Измеритель горизонтальной и вертикальной компонент скорости ветра

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет повысить точность и расширить частот ньй диапазон измерения вертикальной компоненты скорости ветра. Напряжение с измерительной диагонали моста после усиления, осуществляемого дифференциальным усилителем 7, поступает на вход перемножителя-делителя 8, другой множительный вход которого соединен с питающей диагональю моста, а его делительный вход подключен к выходу схемы 5 вычитания постоянной величины линеаризатора 3. Для компенсации искажений в области высших частот исходного спектра вертикальной компоненты скорости ветра в устройство введено пропорциональнодифференцирующее звено 9 (ПДЗ) с управляющим выходным напряжением квадратора 4 линеаризатора 3 частотой среза. Напряжение на выходе ВДЗ 9 пропорционально в щироком диапазоне частот тангенсу угла между вектором скорости ветра и горизонтальной плоскостью . Поэтому напряжение на выходе перемножителя 10 пропорционально величине вертикальной компоненты скорости ветра в пшрокой полосе частот. 1 3.п. ф-лы, 2 ил. (Л ьо со 05 со. 4

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (su 4 С 01 Р 5/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К A BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3967463/24-10 (22) 06,08 ° 85 (46) 15,03 ° 87, Бюл. Ф 10 (71) Институт водных проблем

АН СССР (72) А, Е. Насонов (53) 533,7.08(088.8) (56) Вершинский Н, В., Кречмер С, И.

Измерения пульсаций влажности над океаном и испарения с его поВерхности, Сб. Гидрофизические и гидроскопические исследования в Атлантическом и Тихом океанах. M. Наука, 19 74, с. 88, (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ И ВЕРТИКАЛЬНОЙ КОМПОНЕНТ СКОРОСТИ ВЕТРА (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет повысить точность и расширить частотный диапазон измерения вертикальной компоненты скорости ветра.

Напряжение с измерительной диагонали моста после усиления, осуществляемо„„SU„„1296947 А1 го дифференциальным усилителем 7, поступает на вход пер емножителя-делителя 8, другой множительный вход которого соединен с питающей диагональю моста, а его делительный вход подключен к выходу схемы 5 вычитания постоянной величины линеаризатора 3.

Для компенсации искажений в области высших частот исходного спектра вертикальной компоненты скорости ветра в устройство введено пропорциональнодифференцирующее звено 9 (ПДЗ) с управляющим выходным напряжением квадратора 4 линеаризатора 3 частотой среза, Напряжение на выходе ПДЗ 9 пропорционально в широком диапазоне частот тангенсу угла между вектором скорости ветра и горизонтальной глоскостью, Поэтому напряжение на выходе перемножителя 10 пропорционально величине вертикальной компоненты скорости ветра в широкой полосе частот.

1 з,п, ф-лы, 2 ил, 1 1 29694

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к гидрометеорологическим приборам, и может быть использовано для синхронного измерения быстроменяющихся горизонтальной и вертикальной компонент скорости ветра, преимущественно, над морской поверхностью.

Цель изобретения — повышение точности и расширение частотного диапа- 10 зона измерения вертикальной компоненты скорости ветра.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого измерителя; на фиг, 2 - схема пропорционально- 15 дифференцирующего звена с управляемой частотой среза.

Измеритель содержит насадок (не показан) с двумя расположенными под углом друг к другу нитями, размещен- 20 ный на стреле легкой флюгарки. Насадок ориентирован таким образом, чтобы плоскость нижней занимала вертикальное положение и совпадала с направлением горизонтапьной компоненты скорости ветра. Совместно с двумя дополнительными резисторами нити насадка образуют мост 1, Термоанемометр

2 постоянной температуры подключен к питающей диагонали моста 1 и входу 30 линеаризатора 3, состоящего из последовательно соединенных квадратора 4, схемы 5 вычитания постоянной величины и схемы 6 возведения в степень. Входы дифференциального усили- 35 теля 7 соединены с измерительной диагональю моста 1. С выхода дифференциального усилителя 7 сигнал подается на первый множительный вход перемножителя-делителя 8, другой мно- 40 жительный вход которого соединен с питающей диагональю моста 1, а на делительный вход поступает напряжение с выхода схемы 5 вычитания, Выход перемножителя-делителя 8 подключен к 45 информационному входу пропорционально-дифференцирующего звена 9, управляющий вход которого соединен с выходом квадратора 4. Входы перемножителя 10 соединены с выходами схемы 6 50 возведения в степень и пропорционально-дифференцирующего звена 9 соответственно.

