UNSTEADY GAS FLOW TEMPERATURE AND SPEED RECORDER
Регистратор температуры и скорости нестационарного газового потока

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения температуры нестационарного газового потока, теплового импульса потока, скорости движения фронта теплового возмущения, зависимости скорости движения фронта теплового возмущения от расстояния до источника его возникновения.
Известен измеритель температуры, содержащий информационный датчик (датчик температуры) и блок измерения, который состоит из входного усилителя, аналого-цифрового преобразователя, коммутатора, блока управления, блока памяти, генератора тактовой частоты, адресного счетчика, положительного конденсатора, причем выход информационного датчика (датчик температуры) соединен с входом входного усилителя и вторым входом коммутатора, выход входного усилителя соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя и первым входом коммутатора, выход которого соединен со вторым входом аналого-цифрового преобразователя и входом положительного конденсатора, выход генератора опорной частоты соединен с первым входом блока управления, на второй вход которого поступает команда выхода, первый выход блока управления соединен с третьим входом коммутатора, второй выход - со вторым входом блока памяти, третий выход со входом адресного счетчика, выход которого соединен с третьим входом блока памяти, первый выход аналого-цифрового преобразователя соединен с первым выходом блока памяти, выход которого является цифровым выходом измерителя температуры [1].
Недостатками данного измерителя температуры является недостаточная информативность из-за отсутствия возможности определения профиля и измерения параметров теплового поля на заданной поверхности, возникающего в результате воздействия на эту поверхность распределенного источника воспламенения, низкая точность (из-за отсутствия схемы термокомпенсации холодного спая термопары), невозможность определения скорости движения фронта теплового возмущения, а также зависимости изменения скорости движения фронта теплового потока от расстояния до источника его возникновения, отсутствие возможности неконтактного съема накопленных замеров температуры.
Наиболее близким к изобретению является цифровой измеритель температуры, содержащий информационный датчик и блок измерения, который состоит из аналого-цифрового преобразователя, блока памяти, генератора тактовой частоты, N-аппаратно-программных каналообразующих модулей, микроЭВМ, аппаратно-программного модуля контроля внутренних питающих напряжений, блока измерения параметров окружающей среды, супервизора, радиотрансивера, com-порта, источника эталонных напряжений, при этом информационный датчик состоит из N-датчиков температуры, аналого-цифровой преобразователь является синхронным N-канальным, блок памяти энергонезависимым и перезаписываемым, причем группа выходов N-датчиков температуры через аппаратно-программные каналообразующие модули соединена с группой N - первых входов синхронного аналого-цифрового преобразователя, цифровой выход которого соединен с первым входом микроЭВМ, первый выход которой соединен со входом com-порта, выходы супервизора, энергонезависимого перезаписываемого блока памяти, генератора тактовой частоты, радиотрансивера, блока измерения параметров окружающей среды, аппаратно-программного модуля контроля внутренних питающих напряжений, первый выход источника эталонных напряжений соединены соответственно со вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым входами микроЭВМ, второй, третий и четвертый выходы которой соединены соответственно со входами радиотрансивера, энергонезависимого перезаписываемого блока памяти и со вторым входом синхронного аналого-цифрового преобразователя, третий вход которого соединен со вторым выходом источника эталонных напряжений, выходы радиотрансивера и com-порта являются соответственно первым и вторым выходами блока измерения [2].
Недостатками данного цифрового измерителя является недостаточная функциональность из-за невозможности определения скорости движения фронта теплового возмущения, а также зависимости скорости движения фронта теплового возмущения от расстояния до источника его возникновения.
Технической задачей изобретения является расширение функциональности цифрового измерителя температуры за счет дополнительного определения скорости движения фронта теплового возмущения, а также зависимости скорости движения фронта теплового потока от расстояния до источника его возникновения.
