Термоелектричний датчик швидкості потоку
Номер патенту: 1294
Опубліковано: 25.03.1994
Автори: Чекурін Василь Феодосійович, Потапчук Галина Миколаївна, Стельмах Олег Богданович, Варшава Славомир Степанович
Формула / Реферат
Термоэлектрический датчик скорости потока, содержащий терморезистор, включенный в измерительную схему, защитный экран и источник тока, отличающийся тем, что в него введены ограничительный резисторный вольтметр постоянного тока с параллельно подключенным к нему конденсатором, причем вольтметр постоянного тока последовательно соединен в ограничительным резистором и терморезистором, при этом защитный экран выполнен в виде цилиндрического стакана, внутри которого размещена половина термореаистора, выполненного из нитевидного кристалла GaAs n-типа, легированного S и Zn, а источник тока выполнен переменным.
Текст
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скоростей газовых потоков. Известен термоанемометрический датчик. содержащий нагреваемый терморезистивный элемент из нитевидного полупроводникового кристалла Те. легированного серебром, подключенный в измерительную схему [1]. Его недостатком является сложность применения для работы в широком температурном диапазоне и невысокая точность. Известен термоанемометр, содержащий нагреваемый терморезистор (ТР). а также компенсационный ТР для уменьшения температурной погрешности, который принимает температуру потока за счет конвекции, но защищен от не экраном, при этом ТР включены в мостовую измерительную схему, содержащую источник тока. резисторы, измерительный прибор [2]. Недостатком термоанемометра является сложность конструкции, связанная как с установкой в потоке дополнительного конструктивного элемента - защитного экрана, так и с наличием усилителя. Кроме того; разделение элементов конструкции повышает инерционность. В основу изобретения поставлена задача усовершенствовать термоэлектрический датчик скорости потока так. чтобы путем автоматической компенсации изменения температуры потока и выбора материала чувствительного элемента расширить его функциональные возможности. Поставленная задача достигается за счет того, что в термоэлектрический датчик скорости потока, содержащий терморезистор, включенный в измерительную схему, источник тока и защитный экран, введены ограничительный резистор и вольтметр постоянного тока с параллельно подключенным к нему конденсатором, причем вольтметр постоянного тока последовательно соединен с ограничительным резистором и терморезистором, при этом защитный экран выполнен в виде цилиндрического стакана, внутри которого размещена половина 1 терморезистора, выполненного из нитевидного кристалла GaAs n-типа, легированного S и Zn, а источник тока выполнен переменным. На фиг. 1 показана схема датчика; на 1 фиг. 2 приведена его градуировочная характеристика. Датчик содержит чувствительный элемент в виде ТР 1, электрические выводы 2, защитный экран 3, торцевой экран 4, регулируемый источник переменного тока 5, вольтметр 6, ограничительное сопротивление 7, конденсатор 8. Чувствительный элемент 1 выполнен из нитевидного полупроводникового кристалла (например GaAs), к концам его присоединены методом электроимпульсной приварки золотого микропровода электрические выводы 2, часть чувствительного элемента 1 расположена внутри цилиндрического защитного экрана 3 таким образом, что он зафиксирован по оси цилиндра 3 с помощью торцевого экрана 4. Характерные размеры чувствительного элемента: длина - 2-3 мм, сечение 0,13-0,17 мм 2. Цилиндрический экран 3 выполнен из керамической трубки l = 5 мм, O 1 =1,75 мм, O 2 =1,35 мм, торцевой экран 4 - из стеклотекстолита. / / Работа датчика основана на следующем. При разогреве ТР переменным током и расположении его защищенной частью вверх перпендикулярно потоку на единице длины ТР выдается мощность где I - действующее значение плотности тока; р - удельное сопротивление материала ТР: d - диаметр кристалла. С защищенной части ТР, обмениваемой теплом с внешней средой в режиме свободной конвекции, с единицы длины ТР отводится мощность где l - коэффициент теплообмена в режиме свободной конвекции; Т - температура ТР; Тс - температура среды. Незащищенная часть ТР обменивается теплом с внешней средой в режиме вынужденной конвекции. Мо щность, отводимая с единицы длины ТР, выразится где рс, с - плотность и удельная теплоемкость среды; v - скорость потока. В отсутствие потока Q1 - Q2 и вдоль ТР установится однородное распределение температуры и перепад D T между концами ТР равен 9. При v ¹ 0 вдоль ТР установится неоднородное распределение температуры, причем температура защищенной части будет выше температуры незащищенной части, перепад D T будет тем больше, чем выше скорость потока. Возникает термоЭДС между концами ТР где a - коэффициент дифференциальной термоЭДС. Напряжение через ограничительный резистор поступает на вход вольтметра и регистрируется. Переменная составляющая напряжения на концах ТР фильтруется конденсатором. Подбор значений ограничительного сопротивления и емкости С можно осуществить из условий: где w - частота питающего тока; U~ - напряжение источника; U - постоянная составляющая напряжения на'ТР; RTR, R - сопротивления ТР и ограничительного резистора. Пример конкретного исполнения. Чувствительный элемент 1 был выполнен из нитевидного кристалла GaAs n-типа, легированного S и Zn с удельным сопротивлением 0,23 Ом .см, сопротивлением не нагретого ТР~ 500 Ом. Датчик включали в измерительную схему фиг.1 с R = 10 к0м, С = 4 мкФ, использовали регулируемый источник переменного тока 5 с частотой 50 Гц, измерительным прибором 6 служил цифровой вольтметр В7-21. Задавали поток воздуха (до 2 м/с) с помощью специальной установки, содержащей системы подачи, регулирования подогрева и измерения скорости потока. Градуировочный график приведен на фиг.2 для двух температур 20 и 40°С (кривые 9 и 10).
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюThermoelectric indicator of flow rate
Автори англійськоюVarshava Slavomyr Stepanovych, Potapchuk Halyna Mykolaivna, Stelmakh Oleh Bohdanovych, Chekurin Vasuyl Fedosiovych
Назва патенту російськоюТермоэлектрический датчик скорости потока
Автори російськоюВаршава Славомир Степанович, Потапчук Галина Николаевна, Стельмах Олег Богданович, Чекурин Василий Феодосиевич
МПК / Мітки
МПК: G01P 5/10
Мітки: датчик, швидкості, термоелектричний, потоку
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/2-1294-termoelektrichnijj-datchik-shvidkosti-potoku.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Термоелектричний датчик швидкості потоку</a>
Попередній патент: Спосіб рафінування легкоплавких металів
Наступний патент: Пристрій до штучної вентиляції легень
Випадковий патент: Спосіб прямого мікропроцесорного керування тиристорним перетворювачем