Пропорционально-дифференцирующее звено 9 состоит из дифференциального 55 усилителя 11, перемножителя 12 напряжения, инвертирующего операционного усилителя 13, резистора 14 и конденсатора 15.. Прямой вход диффе7 2 ренциального усилителя 11 соединен с первым выводом конденсатора 15, инвертирующий вход — с выходом инвертирующего операционного усилителя 13 и первым входом перемножителя 12 напряжений, Второй вывод конденсатора

15 соединен с входом инвертирующего операционного усилителя !3 и первым выводом резистора 14, второй вывод которого соединен с выходом перемножителя 12 напряжений. Второй вход перемножителя 12 напряжений является управляющим входом, прямой вход дифференциального усилителя 11 — информационным входом, а выход дифференциального усилителя 1 — выходом пр опорционально-диффер енцирующе го звена 9.

Измеритель работает следующим образом.

Уравнение баланса энергии между одной из нитей насадка, подогреваемой током Е и окружающим воздухом ч в статическом случае имеет вид

4t1 Ot T o1 И о где R и R„сопротивления выбраиной нити при рабочей температуре

Т, и температуре

Т, окружающего воздуха соответственно;

h — коэф !жциент тепло1 ф отдачи нити (h, от)

Для второй нити справедливо уравнение

k.

Коэффициенты h, и h определяются иэ уточненного уравнения Кинга («1л

h =А, +А, Чей(, h, =А +А,Veff, где (и й2 2). оянные величины

Veff u Veff — эффективные скорости для первой и второй нити насадка соответственно.

В связи с тем, что рабочие характеристики нитей приблизительно одина" ковы, т.е.

129 б947

Л Л и А Л,;

h, = A,+А,Veff, h = А,+А,Veff., 5 и поскольку нити насадка образуют между собой угол 8 то

Ve f f =Ucos (- -д.) Р! 2

a Ve f f = Vcos (- +,(), Ь где .д — угол между вектором скорости ветра и горизонтальной плоскостью.

Термоанемометр 2 постоянной температуры поддерживает суммарное сопротивление нитей постоянными, т,е.

R «++R„=Coons t, Все вышеизложенное приводит к дующей системе уравнений:

2I„R„=(h, +4 ) (К -R )+r (h, -h )

2I R =(h, -h ) (R -R,)+r(h, +h ) !

1!в

h, =A, +А, (У со в (- -в) }

h, А +А,} Vcos (-+ *)}, о

20 сле30 где (n „" 2,2);

R - полусумма сопротивлений нитей в рабочем режиме;

R - полусумма сопротивлений ниО тей при температуре окружающего воздуха;

r — отклонение сопротивления одной из нитей насадка от ее сопротивления при d.=0 °

Анализ полного решения этой систе" мы относительно питающего тока I = I (U p) и r=r(V,d) показывает, что

w при углах между вектором скорости ветра и горизонтальной плоскостью, не превышающих с " 2б, и угла между нитями насадка, установленном в

О диапазоне от 65 до 124, их значения с погрешностью меньше 5Х аппроксимируются соотношениями

z (асов (С

r С (P) !

Iw где В,, В, (P) и С (р) — некоторые постоян-! ные, В практических приложениях предлагаемого измерителя эти соотношения

55 справедливы, так как угол между вектором скорости и горизонтальной плоскостью почти никогда, особенно над поверхностью моря, не превьппаетс

Таким образом, напряжение Е, на питающей диагонали моста, образованного нитями насадка и дополнительными резисторами, пропорциональное току нитей I равно В В (p) Vcosd.) (В, В (P) — постоянные величины), Напряжение питающей диагонали моста подается на вход линеаризатора, выходное напряжение U „„которого связано с входной функцией

U =(Š— Š)

О(СХ С АУ где E „- напряжение сдвига линеаризатора, Таким образом, на выходе линеаризатора при соответственно подобранном напряжении Е, сдвиrа, действует напряжение, прямо пропорциональное величине горизонтальной компоненты скорости. частота среза амплитудно-частотной характеристики измерителя по тракту горизонтальной компоненты скорости достаточно высока, так как для него нити насадка работают в режиме термоанемометра постоянной температуры, Напряжение Е на измерительной диаd гонали моста, сбалансированного при совпадении вектора скорости ветра с горизонтальным направлением (()(-=О), а при медленных изменениях вертикальной компоненты скорости ветра равно I . r и пропорционально !

