Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Algorytmiczna optymalizacja pasma przenoszenia anemometru z grzanym włóknem

Ligęza Paweł

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2021

|

T. 23, nr 1-4

3--9

PL

Optymalizacja pasma przenoszenia anemometrów z grzanym włóknem stanowi jedno z wyzwań metrologii przepływów turbulentnych i pulsacyjnych. W tym celu stosowana jest miniaturyzacja czujników zmniejszająca inercję termiczną elementu pomiarowego, struktura układu elektronicznego i parametry jego elementów podlegają optymalizacji, rozwijane są metody i algorytmy przetwarzania sygnału wyjściowego. W typowych anemometrach z grzanym włóknem wyjściowy sygnał napięciowy przetwarzany jest na sygnał mierzonej prędkości z zastosowaniem statycznej funkcji wzorcowania. W artykule opisano algorytm pomiarowy wykorzystującą równocześnie dwa sygnały pomiarowe z anemometru. Są to sygnały proporcjonalne do napięcia i prądu czujnika. Na podstawie tych sygnałów i dynamicznego modelu czujnika z parametrami wzorcowania odtwarzany jest przebieg mierzonej prędkości przepływu.

EN

One of the challenges of turbulent and pulsed flow metrology is the optimization of the bandwidth of hot- -wire anemometers. The miniaturization of sensors is used there, which reduces the thermal inertia of the measuring element, the structure of the electronic system and parameters of its elements are optimized, methods and algorithms for processing the output signal are developed. In typical hot-wire anemometers, the output voltage signal is converted into the measured velocity signal using a static calibration function. The article describes a measurement algorithm that simultaneously uses two measurement signals from an anemometer. These are signals proportional to the sensor voltage and current. Based on these signals and the dynamic calibration function, the measured flow velocity is calculated using a dynamic sensor model.

2

The hot-wire anemometer

Kiełbasa J.

Archives of Mining Sciences

|

2014

|

Vol. 59, no. 2

467--475

EN

This study analyses the behaviour of a hot-wire anemometer incorporated into a bridge circuit in the function of the voltage Uz supplying the bridge circuit and hence the current Iw flowing through the hot wire. The dependence of differential voltage ΔU on Iw and the value of derivative d(ΔU)/dIw as a function of the current supplying the hot-wire element were determined. These data enable the determination of working conditions of the constant-resistance (i.e. the constant-temperature) hot-wire anemometer.

PL

W artykule analizowano zachowanie się grzanego włókna włączonego w mostek w zależności od napięcia Uz zasilania mostka, a co za tym idzie od prądu Iw płynącego przez grzane włókno. Wyznaczono napięcie różnicowe ΔU(Iw) oraz wielkość pochodnej d(ΔU)/dIw jako funkcje prądu zasilania włókna. Te dane pozwalają na wyznaczenie warunków pracy grzanego włókna jako anemometru stałorezystancyjnego (stałotemperaturowego).

3

Wyznaczenie parametrów w równaniu opisującym anemometr stałorezystancyjny

Kiełbasa J.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2012

|

R. 58, nr 12

1037-1039

PL

W artykule zaprezentowano inne podejście do tzw. prawa Kinga, które wiąże prąd Iw zasilający włókno anemometru cieplnego z jego rezystancją Rw, temperaturą włókna Tw, temperaturą napływającego medium Tg, prędkością medium v a także trzema parametrami a, b i n, które określa się w procesie wzorcowania sond. W artykule za Ligęzą [5] wprowadza się tzw. prąd normujący Ik oraz prędkość normującą vk, które jednak definiuje się odmiennie. Dzięki temu można wyznaczyć niezależnie wykładnik n.

