Пневматическое измерительноеустройство

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСХОМУ СВИД1:ТЕЛЬСТВО

Союз Советск ни

Социалистическик

Республик ц840933 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 29. 11. 78 (21) 2724745/) 8-24, (51)M. Кл. с присоединением заявки ¹

G 06 G 5/00

6 01 К l/20

1веуАарстевиный комитет

СССР по лелем изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 621-525 (088. 8) Опубликовано 23.06.81. Бюллетень № 23

Дата опубликования описания 26.06.81 (?2) Автор. изобретения

И. Е. Глазков (71) Заявитель (54) ПНЕВМАТИЧЕСКОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО е »

1вхк1вмк

1ьх Е1 ) тр )x где

Изобретение относится к пневматической измерительной технике, а более конкретно — к пневматическому датчику температуры.

Известные пневматические датчики температуры, построенные по мостовой (уравновешенные и неуравновешенные) и немостовой схемам, включающие ламинарные сопротивления создают пневматическую помеху, которая модулирует полезный сигнал по амплитуде во времени, измеряемом часами fl).

Расходная характеристика ламинарного сопротивления зависит от общего коэффициента сопротивления, который

15 равен Вт„l в их ЕТр венно коэффициенты сопротивления, характеризующие потери на входе и выходе и потери на трение при течении воздуха через ламинарное сопротивление:

Е /с1 — отношение длины капилляра к его внутреннему диаметру.

Величина этих коэффициентов различна, так как их сумма есть функция числа Рейнольдса. Причем крутизна

S-параметр, характеризующий отношение приращения общего коэффициента сопротивления к числу Рейнольдса, на всем протяжении характеристики различная (нелинейная). Нелинейность крутизны общего коэффициента сопротивления ламинарного сопротивления определяет выражение:

Из-эа изменения (флуктуации) вяз,кости атмосферного воздуха изменяется в фазе отношение (2 ), изменяется (флуктуацирует) величина ламинарного сопротивления Й„ падение давления на нем сз Р и расход воздуха G через него в функции времени измеряемое часами. лневматическото компенсационного моста подключены компенсационные цепи, одна из которых состоит из последовательно включенных переменного турбулентного сопротивления и ламинарного сопротивления, а другая компенсационная цепь состоит из последовательно включенных первого и второго переменных турбулентных сопротивлений и ламинарного сопротивления, причем обе компенсационные цепи размещены в камерах с постоянной, но различной температурой.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства.

Процесс компенсации пневматической помехи сводится к компенсации в ламинарном сопротивлении преобразователя полезного сигнала, флуктуацирующе20 го в фазе с флуктуацией вязкости атмосферного воздуха. Для компенсации

1 пневматической помехи необходимо, чтобы нелинейность крутизны общего коэффициента сопротивления по формуле (2 )

25 ламинарных сопротивлений — преобразователя и сравнения была одинаковой.

Пневматическое измерительное устройство содержит пневматический компенсационный мост для измерения температуры с турбулентными 1 и 2 и ламинарными 3 и 4 сопротивлениями в смежных плечах. Установочные размеры противоположных ламинарных сопротивлений 3 и 4 одинаковые. Размеры турбулентных сопротивлений 1 и 2 равны между собой, ноль-индикатор 5, подключенный к измерительной диагонали пневматического компенсационного моста 6, источник давления, подклю40 ченный к другой диагонали пневматического компенсационного моста. Параллельно сопротивлению 4 подключены компенсационные цепи, одна из которых состоит из последовательно

45 включенных переменного турбулентного сопротивления 7 и ламинарного сопротивления 8 а другая — из последовательно включенных первого 9 и второго 10 переменных турбулентных сопротивлений и ламинарного сопротивления 11. Обе цепи размещены в камерах 12 и 13 с постоянной, но различной температурой.

При равной температуре ламинар- . ных сопротивлений 3 и 4 в них нелинейность крутизны общего коэффициента сопротивления по формуле (2) одинаковая. В этом случае вместе с компенсацией полезного сигнала

3 840933 4

В известных пневматических мостовых (уравновешенных и неуравновешенных) и немостовых схемах измерение температуры производят путем сравнения величин падения давления на ламинарном сопротивлении преобразователя и ламинарном сопротивлении сравнения.

Если степень нелинейности крутизны общего коэффициента сопротивления по формуле (2) обеих ламинарных сопротивлений одинаковая, то разность их будет равна нулю или постоянной величине одного знака. Если степень нелинейности крутизны общего коэффициента сопротивления по формуле (2) обеих ламинарных сопротивлений не- одинаковая, то в результате вычита.ния (сравнения одного с другим) по лучится во времени разностный сигнал, флуктуацирующий в фазе с флуктацией вязкости атмосферного воздуха. Этот флуктуацирующий разностный сигнал накладывается на полезный сигнал, модулируя его (полезный сигнал) по амплитуде, поэтому флуктуацирующий разностный сигнал назван пневматической помехой.

В результате воздействия пневматической помехи на полезный сигнал снижается во времени класс точности известных мостовых (уравновешенных и неуравновешенных) и немостовых устройств для измерения температуры до четвертого класса точности. Эта помеха имеет характерную особенность: ошибка измерения температуры изменяется по величине и знаку во времени, измеряемое часами, что очень сильно затрудняло применение известных устройств на пневмосопротивлениях в качестве датчика температуры в автоматическом режиме работы..

Наиболее близким к предлагаемому является пневматический компенсационный мост для измерения температуры с турбулентными и ламинарными сопротивлениями в смежных плечах, ноль-индикатор, подключенный к одной из диагоналей пневматического компенса" ционного моста, и источник давления, подключенный к другой диагонали пневматического компенсационного моста.

