик перегрева, стабилизированный источник питания, сумматор, масштабный усилитель, логический блок и регистратор скорости потока [2].

Недостатками известного устройства являются низкая чувствительность, точность и незначительный диапазон измеряемых скоростей.

Цель изобретения - повышение чувствительности, точности и расширение диапазона измеряемых скоростей потока.

Цель достигается за счет того, что в термоанемометрическое устройство, содержащее термочувствительные цепи для измерения температуры и скорости потока, задатчик перегрева, выход которого соединен с первым входом сумматора, источник стабилизированного напряжения, масштабный усилитель и регистратор мощности, введены блоки перемножения, деления и логарифмирования, второй сумматор, усилитель, источник питания подогревателя, усилитель мощности и подогреватель, при этом термочувствительная цепь для измерения скорости потока выполнена в виде двух идентичных полупроводниковых терморезисторов, один из которых, снабженный подогревателем, включен в цепь отрицательной обратной связи операционного усилителя, вход которого через другой полупроводниковый терморезистор подключен к источнику стабилизированного напряжения, а выход через блок логарифмирования - к первому входу второго сумматора, второй вход которого через последовательно соединенные масштабирующий усилитель, блок деления, блок перемножения, первый сумматор соединен с выходом термочувствительной цепи для измерения температуры, причем выход второго сумматора через усилитель подключен к управляющему входу регулятора мощности, выход которого через регистратор, проградуированный в единицах скорости, соединен с подогревателем, а вход - с источником питания подогревателя, при этом вход первого сумматора соединен с вторым входом блока перемножения.

На фиг.1 представлена блок-схема термоанемометрического устройства; на фиг.2 - его функциональная схема.

Термоанемометрическое устройство содержит термочувствительную цепь 1 для измерения температуры среды, задатчик 2 перегрева, первый сумматор 3, блок 4 перемножения, блок 5 деления, масштабирующий усилитель 6, термочувствительную цепь 7 для измерения скорости потока, блок 8 логарифмирования, второй сумматор 9, усилитель 10, источник 11 питания подогревателя, регулятор 12 мощности, поступающей в подогреватель, регистратор 13, отградуированный в единицах скорости потока, подогреватель 14, источник 15 стабилизированного напряжения, полупроводниковый терморезистор 16 без подогрева, полупроводниковый терморезистор 17 с подогревом, операционный усилитель 18.

Устройство работает следующим образом.

По принципу действия его можно рассматривать как специальную замкнутую автоматическую систему поддержания заданного перегрева _o (см.фиг.2) с раздельной компенсацией внешних возмущений, а именно изменение температуры среды компенсируется в целях формирования задающего воздействия и обратной связи, а изменение скорости потока среды компенсируется регулированием температуры подогревателя Т_п.

Цепь формирования задающего воздействия (ЦФЗВ) состоит из блоков 1-6 включительно (фиг.1). Выходной сигнал блока 6 описывается как

U_зад(T_c,_o) =

(1)

Действительно, выходной сигнал блока 1, равный температуре среды Т_с, складывается в блоке 3 с заданным перегревом _o , который устанавливается задатчиком 2 перегрева. Полученная сумма (T_c+_o) умножается блоком 4 на Т_с, в результате чего получается сигнал, равный T_c(T_c+_o). Блок 5 формирует обратную величину, т.е. , масштабирующий усилитель 6 с коэффициентом передачи B_o формирует сигнал U_зад( T_c,_o).

Цепь обратной связи (ЦОС) включает в себя термочувствительную цепь 7 и блок 8 логарифмирования (фиг.1). Сигнал на выходе блока 8 описывается как

U_oc(T_c,) =

(2)

Функцию элемента сравнения (ЭС) полученных сигналов U_зад(T_c,_o) и U_ос(T_c,_o) выполняет сумматор 9. Его выходной сигнал

U= =

(3) где =_o-, по величине пропорционален отклонению действительного перегрева от заданного значения _o , а по знаку определяется направлением этого отклонения.

В остальном устройство работает как обычная система регулирования: сигнал рассогласовывания U усиливается по величине (блок 10), усиливается по мощности (блоки 11,12) и воздействует на объект регулирования (подогреватель 14), изменяя его состояние (температуру Т_п) таким образом, чтобы сигнал рассогласования U уменьшался до нулевого (или достаточно малого) значения. При этом регистратор 13, отградуированный в единицах скорости потока, показывает величину скорости потока среды.

Регулятор, приведенный на фиг.1, включает в себя блоки 10,12 и реализует принцип пропорционального регулирования (П - регулятор). Для повышения точности регулирования могут быть использованы другие известные типы регуляторов, например И, ИП, ДИП - регуляторы.