Решение технической задачи достигается тем, что в регистраторе температуры и скорости нестационарного газового потока, содержащем информационный датчик и блок измерения, который состоит из аналого-цифрового преобразователя, блока памяти, генератора тактовой частоты, N-аппаратно-программных каналообразующих модулей, микроЭВМ, аппаратно-программного модуля контроля внутренних питающих напряжений, блока измерения параметров окружающей среды, супервизора, радиотрансивера, com-порта, источника эталонных напряжений, при этом информационный датчик состоит из N-датчиков температуры, аналого-цифровой преобразователь является синхронным N-канальным, блок памяти энергонезависимым и перезаписываемым, причем группа выходов N-датчиков температуры через аппаратно-программные каналообразующие модули соединена с группой N - первых входов синхронного аналого-цифрового преобразователя, цифровой выход которого соединен с первым входом микроЭВМ, первый выход которой соединен со входом com-порта, выходы супервизора, энергонезависимого перезаписываемого блока памяти, генератора тактовой частоты, радиотрансивера, блока измерения параметров окружающей среды, аппаратно-программного модуля контроля внутренних питающих напряжений, первый выход источника эталонных напряжений соединены соответственно со вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым входами микроЭВМ, второй, третий и четвертый выходы которой соединены соответственно со входами радиотрансивера, энергонезависимого перезаписываемого блока памяти и со вторым входом синхронного аналого-цифрового преобразователя, третий вход которого соединен со вторым выходом источника эталонных напряжений, выходы радиотрансивера и com-порта являются соответственно первым и вторым выходами блока измерения дополнительно введены приемопередатчик, персональная ЭВМ, при этом N датчиков температуры (N≥4) информационного датчика размещены перпендикулярно направлению движения фронта теплового возмущения на равных расстояниях R друг от друга, вход приемопередатчика соединен с первым выходом блока измерений, выход приемопередатчика соединен с входом персональной ЭВМ.
Новыми элементами, обладающими существенными отличиями по устройству, являются: приемопередатчик, персональная ЭВМ, N датчиков температуры (N≥4) информационного датчика размещены перпендикулярно направлению движения фронта теплового возмущения на равных расстояниях R друг от друга, вход приемопередатчика соединен с первым выходом блока измерений, выход приемопередатчика соединен с входом персональной ЭВМ, а также связи между известными и новыми элементами устройства.
На фигуре 1 приведена функциональная схема регистратора температуры и скорости нестационарного газового потока.
Регистратор температуры и скорости нестационарного газового потока содержит N датчиков 1 температуры, N аппаратно-программных каналообразующих модулей 2 и блок 3 измерения, который состоит из N-канального синхронного аналого-цифрового преобразователя 4, микроЭВМ 5, супервизора 6, энергонезависимого перезаписываемого блока 7 памяти, генератора 8 тактовой частоты, радиотрансивера 9, аппаратно-программного модуля 10 контроля внутренних питающих напряжений, COM-порта 11, блока 12 измерения параметров окружающей среды и источника 13 эталонных напряжений, при этом группа выходов N датчиков 1 температуры через N аппаратно-программных каналообразующих модулей 2 соединена с группой N первых входов синхронного аналого-цифрового преобразователя 4, цифровой выход которого соединен с первым входом микроЭВМ 5, первый выход которой соединен со входом COM-порта 11, выходы супервизора 6, энергонезависимого перезаписываемого блока 7 памяти, генератора 8 тактовой частоты, радиотрансивера 9, блока 12 измерения параметров окружающей среды, аппаратно-программного модуля 10 контроля внутренних питающих напряжений, первый выход источника 13 эталонных напряжений соединены соответственно со вторым, третьим, четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым входами микроЭВМ 5, второй, третий и четвертый выходы которой соединены соответственно со входами радиотрансивера 9, энергонезависимого перезаписываемого блока 7 памяти и вторым входом синхронного аналого-цифрового преобразователя 4, третий вход которого соединен со вторым выходом источника эталонных напряжений 13, выходы радиотрансивера 9 и com-порта 11 являются соответственно первым и вторым выходами блока 3 измерения, приемопередатчик 14, персональную ЭВМ 15, при этом N датчиков температуры (N≥4) информационного датчика размещены перпендикулярно направлению движения фронта темпового возмущения на равных расстояниях R друг от друга, вход приемопередатчика 14 соединен с первым выходом блока 3 измерений, выход приемопередатчика 15 соединен с входом персональной ЭВМ 15.
