Тепловые измерители скорости с постоянным током и постоянной температурой. Схемы включения, характеристики. Тепловой измеритель массового расхода.
Тепловые измерители скорости и расхода
Можно выделить 2 типа тепловых расходомеров: классические термоанемометры и измерители со сносом закона распределения температуры.
Термоанемометр – измеритель скорости по тепловым параметрам. Для измерения скорости потока в него погружают термочувствительные элементы и подогревают их электрическим током до температуры, превышающей окружающую. При этом количество тепла, отбираемого от термодатчиков, пропорционально скорости потока.
В равновесном состоянии мощность, идущая на нагрев термодатчика (проволочки), равна количеству теплопотерь I²R=hS(Tд–Тс), где I – ток через датчик; R – его сопротивление; S – эффективная поверхность теплоотдачи; Тд – температура датчика; Тс – температура среды; h – коэффициент теплопередачи.
Коэффициент h зависит от скорости V потока: h=C0+C1V1/2, где C0 и С1 – константы. Таким образом: I²R=S(C0+C1V1/2)(Tд–Тс).
В термометрах с нагретой нитью (или лентой) используются измерительные схемы двух типов: схема с постоянным током I и схема с постоянной температурой Тд.
Схема с постоянным током. Ток I, протекающий через нить, поддерживается постоянным с помощью либо балластного сопротивления, либо с помощью источника тока.
При изменении скорости потока изменяется и температура нити. Сопротивление нити зависит от ее температуры, поэтому с изменением скорости изменяется напряжение на концах.
Упрощенная схема показана на рис. 5.9.
Нить обладает тепловой инерцией, поэтому для улучшения частотной характеристики в цепь сигнала вводят компенсатор, представляющий собой пропорционально-дифференцирующее звено с постоянной времени, соответствующей тепловой постоянной датчика.
|
|
Конструктивно датчик представляет собой тонкую платиновую или вольфрамовую проволоку диаметром 0,6 ÷10 мкм, а в жидкостях из соображений прочности чувствительный элемент датчика представляет собой тонкую платиновую ленту, наложенную на изолированный конус или цилиндр, заключенный в кварцевую оболочку.
Рассмотренная схема имеет два недостатка: реакция нити не является линейной, введение дифференцирующего звена повышает уровень помех.
Схема с постоянной температурой. В этом случае при изменении скорости потока изменяется ток I таким образом, чтобы температура датчика и, следовательно, его сопротивление R оставалась постоянной. Измерительная схема для этого случая показана на рис. 5.10. 
Датчик является одним из плеч моста. При изменении скорости потока мост разбалансируется, напряжение, снимаемое с диагонали моста, усиливается и изменяет напряжение на другой диагонали моста так, что изменяется ток через датчик, компенсируя тем самым изменение температуры, и температура нити остается постоянной. В этом случае уравнение, связывающее ток I и скорость потока V, можно записать так: I2=С3+С4V1/2, где С3 и С4 – константы.
Очевидно, что значение тока I пропорционально выходному сигналу усилителя. В рассмотренной схеме меньше сказывается тепловая инерция датчика. Нагреваемый проволочный анемометр применяется для измерения потоков газов со скоростью 0,1÷500 м/с и температурой до 750ºС. Соответствующий диапазон для жидкостей 0,01÷5м/с. Для тонкопленочных датчиков, нанесенных на поверхность цилиндра, диапазон измерений составляет 0,01÷25 м/с с точностью ±1%.
|
|
Тепловой измеритель массового расхода состоит из тонкостенной металлической трубки малого диаметра, на внешней
поверхности которой намотан проволочный нагреватель, а с противоположных сторон симметрично установлены два датчика температуры (рис. 5.11, а, б).