EN

The King's law describes heat losses of a thin heated wire in relation to the flow velocity and the type of flowing medium. This formula was derived under the following assumptions: the flow is potential, the flow velocity is uniform in the vicinity of the wire and the flowing medium does not change its composition and the physical properties regardless of the velocity and the temperature. Under the above conditions the asymptotic solution has a form: [wzór] Then, it turned out that the real characteristics of anemometers differed from the above relationship. Numerous authors modified Eq. 1 by introducing the term v0,5 instead of vn . The constant resistance anemometer can be described by Eq. 2. The dimension of term bvn is changeable since it depends on n, therefore parameters b and n cannot be determined unambiguously. Ligęza [5] proposed a solution to this problem by introducing the characteristic current Ik and the standard velocity vk. In such approach Eq. 2 takes the form of Eqs. 3 and 4. The author rewrote Eq. 3 to the form of Eq. 5, in which the values related to the current are on the left side and the values related to the velocity are on the right side. If the left side equals 1, the flow velocity v is equal to vk regardless of the value of exponent n. After logarithming Eq. 5. side by side we obtain the n(v) dependence.

4

The angular characteristics of differential voltage obtained by a single-wire flow sense sensor

Kiełbasa J.

Archives of Mining Sciences

|

2010

|

Vol. 55, no 1

49-57

EN

In this article a single-wire hot-wire anemometric probe enabling the detection of the sense of flow velocity vector is described. In a single probe an additional third support was introduced in the "middle" of a wire. Thanks to this it is possible to obtain a voltage Uc measured across the whole wire and the voltage Us measured across its one half . The voltage drop across the one part of the wire equals Us while on the other it amounts Uc-Us. The voltage difference […] between the two parts of the wire thus amounts Uc-2Us. The sign of the voltage difference […] provides information on the sense of the flow velocity vector in the coordinate system connected with the measuring probe.

PL

W artykule przedstawia się jednowłóknową sondę termoanemometryczną służącą do wykrywania zwrotu prędkości przepływu. W pojedynczej sodzie wprowadzono trzeci wspornik, do którego wyprowadzono "środek" włókna. Dzięki temu uzyskuje się napięcie Uc na całym włóknie i Us na "środku" włókna. Spadek napięcia na jednej części włókna wynosi Us a na drugiej Uc-Us. Napięcie różnicowe […] między obu częściami włókna wynosi Uc-2Us. Znak napięcia […] informuje o zwrocie prędkości przepływu w układzie współrzędnych związanych z sondą pomiarową.

5

Angular characteristics of resistance asymmetry coefficient in a single-wire reverse flow sensor

Kiełbasa J.

Archives of Mining Sciences

|

2008

|

Vol. 53, no 1

63-74

EN

In this article the author discusses a single hot-wire probe for the detection of reverse flow velocity. The probe is modified by introducing a third holder into which the middle section of the wire is inserted. Due to this modification, voltage Uw is achieved within the whole wire and voltage Um is achieved in the middle section of the wire. The asymmetry coefficient k of the probe can be calculated from these voltage values. When the probe is placed in a flow, the coefficient k depends additionally on the angle [...] between the wire axis and the velocity vector, on the angle ß between the rotation plane of the wire and the velocity vector, and on the velocity v. During the probe assembly there are always some inaccuracies that cause initial asymmetry of the resistance distribution in both sections of the heated WITe. These are included in the probe asymmetry coefficient as the calculated average of all [...] angles.

PL

W artykule przedstawiono jednowłóknową sondę termoanemometryczną przystosowaną do wykrywania zwrotu prędkości przepływu. Modyfikacja polega na wprowadzeniu trzeciego wspornika, do którego wyprowadzono "środek" włókna. Dzięki temu uzyskuje się napięcie Uc na całym włóknie i Us na "środku" włókna. Znając te napięcia wyznacza się współczynnik asymetrii sondy k. Gdy sonda znajdzie się w przepływie współczynnik k będzie dodatkowo zależał od kątów [...] pomiędzy osią włókna a wektorem prędkości, ß pomiędzy płaszczyzną obrotu włókna a wektorem prędkości oraz od prędkości v. W trakcie wykonywania sondy powstają zawsze pewne niedokładności powodujące wstępną asymetrię rozkładu rezystancji obu części grzanego włókna. Uwzględnione to jest w średniej asymetrii sondy liczonej jako średnia po wszystkich kątach [...].