Регистратор температуры и скорости нестационарного газового потока работает следующим образом.
При включении регистратора происходит контроль питающих напряжений с помощью аппаратно-программного модуля 10 контроля внутренних питающих напряжений, тестирование внутренних узлов микроЭВМ 5, контроль работоспособности энергонезависимого перезаписываемого блока 7 памяти и радиотрансивера 9.
После появления нестационарного газового потока происходит воздействие теплового поля на N датчиков 1 температуры, сигналы с выходов которых усиливаются и интерполируются N аппаратно-программными каналообразующими модулями 2 и поступают на N первых входов синхронного N-канального аналого-цифрового преобразователя 4, где из аналоговой формы преобразуются в цифровую. С выхода синхронного N-канального аналого-цифрового преобразователя 4 сигналы поступают на первый вход микроЭВМ 5. С учетом того что N-канальный аналого-цифровой преобразователь 4 является синхронным, то появление сигнала на одном из N датчиков 1 температуры приводит к фиксации этого момента микроЭВМ 5. Затем с некоторой задержкой во времени приходят сигналы с других датчиков, моменты появления которых также фиксируются микроЭВМ 5.
Сигналы с N датчиков 1 температуры, размещенных перпендикулярно направлению движения фронта теплового потока на равных расстояниях R друг от друга, поступают через N-канальный аналого-цифровой преобразователь 4 на первый вход микроЭВМ 5.
МикроЭВМ 5 является основным функциональным узлом прибора, осуществляющим регистрацию результатов экспериментов.
Результаты обработки записываются в энергонезависимом перезаписываемом блоке 7 памяти и поступают на вход радиотрансивера 9.
В энергонезависимом перезаписываемом блоке 7 памяти результаты могут храниться длительное время.
С выхода блока 12 измерения параметров окружающей среды на вход микроЭВМ 5 поступает информация об атмосферном давлении, температуре и влажности окружающей среды, которая учитывается при определении вышеуказанных параметров теплового поля и фиксации условий проведения экспериментов.
Источник 13 эталонных напряжений обеспечивает питание аналого-цифрового преобразователя 4 и микроЭВМ 5 высокостабильными эталонными напряжениями.
Радиотрансивер 9 позволяет осуществить неконтактную передачу результатов экспериментов в радиолокационном диапазоне длин волн по запросу приемопередатчика 14.
Супервизор 10 отслеживает величину напряжения питания микроЭВМ 5 и фиксирует те моменты, когда оно находится ниже допустимого уровня, предотвращая сбои в работе регистратора температуры и определении скорости нестационарного газового потока.
При возникновении необходимости или отказе радиотрансивера 9 информация о результатах экспериментов может быть считана в помощью внешнего устройства через COM-порт 11.
Приемопередатчик 14 формирует запрос и принимает с радиотрансивера (с первого выхода блока измерений) результаты эксперимента, которые передает на вход персональной ЭВМ 15.
1
2
2
3
3
4
1
2
3
n-1
Персональная ЭВМ 15 обрабатывает результаты эксперимента и определяет для каждого из N датчиков величину температуры на фронте теплового возмущения, импульс теплового возмущения. Кроме того, с учетом расположения N датчиков температуры относительно источника теплового возмущения и расстояния R между ними, а также времени t прохождения фронтом теплового возмущения расстояния R, по формуле  она рассчитывает скорость V движения фронта теплового возмущения на участке от R до R, R до R, R до R и т.д. Так как датчиков температуры должно быть N≥4, то в результате расчетов получается набор скоростей V, V V, … V, из анализа которого определяется зависимость скорости движения фронта теплового возмущения от расстояния до источника его возникновения.
Использование предлагаемого технического решения позволяет расширить функциональные возможности, повысить точность и удобство эксплуатации регистратора температуры и скорости нестационарного газового потока.
Источники информации
1. Устройство регистрации термо-ЭДС ИТ-4К-0,1. Техническое описание и инструкция по эксплуатации.
2. Мужичек С.М., Яковлев А.А., Ефанов В.В. Патент РФ на изобретение №2365884, 2009 (прототип).