Устройство для измерения скорости газового потока

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах управления летательными аппаратами и космическими объектами.

Известно устройство для измерения скорости газового потока (RU 1107057 A1, 07.08.1984), содержащее искровые разрядники, расположенные на расстоянии один от другого, генератор высокого напряжения большой частоты, двухвходовой триггер и частотомер. В этом устройстве за счет определения времени прохождения ионизированных меток между первым и вторым разрядниками измеряют скорость газового потока.

Недостатком этого известного устройства является невысокая точность измерения из-за разрыва меток.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является принятый автором за прототип термоаненометр (см. Информационно-измерительная техника и электроника. Учебник. Под редакцией Г.Г. Раннева. Издательство «Академия», 2007, стр. 338-339), содержащий платиновую проволоку, прикрепленную к манганиновым стерженькам, которые, в свою очередь, крепятся к ручке из изолированного материала. Для включения этого теплового преобразователя в измерительную цепь служат выводы. Принцип работы данного измерителя скорости газового потока состоит в том, что при прохождении тока через проволоку последняя нагревается и теплота путем конвекции может передаваться в окружающую среду. При движении, например, газовой среды отдача теплоты зависит от скорости движения газового потока, а так как при отдаче теплоты электрическое сопротивление проволоки буде изменяться, посредством измерения сопротивления данного чувствительного элемента (проволоки) можно определить скорость газового потока.

Недостатком данного измерителя скорости газового потока можно считать невысокую точность измерения из-за влияния температуры окружающей среды на вторичную цепь измерения сопротивления проволоки.

Техническим результатом заявляемого технического решения является повышение точности измерения скорости газового потока.

Технический результат достигается тем, что в устройство для измерения скорости газового потока, содержащее первый блок питания, соединенный выходом с первым плечом преобразователя скорости газового потока в напряжение, включающего в себя проволоку с током, введены микроволновой генератор с варакторной перестройкой частоты, второй блок питания, усилитель и частотомер, причем второе плечо преобразователя скорости газового потока в напряжение через усилитель подключено к варактору микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты, выход второго блока питания соединен с входом питания микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты, выход последнего подключен к входу частотомера.

Сущность заявляемого изобретения, характеризуемого совокупностью указанных выше признаков, состоит в том, что падение напряжения на электрическом сопротивлении чувствительного элемента воздействует на варактор микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты и по частоте выходного сигнала этого генератора, при его перестройке, измеряется скорость газового потока.

Наличие в заявляемом способе совокупности перечисленных существующих признаков позволяет решить задачу измерения скорости газового потока на основе измерения частоты электромагнитных колебаний микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты с желаемым техническим результатом, т.е. повышением точности измерения скорости газового потока.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства. Данное устройство содержит первый блок питания 1, соединенный с преобразователем скорости газового потока в напряжение 2, усилитель 3, второй блок питания 4, микроволновой генератор с варакторной перестройкой частоты 5 и частотомер 6.

Устройство работает следующим образом.

Суть предлагаемого устройства заключается в преобразовании выходной величины чувствительного элемента в виде напряжения в частоту и ее измерении. В рассматриваемом случае первичный преобразователь, представляющий собой проволоку с током, помещают в контролируемую среду. При пропускании тока через проволоку последняя нагревается и за счет явления конвекции отдает теплоту в окружающую среду. В таких случаях, как известно, в зависимости от степени конвекции сопротивление проволоки может изменяться. Другими словами, изменение сопротивления проволоки становится функцией скорости, например, газового потока. Следовательно, слежение за изменением сопротивления проволоки при конвекции может дать возможность определить скорость потока газа. Для этого в данном техническом решении при пропускании тока через проволоку и изменении скорости газового потока падение напряжения на проволоке, используется в качестве информационного параметра, связанного со скоростью газового потока. Предварительно, как уже было показано выше, через проволоку пропускается ток не изменяющейся величиной. Для этого используется первый блок питания 1. После этого напряжение, снимаемое с проволоки, поступает на усилитель 3. Далее усиленный сигнал подают на вход варактора микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты 5. Одновременно с этим с выхода второго блока питания 4 сигнал подается на вход питания микроволнового генератора для генерирования электромагнитных колебаний.

Из практики известно, что изменением напряжения на варакторе микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты можно обеспечить перестройку частоты генератора. В силу этого в данном случае, так как напряжение падения, снимаемое с проволоки, связано с изменением сопротивления самой проволоки и величины тока, протекающего через проволоку, то при постоянной величины тока, протекающего через проволоку, изменение сопротивления проволоки за счет скорости газового потока обеспечит изменение падения напряжения на проволоке, т.е. произойдет перестройка частоты микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты. Отсюда следует, что если измерить частоту микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты при его перестройке, то измерением этой частоты можно обеспечить определение скорости газового потока. Для измерения частоты генератора его выход подключается к входу частотомера 6.

Пусть f₁ - частота генератора при отсутствии газового потока (отсутствие конвекции), т.е. напряжение на варакторе микроволнового генератора имеет какое-то значение. При появлении газового потока в измеряемой зоне изменится сопротивление проволоки и изменится напряжение на варакторе. Все это приведет к перестройке частоты микроволнового генератора. Обозначим эту перестроечную частоту f₂. Тогда по разности частот f₁-f₂ можно вычислить скорость газового потока. Здесь принимается, что f₂<f₁. Как правило, в микроволновых генераторах с варакторной перестройкой частоты при увеличении напряжения на варакторе частота колебаний увеличивается, а при уменьшении напряжения, наоборот, частота уменьшается. В соответствии с этим при определении разности частот необходимо предварительно установить значения частот колебаний электромагнитных волн при отсутствии газового потока в измеряемой зоне и наличии газового потока в измеряемой зоне.

Таким образом, в предлагаемом техническом решении на основе преобразования падения напряжения на проволоке в частоту микроволнового генератора с варакторной перестройкой частоты можно обеспечить повышение точности измерения скорости газового потока.

Одним из преимуществ предлагаемого устройства по сравнению с известными измерителями скорости газовых потоков является то, что информацию о скорости газового потока можно передавать дистанционно.

Данное техническое решение успешно может быть применено в различных отраслях промышленности, промсанитарии, производственных и общественных помещениях.