Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ГАЗОВОГО ПОТОКА
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ГАЗОВОГО ПОТОКА

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ГАЗОВОГО ПОТОКА

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Использование: для измерения скорости газовых потоков в медицине, промышленности и научных исследованиях. Сущность изобретения: устройство состоит из приемника газового потока в виде трубы, внутри которой находится сужающее устройство, выполненное в виде перфорированной диафрагмы, состоящей из нескольких симметрично расположенных и соединенных в центре диафрагмы лепестков, и датчика перепада давления, в качестве которого использован термоанемометр с нелинейной статической характеристикой. Для предотвращения попадания в датчик инородных частиц использован фильтр. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

   С помощью Яндекс:  

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2086922
Класс(ы) патента: G01F1/68
Номер заявки: 94020906/28
Дата подачи заявки: 02.06.1994
Дата публикации: 10.08.1997
Заявитель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Сенсорные системы" (UA)
Автор(ы): Грудин Олег Михайлович[UA]; Иванов Павел Дмитриевич[UA]; Кацан Иван Иванович[UA]; Кривоболоцкий Сергей Николаевич[UA]; Лопата Виктор Александрович[UA]; Почтарь Владимир Иванович[UA]; Фролов Геннадий Александрович[UA]
Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Сенсорные системы" (UA)
Описание изобретения: Изобретение относится к технике измерения газовых потоков и может быть использовано в медицине, промышленности и научных исследованиях.
Известны устройства для измерения объемной скорости газового потока, основанные на зависимости от расхода перепада давления, создаваемого устройством, установленным в приемнике газового потока. В частности, известно устройство для измерения объемной скорости газового потока /1/, содержащее устройство, создающее перепад давления, и датчик перепада давления. Недостатком его является низкая чувствительность в условиях малых потоков, сужение рабочего диапазона прибора и значительная погрешность измерения.
Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности является устройство для измерения объемной скорости газового потока /2/, приемник газового потока которого содержит сужающее устройство в виде двух крестообразных препятствий, создающих перепад давления. Крестообразные препятствия выполнены полыми, а отбор давления происходит через имеющиеся в них каналы. Приемник газового потока соединен с датчиком перепада давления.
Недостаток прототипа заключается в следующем. Приемник газового потока обладает квадратичной зависимостью перепада давления от потока. Следствием этого является необходимость использования двух датчиков перепада давления, автоматизированного устройства их коммутации и аналогового устройства, вычисляющего квадратный корень из выходного напряжения. В результате чрезмерно усложняется электронный блок, снижается его надежность и точность измерения.
В основу изобретения поставлена задача создать такое устройство для измерения объемной скорости газового потока, в котором новая форма выполнения сужающегося устройства и применение оригинального датчика перепада давления позволили бы обеспечить повышение его надежности, точности измерения и удешевления.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном устройстве, включающем приемник газового потока, выполненный в виде трубы, которая содержит сужающее устройство, создающее перепад давления при прохождении газа, и датчик перепада давления, сужающее устройство выполнено в виде перфорированной диафрагмы, состоящей из нескольких симметрично расположенных и соединенных в центре диафрагмы лепестков, а в качестве датчика перепада давления использован термоанемометр с нелинейной статической характеристикой. Кроме того, для регулирования зависимости газового потока через термоанемометр от перепада давления между приемником потока и термоанемометром расположен узел с калиброванным отверстием. И, кроме того, для повышения надежности работы за счет предотвращения попадания в датчик инородных частиц между термоанемометром и приемником потока включен фильтр.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг. 2 график зависимости от перепада давления выходного напряжения термоанемометрического датчика.
Устройство для измерения газового потока содержит приемник газового потока 1, внутри которого перпендикулярно потоку расположена диафрагма 2, перфорация которой выполнена в виде отверстий 3 либо в виде сегментов 4. Диафрагма образована соединенными в ее центре лепестками 5 или 6. С обеих сторон диафрагмы в приемник газового потока вставлены штуцеры 7, к которым подсоединены пневматические магистрали 8, служащие для соединения приемника газового потока 1 с термоанемометром с нелинейной статической характеристикой 9. На концах термоанемометра 9 закреплены узлы 10 с калиброванным отверстием. Между термоанемометром 9 и приемником потока 1 расположен фильтр 11. Поток газа попадает в приемник газового потока 1 и, проходя через перфорированную диафрагму 2, создает перепад давления на штуцерах 7. Вследствие этого в контуре, образованном пневматическими магистралями 8, возникает микропоток газа, который, проходя по магистрали 8, попадает в фильтр 11, очищаясь в нем от инородных частиц, проходит через узел с калиброванным отверстием 10 и регистрируется термоанемометрическим датчиком 9. Из известного соотношения между газовыми потоками через контур и приемник 1 определяется значение измеряемого основного потока.
Плоская перфорированная диафрагма 2 является конструктивно более простой, чем сдвоенное полое крестообразное препятствие прототипа. Вследствие этого использование предлагаемой диафрагмы 2 упрощает конструкцию устройства.
Использование в устройстве термоанеометра с нелинейной статической характеристикой 9 расширяет диапазон измерений. В приемнике газового потока при прохождении потока газа через перфорированную диафрагму 2 возникает перепад давления, имеющий зависимость от потока, близкую к квадратичной, т.е. изменение потока, например, в 1000 раз вызывает изменение перепада давления в 106 раз. Термоанемометр с нелинейной статической характеристикой 9 имеет зависимость выходного напряжения от потока, близкую к корневой. В этом случае изменение перепада давления и, следовательно, микропотока через этот термоанемометр 9, в 106 раз вызывает изменение выходного сигнала датчика в (106)1/2 1000 раз. Реально зависимость выходного сигнала термоанемометра от перепада давления не является чисто корневой и в значительной степени определяется конструкцией датчика. Перепад давления, создаваемый диафрагмой 2, также зависит от ее формы и характера газового потока (ламинарный или турбулентный). Кроме того, достигается улучшение воспроизводимости ее размеров при изготовлении. В результате улучшается воспроизводимость зависимости перепада давления, создаваемого сужающим устройством, от потока газа.
Однако общая для всех термоанемометров повышенная чувствительность в области малых потоков и пониженная в области больших потоков обеспечивает расширение диапазона измерений.
Приведенные расчеты подтверждены экспериментально.
На фиг. 2 представлена зависимость от перепада давления P выходного напряжения U термоанемометрического датчика 9, подключенного к аналоговому устройству обработки сигналов. Датчик является нелинейным элементом и измеряет перепады давления 0,01 -1500 Па.
Экспериментальные образцы предлагаемого устройства измеряют объемную скорость газового потока в диапазоне 0,04 15 л/с. Регистрация выходного напряжения проводится аналого-цифровым преобразователем (АЦП), работающим в диапазоне от -10 до +10 В с погрешностью ±2,5 В.
Для работы термоанемометрического датчика в оптимальном режиме поток газа пропускают через узел с калиброванным отверстием 10. Пусть l и d - соответственно длина и диаметр калиброванного отверстия. При потоке q через контур, образованный магистралями 8, на двух элементах падает давление
P 2Rq,
где R пневматическое сопротивление, равное:

μ вязкость газа.
Изменяя значение l и d, можно регулировать поток q через термоанемометр 9 так, чтобы датчик работал в оптимальном режиме. Например, при необходимости измерения больших потоков, вызывающих увеличение перепада давления на диафрагме 2, можно уменьшить диаметр d. В этом случае увеличение пневматического сопротивления R позволяет избежать выхода датчика в режим насыщения. Возможность адаптировать таким образом термометр 9 к требуемому режиму измерений позволяет расширить диапазон измерений.
Для предотвращения попадания в термоанемометр инородных частиц поток газа пропускают через фильтр 11.
При конкретном использовании предлагаемого устройства в него могут быть внесены дополнительные изменения. Например, может быть изменена форма диафрагмы 5 или 6, изменено количество и тип фильтров 11.
Формула изобретения: 1. Устройство для измерения скорости газового потока, содержащее приемник газового потока в виде трубы, внутри которой размещено сужающее устройство, создающее перепад давления при протекании газа, и датчик перепада давления, отличающееся тем, что сужающее устройство выполнено в виде перфорированной диафрагмы, представляющей собой несколько симметрично расположенных относительно оси и соединенных в центре диафрагмы лепестков, а в качестве датчика перепада давления использован термоанемометр с нелинейной статической характеристикой.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит узел с калиброванным отверстием, регулирующий зависимость газового потока через термоанемометр от перепада давления и расположенный между приемником потока и термоанемометром.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит между термоанемометром и приемником потока фильтр, предотвращающий попадание в датчик инородных частиц.