6

Anemometr z grzanym włóknem - różne rozwiązania

Kiełbasa J.

Mechanika / Akademia Górniczo-Hutnicza im. St. Staszica

|

2004

|

T. 23, z. 1

33-47

PL

W pracy omawia się anemometr z grzanym włóknem, wychodząc z analizy procesu nagrzewania włókna w zadanych warunkach odbio ru ciepła przez opływające go medium. Zakładając, że straty ciepła opisuje prawo Newtona, i wykorzystując, że rezystancja włókna zależy liniowo od temperatury, dochodzi się do równania (8), które mówi, że odwrotność współczynnika nagrzania włókna jest liniową funkcją kwadratu prądu zasilającego włókno, przy czym współczynnik kierunkowy P(f) prostej jest zależny od warunków odprowadzania ciepła. Znajomość parametru 0(z>) pozwala na wyznaczenie statycznych charakterystyk prędkościowych anemometru z grzanym włóknem w wybranym układzie zasilania. Kilka takich charakterystyk przedstawiono na rysunkach 4-7.

EN

In this work a hot-wire anemometer was described. Ań analysis was based on phenomenon of hot-wire heating in flowing medium. Assumptions that Newtons law governs heat loss and linear resistance of wire temperature dependence led to equation (8). Inverse of wire overheat ratio is linear function of electric current square feeding wire. Slope of beta (v) line enables to determine voltage vs. velocity dependence for various electronic systems. Some examples arę shown on figures 4-7.

7

Hot wire anemometer with sine modulation of wire temperature

Kiełbasa J.

Archives of Mining Sciences

|

2003

|

Vol. 48, nr 2

277-285

EN

The paper demonstrates a method for simultaneous measurements of flow velocity v and the temperature of the medium Tg by means of a single-wire probe operating in a CTA configuration where the overheating ratio is modulated sinusoidally. Assuming that parameters a and b in the King's equation (1) are not directly related to the temperature of the flowing medium, it becomes readily apparent that variations in power losses due to the change of the overheating ratio do not depend on the temperature of the medium Tg (Fig 2). When power losses are expressed in terms of instantaneous overheating ratio N(t) and voltage across the hot wire Uw and the voltage developed in Fourier series, the relationships between the zero order component Uo and the first order component U1 of the voltage across the hot wire and the flow velocity v and medium temperature Tg can be found. Thus obtained two nonlinear algebraic equations allow for simple computation of flow velocity v and medium temperature Tg.

PL

W artykule podaje się metodę równoczesnego pomiaru prędkości przepływu v i temperatury medium Tg za pomocą jednowłóknowej sondy termoanemometrycznej pracującej w układzie anemometru stałotemperaturowego, którego współczynnik nagrzania N(t) jest modulowany sinusoidalnie. Zakładając, że parametry a i b w prawie Kinga [równaniu (1)] nie zależą bezpośrednio od temperatury płynącego medium wykazano, że przyrosty lub straty mocy wywołane zmianą współczynnika nagrzania nie zależą od temperatury medium Tg (rys. 2). Wyrażając traconą moc za pomocą zależnego od czasu współczynnika nagrzania włókna N(t) i napięcia występującego na grzanym włóknie anemometru Uw i rozkładając to napięcie w szereg Fouriera znaleziono związki jakie zachodzą pomiędzy zerową składową Uo i pierwszą składową Ul napięcia na grzanym włóknie a prędkością v przepływu medium i temperaturą medium Tg. W przypadku modulacji współczynnika nagrzania włókna po rozwinięciu furierowskim napięcia na włóknie Uw na składowe otrzymuje się dodatkowe informacje, które to wykorzystuje się do wyliczenia prędkości przepływu i temperatury medium. Wielkości wylicza się z równań (23), (24), (27).