Устройство для измерения малого массового расхода газа

 

Использование: для измерения расхода вещества в газообразном состоянии, в том числе агрессивного, ядовитого. Сущность изобретения: устройство содержит корпус, два входа, измерительную трубку, нагреватель, три термопреобразователя, подогреватель, блок измерения температуры подогревателя, два дифференциальных усилителя, блок регулирования мощности подогревателя, потенциометр, источник питания и два блока измерения температуры. 1 ил.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к тепловым неконтактным расходомерам, и может быть использовано для измерения расхода вещества в газообразном состоянии, в том числе агрессивного, ядовитого.

Известно устройство для измерения массового расхода газа, содержащее корпус с установленной в нем измерительной трубкой с закрепленным на ней нагревателем, подключенным к источнику питания, термочувствительные элементы и термодатчики [1] В известном техническом решении при измерении особо малых величин расхода вещества не удается получить высокую точность из-за влияния температуры внешней среды и начальной температуры измеряемого вещества на входе в микрорасходомер, которые изменяют угол наклона восходящей ветви градуировочной характеристики.

Известно устройство для измерения массового расхода газа, содержащее корпус с установленной в нем измерительной трубкой, с закрепленным на ней нагревателем, подключенным к источнику питания, первый, второй и третий преобразователи [2] В известном техническом решении при измерении особо малых величин расхода вещества не удается получить высокую точность из-за влияния температуры внешней среды и начальной температуры измеряемого вещества на входе в расходомер, которые изменяют угол наклона восходящей ветви градуировочной характеристики, достигая лишь стабилизации средней температуры основного терморезистора-нагревателя с достаточно большой постоянной времени.

Целью изобретения является повышение точности измерения микрорасхода вещества при устранении влияния нестационарной температуры внешней среды и начальной температуры потока вещества на входе в расходомер на градуировочную характеристику.

Цель достигается тем, что в устройство для измерения малого массового расхода газа, содержащее корпус с установленной в нем измерительной трубкой, с закрепленным на ней нагревателем, подключенным к источнику питания, первый, второй и третий преобразователи, в него введены последовательно соединенные первый дифференциальный усилитель блок регулирования мощности подогревателя и подогреватель, первый и второй блоки измерения температуры, подключенные выходами к соответствующим входам второго дифференциального усилителя, выход которого является выходом устройства, потенциометр, подключенный к источнику питания, блок измерения температуры подогревателя, соединенный входом с выходом третьего термопреобразователя, установленного в непосредственной близости от подогревателя, а выходом подключенный к первому входу первого дифференциального усилителя, соединенного вторым входом с подвижным контактом потенциометра, входы первого и второго блоков измерения температуры соединены соответственно с первым и вторым термопреобразователями, при этом вход и выход измерительной трубки расположены со стороны первого торца корпуса, измерительная трубка имеет П-образную форму, нагреватель установлен на участке измерительной трубки со стороны второго торца корпуса, участки измерительной трубки вблизи ее выходов из корпуса выполнены примыкающими друг к другу с установленным на них подогревателем, первый и второй термопреобразователи установлены на соответствующих прямолинейных участках измерительной трубки между подогревателем и нагревателем, а внутреннее пространство корпуса заполнено асбестовой крошкой.

Наличие существенных отличий обеспечивает повышение точности измерения расхода массы вещества особо малой величины. При измерении таких величин расхода массы вещества величину погрешности составляют величина случайной погрешности, вызванная конвекцией тепловых потоков в объеме расположения измерительного участка, и величина систематической погрешности, вызванная внешним тепловым воздействием, как правило нестационарным, и начальной температурой потока вещества на входе в расходомер. Величина случайной погрешности существенно уменьшится при ограничении конвекционных тепловых потоков использованием асбестовой крошки вокруг измерительного участка, и она становится малой по сравнению с величиной систематической погрешности. Величина систематической погрешности увеличивается при увеличении коэффициента усиления чувствительности при измерении особо малых величин массового расхода вещества. Величина внешнего теплового воздействия и начальная температура потока вещества на входе в расходомер существенно изменяют угол наклона градуировочной характеристики, особенно восходящей ветви ее. Изотермическое воздействие на вещество на входе измерительного участка снимает эту проблему путем создания теплового поля для него, исключающего внешнее воздействие среды, в том числе нестационарное. Тепловое поле создают на участке измерительной трубки вблизи ее выходов из корпуса примыкающими друг к другу начальным и конечным участками измерительной трубки с установленным на них подогревателем, осуществляя подвод тепла от нагретого нагревателем вещества путем теплообмена через стенку измерительной трубки и одновременно путем дозирования величины электрического омического подогрева до величины температуры, превышающей величину температуры внешнего воздействия. Малые геометрические размеры измерительного участка (капилляр), тепловое поле, обеспечивающее изменение удельной теплоемкости измеряемого вещества в допустимом интервале, и элементная база электронного блока, разделенная на контур измерения и контур подготовки вещества к измерению, обеспечивают повышение точности измерения микрорасхода массы вещества (газа).

