Тепловой расходомер

 

ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий измерительньй мост, состоящий из термепреобразователя-нагревателя и двух постоянных резисторов, последовательно соединенные дифференциальньй усилитель и блок регулирования напряжения, включенный между основным источником напряжения и одним выводом входной диагонали измерительного моста, а также блок линеаризации , включающий переменный резистор, отличающийся тем, что. с целью повьшения точности измерения расхода потока, блок линеаризации содержит два делителя напряжения, токосъемный резистор, дополнительный источник напряжения и усилитель, включенный входом в выходную диагональ измерительного моста, а выходом через переменный резистор - со средней точкой первого делителя напряжения и с одним входом дифференциаль ного усилителя, другой вход которого соединен со средней точкой второго делителя напряжения, включенного параллельно постоянным резисторам измерительного моста, другой вывод выходной диагонали которого через токосъемный резистор соединен с соот (Л ветствующим выводом дополнительного источника напряжения, включенного параллельно первому делителю напряжения , и с соответствующим выводом основного источника напряжения. со 4; 00 00 00

„.80... 1134888

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4(51) С 01 F 1 68

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3623172/24-24 (22) 15.07.83 (46) 15.01.85. Бюл. И 2 (72) Л.П. Старобахин, 10.Л. Эмке, А.В. Кулаков и В.В. Федоров (53) 62.50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 777439, кл. G 01 F 1/68, 1979 (прототип) . (54)(57) ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий измерительный мост, состоящий нз термопреобразователя-нагревателя и двух постоянных резисторов, последовательно соединенные дифференциаль ный усилитель и блок регулирования напряжения, включенный между основным источником напряжения и одним выводом входной диагонали измеритель ного моста, а также блок линеаризации, включающий переменный резистор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения расхода потока, блок линеаризации содержит два делителя напряжения, токосъемный резистор, дополнительный источник напряжения и усилитель, включенный входом в выходную диагональ измерительного моста, а выходом через переменный резистор — со средней точкой первого делителя напряжения и с одним входом дифференциаль ного усилителя, другой вход которого соединен со средней точкой второго делителя напряжения, включенного параллельно постоянным резисторам измерительного моста, другой вывод выходной диагонали которого через I токосъемный резистор соединен с соот ветствующим выводом дополнительного источника напряжения, включенного параллельно первому делителю напряжения, и с соответствующим выводом основного источника напряжения.

leaL

1 11348

Изобретение относится к приборостроению, в частности к разработке .устройств, предназначенных для измерения расходов газов или жидкостей по эффекту теплового воздействия на измеряемый поток, и может найти применение в полупроводниковой, химической и других отраслях промышленности.

Известен тепловой расходомер, содержащий измерительный мост, состоя- 1О щий из термопреобразователя-нагревателя и двух постоянных резисторов, компенсационный резистор, последовательно соединенные дифференциальный усилитель сигнала разбаланса измерительного моста и блок регулирования напряжения. Выход дифференци- . ального усилителя подключен к входу блока регулирования напряжения, который, в свою очередь, включен между основным источником питания, измерительным мостом и дополнительным на-. гревателем, установленным после основного термопреобразователя-нагревателя на,расстоянии, равном или меньшем расстояния между термообра- зователем-нагервателем и входным компенсационным резистором.

Поток вызывает разбаланс моста, который поддерживается за счет

30 поддержания нулевой разницы дифференциальным усилителем, управляющим регулирующим блоком, который подает мощность, пропорциональную расходу мощности от источника напряжения..В некоторой степени нелинейность на начальном участке градуировочной характеристики устраняется дополнительным нагревателем, но полностью не устраняется (1) .

Недостатками известного расходомера являются низкая точность измере ния расхода потока и нелинейность градуировочной характеристики. Низкая точность измерения расхода обусловлена влиянием внешней температуры 4 и температуры потока на градуировочную характеристику, вызванную неполной компенсацией погрешности иэ-за разности геометрии и электрического . сопротивления компенсационного резистора и термопреобразователя-нагревателя, а также дополнительного нагре вателя. Кроме. того, на градуировочную характеристику влияет изменение напряжения источника напряжения (в сторону увеличения погрешности), вследствие того, что.дополнительный нагреватель и переменный резистор

88 2 запитаны непосредственно от источни-, ка напряжения. Нелинеиность грацуировочной характеристики вызывает дополнительную погрешность в точности измерения на нелинейных участках, неудобство пользования таким расходомером, сложность обеспечения работы в системе автоматического регулирова ния расхода потока, сложность преобразования нелинейного сигнала в цифровую форму. Кроме нелинейности в начальном участке существуют нелинейность градуировочной характеристики во всем диапазоне ввиду того, что в известном расходомере между электрической мощностью, расходуемой в нагревателе, и тепловой мощностью нет прямой пропорциональности за счет теплопередачи в окружающую среду и нагрева стенок трубопровода. Линейность нарушается также в области ламинарного потока и переходной области. Все это уменьшает точность измерения.

