РОЗРОБКА ЄМНІСНОГО ПЕРЕТВОРЮВАЧА ДЛЯ КРИЛЬЧАТИХ ВИМІРЮВАЧІВ ШВИДКОСТІ ТА ВИТРАТОМІРІВ ГАЗІВ
DEVELOPMENT OF A CAPACITIVE TRANSDUCER FOR WING VELOSITY METERS AND GAS FLOWMETERS
Сторінки: 33-38. Номер: №3, 2019 (273)
Автори:
М.П. СВИТА
ТОВ “НВФ “ПРОБА”, Київ
Н.М. ЗАЩЕПКІНА
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»
M.P. SVYTA
LLC “RPC “PROBA”
N.M. ZASHCHEPKINA
National Technical University of Ukraine “Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute”
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2019-273-3-33-38
Рецензія/Peer review : 15.05.2019 р.
Надрукована/Printed : 01.06.2019 р.
Анотація мовою оригіналу
В роботі запропонована конструкція ємнісного перетворювача для крильчатих вимірювачів швидкості газових потоків та витратомірів газів на їх основі. Розроблено діючий макет зонду з ємнісним перетворювачем кутової швидкості обертання крильчатки в електричний імпульсний сигнал. Частота вихідного імпульсного сигналу зонду пропорційна швидкості газового потоку в робочому температурному діапазоні від -40 до +350 ºС, що дозволяє використовувати даний зонд при високотемпературних технологічних та екологічних вимірюваннях. Наведені структурна та електрична принципова схеми ємнісного перетворювача та описаний принцип його роботи. Знята залежність ємності зонду від температури в діапазоні від 20 до 350 ºС та апробовано зонд в аеродинамічній трубі «Проба-25». Проведено вимірювання чутливості крильчатки та знято характеристику залежності частоти на виході зонду від швидкості повітряного потоку в аеродинамічній трубі. Перевірена працездатність зонду при максимальній робочій температурі.
Ключові слова: ємнісний перетворювач, швидкість потоку, газовий потік, витратомір газу, анемометр, зонд, крильчатка.
Розширена анотація англійською мовою
In the paper, the design of a capacitive converter for winged gas flow meters and gas flow meters based on them is proposed. The principle of operation of a wing meter is based on the conversion of the rate of gas flow into the angular velocity of the impeller – a speed sensor. An active model of the probe with a capacitive converter of the angular velocity of the impeller in an electric pulse signal was developed. The frequency of the output pulse signal of the probe is proportional to the velocity of the gas stream in the operating temperature range from -40 to +350 ºС, which allows the use of this probe at high-temperature technological and environmental measurements. The probe is a bar, with one end of which there is a measuring head, and with another handle. The impeller axis is fixed in the metal body of the head of the probe, which protects the impeller from mechanical damage. In the probe handle is an electronic plate maker. The charger generates an electrical impulse with each passing of the wing of the impeller over the base of the base capacitance. The impeller has four blades, so we have four pulses per rotating impeller. The article presents the structural and electrical principle schemes of the capacitive converter and describes the principle of its operation. The formulas for calculating the equivalent inductance for setting the generator operating point at the front of the band filter are given. For stable operation of the generator in a wide temperature range, it is proposed to use automatic frequency adjustment. In the experimental parts, the dependence of the probe’s capacity on the temperature in the range from 20 to 350 ºC was removed and the probe tested in the “Proba-25” aerodynamic tube. Measured the sensitivity of the impeller and the characteristics of the dependence of the frequency on the output of the probe on the air flow velocity in the aerodynamic tube have been taken. The dependence of the frequency at the output of the generator board on the flow rate of the gas is linear in the range from 4 to 20 m/s. The speed of the gas flow at the output of the moldboard is calculated. The calculations indicate rather high accuracy of the angular velocity of the impeller to the frequency of electrical oscillations. The calculated value of the relative error of measurement of the air flow rate does not exceed 2% in the range of speeds from 2 to 25 m/s. Proven operating efficiency at maximum operating temperature.
Key words: capacitance converter, flow rate, gas flow, gas flow meter, anemometer, probe, impeller.
References
- Kulebyakin V.V. Metody i pribory dlya izmereniya rashoda zhidkostej i gazov : uchebnometodicheskoe posobie / Kulebyakin V.V. – Minsk : BNTU, 2017.
- GOST361-79. Gosudarstvennaya sistema obespecheniya edinstva izmerenij (GSI). Rashod zhidkosti i gaza. Metodika vypolneniya izmerenij po skorosti v odnoj tochke secheniya truby. Gosudarstvennyj standart soyuza SSR. – [Data vvedeniya s 01.07.1980 g.].
- Kremlevskij P.P. Rashodomery i schetchiki kolichestva veshestv : Spravochnik : Kn. 1. – 5-e izd. pererab. i dop. – SPb : Polittehnika, 2002. – 409 s.
- Metody i sredstva izmerenij, ispytanij i kontrolya : uchebnoe posobie. V 5 ch. / A.G. Divin, S.V. Ponomarev, G.V. Mozgova. – Tambov : Izd-vo FGBOU VPO «TGTU», 2012. – Ch. 2. – 108 s.
- Kosnyrev V. Datchiki kompanii KLASCHKA / V. Kosnyrev // Chip news. – 2007. – № 4(117). – S. 16–26.
- Vane wheel flow sensor ZS25 with optional integrated transducer UFA. Hontzsch GmbH. URL: www.hoentzsch.com
- Elementarnyj uchebnik fiziki : ucheb. posobie : v 3 t. T. 3. Kolebaniya i volny. Optika. Atomnaya i yadernaya fizika / pod red. S. Landsberga. – 13-e izd. – M. : FIZMATLIT, 2009. – 656 s.
- Data sheet: Piezo filters Ceramic filters low loss, wide or narrow band, Miniature SFE MA/MTE/MVE/MFP 10.7MHz. URL: www.murata.com
- Product data sheet: BB182 VHF variable capacitance diode. rev.-03 24 february 2009. URL: www.nxp.com