На чертеже приведена конструкция и измерительная схема устройства для измерения малого массового расхода газа.

Устройство содержит корпус 1, со стороны первого торца которого расположены вход 2 и выход 3 измерительной трубки 4. Она имеет П-образную форму. На участке измерительной трубки 4 со стороны второго торца корпуса 1 снаружи установлен нагреватель 5 и расположен от между первым и вторым термопреобразователями 6, 7. Участки измерительной трубки 4 вблизи ее выходов из корпуса 1 выполнены примыкающими друг к другу с возможностью передачи тепла между собой. На примыкающих друг к другу участках установлены подогреватель 8 и третий термопреобразователь 9. По возможности примыкающие участки имеют одинаковые проточные части, а также одинаковую геометрию стенок измерительной трубки обеих частей. Первый термопреобразователь 6 установлен на прямолинейном участке измерительной трубки между подогревателем 8 и нагревателем 5 по движению вещества, а второй термопреобразователь 7 установлен соответственно на прямолинейном участке от нагревателя 5 до подогревателя 8.

Устройство содержит также электронный блок, в котором из элементов образованы контур измерения массового расхода газа и контур подготовки вещества (газа) к измерению. Он включает блок 10 измерения температуры подогревателя, первый дифференциальный усилитель 11, блок 12 регулирования мощности подогревателя, потенциометр 13, соединенный подвижным контактом с источником питания (+Е), который обеспечивает контур подготовки вещества к измерению, а источник 14 питания обеспечивает контур измерения, первый блок 15 измерения температуры Т₁ холодной части вещества, второй блок 16 измерения температуры Т₂ горячей части вещества, второй дифференциальный усилитель 17. В устройстве последовательно соединены первый дифференциальный усилитель 11, блок 12 регулирования мощности подогревателя и подогреватель 8, потенциометр 13, подключенный к источнику питания (+Е), блок 10 измерения температуры подогревателя, соединенный входом с выходом третьего термопреобразователя 9, установленного в непосредственной близости от подогревателя 8, а выходом подключенный к первому входу первого дифференциального усилителя 11, соединенного вторым входом с подвижным контактом потенциометра 13, образуя контур подготовки вещества к измерению. В контур измерения массового расхода вещества (газа) введены последовательно соединенные: входы первого и второго блоков 15, 16 измерения температуры соединены соответственно с первым и вторым термопреобразователями 6, 7, а выходы первого и второго блоков 15, 16 измерения температуры подключены к соответствующим входам второго дифференциального усилителя 17, выход которого является выходом устройства.

Работает устройство следующим образом.

Включается подогреватель 8, который нагревает измерительную трубку 4 до температуры, превышающей температуру внешнего воздействия. По результатам измерения третьего преобразователя 9 блок 10 измерения температуры подогревателя, который, воздействуя через первый дифференциальный усилитель 11 с потенциометром 13, с помощью блока 12 регулирования мощности подогревателя обеспечивает автоматический режим заданной температуры подогревателю 8. Контур измерения массового расхода вещества (газа) через блок 15 измерения температуры Т₁ и блок 16 измерения температуры Т₂ при работе нагревателя 5 в режиме постоянства мощности обеспечивает на выходе второго дифференциального усилителя 17 (ДУ2) выходной сигнал, равный разности потенциалов на втором и первом термопреобразователях 7, 6. При отсутствии потока выходной сигнал равен нулю. При наличии потока величина выходного сигнала пропорциональна разности температур ΔТ= Т₂-Т₁, которая по градуировочной характеристике на восходящей ветви позволяет определить особо малую величину массового расхода вещества (газа).

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАЛОГО МАССОВОГО РАСХОДА ГАЗА, содержащее корпус с установленной в нем измерительной трубкой, с закрепленным на ней нагревателем, подключенным к источнику питания, первый, второй и третий преобразователи, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные первый дифференциальный усилитель, блок регулирования мощности подогревателя и подогреватель, первый и второй блоки измерения температуры, подключенные выходами к соответствующим входам второго дифференциального усилителя, выход которого является выходом устройства, потенциометр, подключенный к источнику питания, блок измерения температуры подогревателя, соединенный входом с выходом третьего термопреобразователя, установленного в непосредственной близости от подогревателя, а выходом подключенный к первому входу первого дифференциального усилителя, соединенного вторым входом с подвижным контактом потенциометра, входы первого и второго блоков измерения температуры соединены соответственно с первым и вторым термопреобразователями, при этом вход и выход измерительной трубки расположены со стороны первого торца корпуса, измерительная трубка имеет П-образную форму, нагреватель установлен на участке измерительной трубки с стороны второго торца корпуса, участки измерительной трубки вблизи ее выходов из корпуса выполнены примыкающими друг к другу с установленным на них подогревателем, первый и второй термопреобразователи установлены на соответствующих прямолинейных участках измерительной трубки между подогревателем и нагревателем, а внутреннее пространство корпуса заполнено асбестовой кромкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1