Цель изобретения — повышение точности измерения расхода потока.

Поставленная цель достигается тем, что в тепловом расходомере, со держащем измерительный мост, состоящий из термапреобразователя-на/ гревателя и двух постоянных резисторов, последовательно соединенные дифференциальный усилитель и блок регулирования напряжения, включенный между основным источником напряжения и одним выводом входной диагонали измерительного моста, а также блок линеаризации, включающий переменный .резистор, блок линеаризации содержит два делителя напряжения, токосъемный резистор, дополнительный источник напряжения и усилитель, включенный входом в выходную диагональ измерительного моста, а выходом через переменный резистор со средней точкой первого делителя напряжения и с одним входом дифференциального усилителя, другой вход которого соединен со средней точкой второго делителя напряжения, включенного параллельно постоянным резисторам измерительного моста, другой вывод выходной диагонали которого через токосъемный резистор соединен с соответствующим выводом дополнительного источника напряжения, включенного параллельно первому делите люнапряжения,и с соответсвующим выводомосновного источника напряжения.

34888 4

3 11

На чертеже представлена схема теплового расходомера.

Тепловой расходомер содержит термопреобраэователи-нагреватели

1 и 2,входящие в измерительный мост, два постоянных резистора 3 и 4.

Термопреобраэователь-нагреватель предназначен для нагрева проходящего потока и измерения его температуры.

Обычно они выполняются иэ материала с высоким температурным коэффициен том сопротивления, например никеля.

Термопреобраэователь-нагреватель

1 является компенсационным 2-рабочим

Постоянные резисторы 3 и 4 образуют дополнительные плечи моста и изготовлены из материала с малым коэффициентом сопротивления, например манганина.

Тепловой расходомер содержит последовательно соединенные дифференциальный усилитель сигнала разбаланса моста 5 и блок регулирования напряжения 6, включенные между основным источником напряжения 7 и одним выводом входной диагонали измерительного моста. В расходомере имеется устройство линеариэации градуировочной характеристики, которое содержит переменный резистор 8, два делителя напряжения, каждый из которых состоит из постоянных резисторов 9, 10 и 11, 12, токосъемный резистор 13, дополнительный источник напряжения

14 и усилитель напряжения 15.

Переменный резистор 8 предназначен для установки линейности градуировочной характеристики. Делители напряжения 9-10 и токосъемный резистор 13 подают напряжение, пропорциональное мощности, подаваемой на термопреобразователи-нагреватели 1 и 2.

Дополнительный источник напряжения 14 обеспечивает подачу опорного напряжения на делитель напряжения 11-12.

Усилитель напряжения 15 предназначен для масштабного усиления сигнала разбаланса моста, т.е. определяет регулируемую чувствительность преобразования расхода потока в сигнал напряжения.

Входы усилителя напряжения 15 подключены в выходную диагональ моста, а выход его через переменный резистор 8 соединен со средней точкой первого делителя напряжения и с одним входом дифференциального. усилителя сигнала раэбаланса 5 измерительного моста. Второй вход последнего

1О

55 подключен к средней точке второго делителя напряжения, включенного в другую диагональ моста параллельно постоянным резисторам 3 и 4. Другой вывод выходной диагонали упомянутого ° моста через токосъемный резистор 13 соединен с соответствующим выводом дополнительного источника напряжения

14, включенного параллельно первому делителю напряжения, и с соответствую щим выводом основного источника напря. жения.

Предложенный тепловой расходомер работает следующим образом.

При работе на начальном участке градуировочной характеристики квазикалориметрического расходомера в режиме постоянной мощности, подаваемой на термопреобразователь-нагреватель, начальный участок полностью линеен. При увеличении расхода потока .. линейность начинает нарушаться из-за уменьшения чувствительности преобразования расхода, так как в этом случае начинает сильнее охлаждаться термопреобразователь-нагреватель.