Цель настоящего изобретения — повышение точности пневматиче кого измерительного устройства путем компенсации пневматической помехи.

Поставленная цель достигается эа счет того, что параллельно ламинарному сопротивлению одного из плеч

5 840933 6 компенсируется пневматическая помеха.

Ф

Когда температура ламинарного сопротивления 3 отличается от температуры ламинарного сопротивления

4, параллельно ламинарному сопротивлению сравнения пневматического компенсационного моста подключены компенсационные цепи. Для стабилизации коМпенсационных цепей введены камеры с постоянной температурой,которые по условиям компенсации весь диапазон температуры измерительного устройства делят на нижнюю и верхнюю температурные зоны.

В нижней температурной зоне в камере 12 компенсацию пневматической помехи производят при помощи ком-. пенсационной цепи, подключенной параллельно к ламинарному сопротивлению сравнения 4, и состоящей из последовательно включенных переменного турбулентного сопротивления 7, и ламинарного сопротивления 8. В ламинарном сопротивлении 3 подсчитывается понижение коэффициентов сопротивления суммы входа и выхода t вх + (sa, /; потери на трение С/d gT, общий коэффициент сопротивления

На эту расчетную величину необходимо понизить указанные коэффициенты ,в ламинарных сопротивлениях в плече ,сравнения сопротивлениями 4 и 8 моста и одновременно выравнять расход воздуха в обеих ветвях моста.

Известно, что при регулировании расхода воздуха через ламинарное сопротивление в нем можно регулировать нелинейность крутизны общего коэффи- 4О циента сопротивления, но это регулирование происходит в недостаточных пределах. Для увеличения предела регулирования нелинейности крутизны общего коэффициента сопротивления ламинарного сопротивления сравнения, параллельно к последнему подключают компенсационную цепь,.состоящую из последовательно включенных переменного турбулентного сопротивления и ламинарного сопротивления. Известно, что коэффициент гидравлических потерь турбулентных сопротивлений в широком диапазоне числа Рейнольдсапостоянный, поэтому включением в компенсационную цепь переменного турбулентного сопротивления — общую расходную характеристику ламинарных сопротивлений в плече сравнения 8 и 9 выравнивают с расходной характеристи:кой ламинарного сопротивления — пре-< образователя 3. На основании расчетных данных устанавливают в компенсационной цепи размеры ламинарного сопротивления и пределы регулирования турбулентного сопротивления. Следовательно, с помощью компенсационной цепи с сопротивлениями 7 и 8 выравнивают падение давления в противопоставляемых плечах — измерения и сравнения; расход воздуха в обеих ветвях моста; нелинейность крутизны общего коэффициента сопротивления в ламинарных сопротивлениях-преобразователе и сравнении по формуле (2) величину силы трения (потери на трении).

Ось движка .переменного турбулентного сопротивления 7 компенсационной ,цепи соединена с градуировочной температурной шкалой для отсчета температуры.

В верхней температурной зоне компенсацию пневматической помехи (камере 3) производят с помощью другой компенсационной цепи, состоящей из первого 9 и второго 1О переменных турбулентных сопротивлений и ламинарного сопротивления 11. С помощью первого переменного турбулентного сопротивления 9 расход воздуха через ламинарное сопротивление сравнения 4 устанавливают меньший, чем расход воздуха через ламинарное сопротивление — (преобразователя) 3 с таким расчетом, чтобы в ламинарном сопротивлении (сравнения) 4 коэффициенты сопротивления (сумма входа и выхода, потери на трение, общий коэффициент сопротивления) были вьвпе, чем в ламинарном сопротивлении — (преобразователе) 3. Последовательно включенные второе 10 переменное турбулентное сопротивление и ламинарное сопротивление 11 этой компенсационной цепи включают параллельно ламинарному сопротивлению (сравнения)

4 и компенсация пневматической помехи, теперь уже "искусственно" созданной, аналогична той, которая была в нижней температурной зоне.

Установка меньшего расхода воздуха через ламинарнбе сопротивление (сравнения) 4 с помощью первого 9 переменного турбулентного сопротивления компенсационной цепи и выравнивание расхода воздуха через ламинарные сопротивления в плече сравФормула изобретения

7 84 нения с помощью второго 10 переменного турбулентного сопротивления производят одновременно, оси их движков соединены кинематически и соединены со второй градуировочной шкалой для отсчета температуPbI °

Предлагаемое пневматическое Измерительное устройство экспериментельно проверено в работе. в автоматическом режиме. Класс точности пневматического измерительного устройства повышен на три класса и равен классу точности 0,5.

Пневматическое измерительное устройство, содержащее пневматический компенсационный мост для измерения температуры с турбулентнымн и ламинарными сопротивлениями в смежных плечах, ноль-индикатор, подключенный к одной из диагоналей пневматического компенсационного моста, и источник давления, подключенный к

0933 8 другой диагонали пневматического компенсационного моста, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения путем компенсации пневматической помехи, параллельно ламинарному.сопротивлению одного из плеч пневматического компенсационного моста подключены .компенсационные цепи, одна из которых состоит

10 из последовательно включенных переменного турбулентного сопротивления и ламинарного сопротивления, а дру-! гая компенсационная цепь состоит иэ последовательно включенных первого и .второго переменных турбулентных сопротивлений и ламинарного сопротивления, причем обе компенсационные цепи размещены в камерах с постоянной, но различной температурой.

z0 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Залманзон Л.А. Аэродинамические методы измерения входных параметров автоматических систем. "Наука", zs 1973, с..80-94 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 4169/74 Тираж 745 Подписное

Филиал ППП Патент,г.ужгород,ул.Проектная,4