Modelowanie procesu regulacji anemometru stałotemperaturowego do pomiarów w przepływach szybkozmiennych

• Autorzy: Ligęza P.

Warianty tytułu

EN

Modeling and computer simulation of the process of regulation of the constant temperature anemometer for measurements in fast changing flows

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Typowym układem pracy anemometru z grzanym włóknem jest układ stałotemperaturowy. Jest to elektroniczny układ automatycznej regulacji, który utrzymuje średnią temperaturę włókna czujnika na stałym, zadanym poziomie. Układ stałotemperaturowy zawiera mostek komparacji rezystancji oraz regulator pracujący w pętli sprzężenia zwrotnego. W takim układzie prąd czujnika jest funkcją strat cieplnych włókna pomiarowego, a więc pośrednio mierzonej prędkości przepływu. Anemometr stałotemperaturowy umożliwia pomiar szybkozmiennych fluktuacji prędkości przepływu, jednak pasmo przenoszenia jest funkcją parametrów układu, oraz współczynnika nagrzania włókna i prędkości przepływu. Dobór parametrów i regulacja układu stałotemperaturowego umożliwiają kształtowanie i optymalizację pasma przenoszenia anemometru do pomiarów w szybkozmiennych przepływach turbulentnych. W pracy przedstawiono model matematyczny anemometru stałotemperaturowego oraz badania symulacyjne obrazujące kształtowanie pasma przenoszenia i metodykę optymalnej regulacji anemometru. Artykuł stanowi pierwszą część cyklu poświęconego tematyce pomiarów termoanemometrycznych w przepływach szybkozmiennych.

EN

A typical system for supply a hot-wire flow velocity sensor is a constant-temperature system. It is an electronic automatic control system, that maintains an average temperature of the wire at a constant, preset level. The constant-temperature system consists of a resistance bridge and a regulator working in the feedback loop. In such an arrangement, the current of the sensor is a function of the heat loss from wire to flow, and therefore, indirectly, the function of the measured fl ow velocity. The constant-temperature anemometer enables the measurement of fast fluctuations in flow, but the frequency bandwidth of the anemometer is a function of the overheat ratio and the flow velocity. The choice of system parameters allows to optimize the frequency bandwidth of the anemometer. Presented mathematical model of the constant-temperature anemometer and research methodology of computer simulations allows analysis of the process of regulation, optimization and determination of the frequency bandwidth of the anemometer. This article is the first part of a series dedicated to the topic of hot-wire anemometric measurements in fast changing flows.

Słowa kluczowe

PL

anemometr stałotemperaturowy; model matematyczny; symulacja komputerowa; pasmo przenoszenia

EN

hot-wire anemometry; mathematical model; computer simulation; frequency bandwidth

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 19, nr 1
• Strony: 57--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 12 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Ligęza P.

• Instytut Mechaniki Górotworu PAN, ul. Reymonta 27; 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Freymuth P. Feedback Control Theory for Constant-Temperature Hot-Wire Anemometers. Rev. of Sci. Instrum. 1967; 38: 677-681.
• [2] Davis M.R. The dynamic response of constant resistance anemometers. J. Phys. E: Sci. Instrum. 1970; 3: 15-20.
• [3] Freymuth P. Frequency response and electronic testing for constant-temperature hot-wire anemometers. J. Phys. E: Sci. Instrum. 1977; 10: 705-710.
• [4] Watmuff J.H. Investigation of the Constant-Temperature Hot-Wire Anemometer. Exp. Thermal and Fluid Sci. 1995; 11: 117-134.
• [5] Saddoughi S.G., Veeravalli S.V. Hot-wire anemometry behaviour at very high frequencies. Meas. Sci. Technol. 1996; 7: 1297-1300.
• [6] Freymuth P. On higher order dynamics of constant-temperature hot-wire anemometers. Meas. Sci. Technol. 1998; 9, 534-535.
• [7] Payne S.J. Unsteady Loss in a High Pressure Turbine Stage. A thesis submitted in partial fulfillment of the requirements of the degree of Doctor of Philosophy at the University of Oxford, Hilary Term, Department of Engineering Science, University of Oxford, 2001 http://www.robots.ox.ac.uk/~sjp/publns/sjp_thesis_c4_chapter4.pdf.
• [8] Li D.J. Dynamic response of constant temperature hot-wire system in turbulence velocity measurements. Meas. Sci. Technol. 2004; 15: 1835-1847.
• [9] Li D.J. The effect of electronic components on the cut-off frequency of the hot-wire system. Meas. Sci. Technol. 2005; 16: 766-774.
• [10] Li D.J. Dynamic response of constant temperature hot-wire system under various perturbations. Meas. Sci. Technol. 2006; 17: 2665-2675.
• [11] Ligęza P. A four-point constant-current/temperature controlled circuit for anemometric applications. Review of Scientific Instruments, vol. 71, 1, 2000.
• [12] Ligęza P. On unique parameters and unified formal form of hot-wire anemometric sensor model. Review of Scientific Instruments, vol. 76, 1, 2005.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).