)" (Vcos+)

В высокочастотнои

I„ части исходного спектра изменений вертикальной компоненты скорости ветра необходимо учитывать завал амплитудно-частотной хар акт ери стики, вызванный тем, что по питающему току нити насадка включены последовательно, т. е. работают при измерении величины вертикальной компоненты скорости ветра в режиме термоанемометра постоянного тока с постоянной време1 ни (- -- -, существенно большей эквиЕ,„ валентной постоянной времени в режиме термоанемометра постоянной температуры, В результате напряжение на измерительной диагонали моста описывается соотношением (Vcos Ы) " l

Е =С ---------tg (L-----, T !

129б9

5 где р — параметр Лапласа;

7 — обратно пропорционально квадрату напряжения на питающей диагонали моста.

После предварительного усиления, осуществляемого дифференциальным усилителем 7, это напряжение поступает на множительный вход перемножителяделителя 8, другой множительный вход которого соединен с питающей диаго- 10 налью моста, а его делительный вход подключен к выходу схемы 5 вычитания постоянной величины линеаризатора 3.

Поэтому напряжение на выходе перемножителя-делителя 8 пропорционально 15

- — -tgaL, Для компенсации искажений

1+7,р в области высших частот исходного спектра вертикальной компоненты скорости ветра в измеритель введено ?0 пропорционально- дифференцирующее звено.с управляемым выходным напряжением квадратора 4 линеаризатора 3 частотой среза. Коэффициент передачи такого пропорционально-дифференцирующего звена равен 1+,Р, где 7 — постоянная времени звена.

Постоянная времени звена определяется из соотношения ю 1 30

7 = CR

У

К где С вЂ” электрическая емкость конденсатора 15; а

R - сопротивление резистора 14.

Таким образом, подстройкой резистора R можно получить i =7, т. е. напряжение на выходе пропорциональнодифференцирующего звена 9 в широком диапазоне частот пропорционально 40 только .таигенсу углу между вектором скорости ветра и горизонтальной плоскостью, Поэтому напряжение на выходе перемножителя 10, входы которого подключены к выходам пинеаризатора 3, 45 и пропорционально-дифференцирующего звена 9 прямо пропорционально величине вертикальной компоненты скорости V =Vsind. ветра в широкой полосе

z частот. 50 формула изобретения

1. Измеритель горизонтальной и вертикальной компонент скорости вет- 55 ра, содержащий насадок с двумя, расположенными под углом друг к другу нитями, размещенный на стреле легкой

47 флюгарки, два дополнительных резистора, образующих с нитями насадок мост, термоанемометр постоянной температуры, подключенный к питающей диагонали моста и входу линеаризатора, состоящего из последовательно соединенных квадратора, схемы вычитания постоянной величины и схемы возведения в степень, дифференциальный усилитель, входы которого соединены с измерительной диагональю моста, и перемножитель, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и расширения частотного диапазона измерения вертикальной компоненты скорости ветра, в него введены перемножитель-делитель и пропорционально-дифференцирующее звено, причем один из множительных входов перемножителя-делителя подключен к питающей диагонали моста, другой— к выходу дифференциального усилителя, делительный вход — к выходу схемы вычитания постоянной величины линеаризатора, а выход — к информационному входу пропорционально-дифференцирующего звена, управляющий вход которого подключен к выходу квадратора линеаризатора, а выход соединен с первым входом перемножителя,. второй вход которого соединен с выходом схемы возведения в степень линеаризатора, 2. Измеритель по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что пропорционально-дифференцирующее звено выполнено состоящим из дифференциапь» ного усилителя, перемножителя напряжений, инвертирующего операционного усилителя, резистора и конденсатора, причем прямой вход дифференциального усилителя соединен с первым выводом конденсатора, инвертирующий вход— с выходом инвертирующего операционного усилителя и первым входом перемножителя напряжений, второй вывод конденсатора соединен с входом инвертирующего операционного усилителя и первым выводом резистора, второй вывод которого соединен с выходом перемножителя напряжений, второй вход перемножителя напряжения является управляющим входом, прямой вход дифференциального усилителяинформационным входом, а выход дифференциального усилителя - выходом пропорционально-дифференцирующего звена, 1 296947 а /мюссе

ATFfflJP фиг 2

Составитель Л. Лабузова

Техред А. Кравчук Корректор Е, Рошко

Редактор А, Ревин

Заказ 772/47 Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4