Температура их падает..Это уменьшает разность температур, а следовательно, ведет к уменьшению чувствительности преобразования.

С целью повышения точности измерения и линейности градуировочной характеристики в предложенном расходомере введены дополнительные конструктивные элементы. При включении источника напряжения 7 дифференциальный усилитель 5 поддерживает нулевую разницу напряжения между входа ми, т.е. равенство напряжений на резисторе 11 от средней точки делителя напряжения, образованного резисторами 11 и 12, запитанного от дополнительного источника напряжения 14, и суммарного напряжения на токосъемном резисторе 13 и резисто- ре 9 второго делителя напряжения, при помощи блока регулирования напряжения 6. В данном случае выполняется функция стабилизации мощности, выделяемой в термопреобразователяхнагревателях 1 и 2. Мощность эта оп- ределяется резисторами 9-13, а также напряжением дополнительного источника напряжения 14.

При подаче расхода потока разбаланс моста, пропорциональный расходу, усиливается дифференциалвным усилителем 15 и изменяется. Часть сигнала также подается на второй факторы исключаются при градуировке и исключаются в дальнейшем схемой.

Составитель Л. Мануковская

Редактор А. Долинич Техред Т.Фанта Корректор Г. Решетник

Заказ 10083/39 Тираж 703 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 130359 Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 1134888 делитель напряжения 11 и 12 через переменный резистор 8 и вызывает увеличение напряжения на входе дифференциального усилителя 5, что увеличивает мощность, подаваемую на термопреобразователи-нагреватели

1 и 2, что увеличивает чувствительность преобразования расхода потока при увеличении расхода и линеаризует градуировочную характеристику расхо- 10 домера. Нагрев стенок трубопровода, теплопередача в окружающую среду,, изменение окружающей температуры и температуры окружающей среды не влияют на изменение градуировочной характеристики, так как напряжение на токосъемном резисторе 13 и делителе напряжения 9 и 10 стабилизируется (за счет устранения дифференциальным усилителем нулевой разницы между его.входами) относительно дополнительного источника напряжения 14, запитывающего резисторы

11 и 12 ° Этот источник может иметь малую мощность, а поэтому его мож- 25 но сделать с очень стабильным значением ЭДС. В этом случае усилитель сигнала разбаланса 5 измерительного моста выполняет нулевую разницу между своими входами, т.е. суммарное напряжение, снимаемое с резисторов

13, 9 и 11, равно независимо от условий изменения напряжения источника 7 и изменения температуры термопреобраэователей-нагревателей 1, °

2, вызываемой изменением внешней температуры и температурой .потока.

Например, увеличение температуры вызывает увеличение сопротивления термопреобразователей-нагревателей

1 и 2, а следовательно, и напряжев. ния на резисторе 9 и уменьшает напряжение на резисторе 13. При правильном (не будет сказываться влияние температуры потока и внешней среды) выборе сопротивления резисторов 9, 10, 13 будет достигнута функция постоянной чувствительности при изменении температуры термопреобразователей-нагревателей 1 и 2. Все это обеспечивает высокую точность измерения вследствие того, что эти

Таким. образом, повышение точности измерения расхода потока достигается. устранением влияния внешней температуры и температуры потока на градуировочную характеристику, а также изменением напряжения источника питания 7 за счет введения в схему расходомера токосъемного резистора 13, де. лителя напряжения 9 и 10, опорного источника напряжения 14 и делителя напряжения 1 l и 12. Повышение линейности достигается за счет введения усилителя 15 и соединения его выхода через переменный резистор 8 со средней точкой делителя напряжения

11 и 12 и входом усилителя сигнала разбаланса 5 измерительного моста.

На начальном участке характеристики на термопреобразователи-нагреватели

1 и 2 подается существенно меньшая мощность, по сравнению с той схемой, если бы, она не имела устройства линеаризации. Это позволяет уменьшить уход нуля, который возможен из-за не совсе1: полной геометрической и электричес..ой симметрии термопреобразователей 1 и 2 (хотя она примерно на 2 порядка меньше, чем у прототина), что эквивалентно повышению точности, так как уход нуля влияет на градуировочную характеристику.

Уменьшение мощности при малых или вообще отсутствующих расходах уменьшает рабочую температуру термопреобразователей 1 и 2, что значительно увеличивает срок их службы, уменьшает утечки тока через изоляцию термопреобразователя i и 2 на корпус трубопровода, что также эквивалентно уменьшению возможности ухода нуля— точности измерения.