10.3. Термоанемометр постоянной температуры

Термоанемометры – приборы для измерения параметров движущихся сред (газов и жидкостей). Ими измеряют скорость течения, расход, тепловые характеристики. Принципиальная схема термоанемометра с поддержанием постоянной температуры терморезистора приведена на рис.10.3.

Рисунок 10.3 – Принципиальная схема термоанемометра постоянной

температуры

В качестве чувствительного элемента используется терморезистор RT, который помещается в среду, параметры которой необходимо измерить. Среда обтекает его со скоростью V. Терморезистор RT включен в мост R₁, R₂, R, RT, питание которого осуществляется напряжением U_п, стабилизирующемся с помощью схемы на транзисторе T₁ и стабилитрона Д₁.

Сигнал с моста подается на ОУ₁. Отрицательная обратная связь в схеме осуществляется по температуре разогрева датчика RT. Начальный разогрев датчику RT задаётся от стабилизатора напряжения (транзистор Т₁ и стабилитрон Д₁). При нулевой скорости обтекания датчика термочувствительный мост сбалансирован. По мере увеличения скорости обтекания датчика его сопротивление изменяется из-за снижения температуры.

Термочувствительный мост разбалансируется и напряжение измерительной диагонали моста, преобразованное операционным усилителем ОУ₁, подаётся в суммирующую точку стабилизатора напряжения. Датчик разогревается за счёт добавки к начальному напряжению стабилизатора выходного напряжения ОУ₁. На выходе термоанемометра выходное напряжение зависит от параметров схемы и потока:

U_вых=KR_T[H_o(T-T_o)/(R+R_T](1+( v /4 ),

где: Т - температура в градусах Кельвина разогретого датчика; Т_о - температура окружающей среды; K= R₁ / R₂ - коэффициент усиления ОУ₁; R_T -сопротивление разогретого датчика; R_o - сопротивление датчика без нагрева; R - постоянный резистор, включенный последовательно с терморезистором RT; H_o - коэффициент теплоотдачи при естественной конвекции; v - скорость потока; - коэффициент, зависящий от размеров температурного датчика и тепловых параметров среды.

Независимо от температуры среды термоанемометр можно настроить на измерение скорости или расхода. Подобные приборы можно применять для измерения скорости потока воздуха в помещениях, исследованиях тепловых характеристик жидкостей, паст и т.д.

10.4. Датчик давления с ёмкостным преобразователем

Электронная схема датчика давления может быть выполнена с выходом по частоте по схеме несимметричного мультивибратора (рис.10.4).

Рисунок 10.4 – Генераторная схема датчика давления.

В качестве чувствительного элемента используется емкость С, состоящая из кремниевой мембраны M и неподвижного электрода, выполняемым на подложке П.

Ёмкостно-резисторная R-C цепочка является времязадающей для работы операционного усилителя ОУ₁. При изменении давления p на мембрану M расстояние между ней и подложкой П изменяется – меняется и электрическая емкость С.

Установившееся значение частоты f колебаний генератора на ОУ₁ равно

где С- измерительная ёмкость преобразователя перемещений.

Транзистор T₁, включенный по схеме эмиттерного повторителя, предназначен для усиления выходного сигнала по току.