Тепловой микрорасходомер газа


 


Владельцы патента RU 2476828:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный университет имени Иммануила Канта (RU)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения расхода газа в диапазоне 0-100 мг/с. Тепловой микрорасходомер газа содержит корпус 1 с расположенными в нем теплообменником 2 управляемой мощности с нагревательной спиралью, газораспределительной камерой 3 и герметично соединенными с ней двумя измерительными 4 и 5 и двумя термокомпенсационными 6 и 7 каналами, в которых размещены соответствующие теплочувствительные элементы в виде идентичных термисторов, а также блок управления мощностью 15 и блок преобразования выходного сигнала. Блок преобразования выходного сигнала выполнен в виде схемы резистивного делителя напряжения, элементами которого являются последовательно соединенные термисторы в измерительных каналах и резистор задаваемой величины. На внешних стенках каналов размещены дополнительные нагреватели 13, 13', 14, 14', соединенные последовательно со спиралью нагревательного элемента в теплообменнике. Технический результат: увеличение точности измерений и повышение чувствительности выходного сигнала расходомера. 1 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к тепловым расходомерам для измерения расхода газа в диапазоне 0÷100 мг/с.

Общими недостатками тепловых расходомеров являются недостаточные точность и чувствительность по расходу.

Известен автономный четырехканальный расходомер газа, содержащий герметичный теплоизолированный металлический корпус с расположенными в нем теплообменником с нагревательной спиралью и газораспределительной камерой для подачи поступающего в нее потока газа в два измерительные и в два термокомпенсационные каналы, выполненные идентичными. В каналах размещены теплочувствительные элементы (ТЧЭ) в виде соединенных последовательно полупроводниковых сопротивлений (термисторов) без косвенного нагрева, а на внешних поверхностях каналов установлены дополнительные нагревательные спирали. ТЧЭ термокомпенсационных каналов включены в электронную схему блока управления мощностью теплообменника и дополнительных нагревательных спиралей. В известном расходомере блок преобразования выходного сигнала представляет собой мостовую схему, элементами которой являются последовательно соединенные измерительные термисторы в измерительных каналах, а выходным сигналом является напряжение, снимаемое с диагонали моста [1]. Этот расходомер принят за прототип.

Расходомер [1] имеет недостаточные точность и чувствительность, обусловленные тем, что выходным сигналом расходомера является напряжение, снимаемое с диагонали мостовой схемы, одним из плеч которого являются последовательно включенные измерительные термисторы.

Задачей изобретения является повышение точности и чувствительности теплового микрорасходомера газа.

Поставленная задача достигается тем, что блок преобразования выходного сигнала теплового микрорасходомера выполнен в виде схемы резистивного делителя напряжения, элементами которого являются последовательно соединенные термисторы в измерительных каналах и резистор задаваемой величины. Выходными сигналами теплового микрорасходомера являются регистрируемые падения напряжения большой величины на элементах резистивного делителя напряжения.

Как показали наши исследования, схема резистивного делителя напряжения, содержащая в качестве элементов термистор и резистор, обладает, подобно мостовой схеме, точкой равновесия, которая достигается при равенстве падения напряжения на элементах схемы Utr=UR=Uп / 2, где Uп - напряжение питания схемы, при котором наступает равновесие.

Сущность изобретения графически представлена на чертеже, в частности, на фиг.1 схематически изображено устройство теплового микрорасходомера газа, отличие которого от прототипа заключается в том, что вместо мостовой схемы используется схема резистивного делителя напряжения, элементами которой являются последовательно включенные измерительные термисторы 8, 9 и резистор R(T0), и регистрируются падения напряжения на этих элементах так, как это представлено на фиг.1.

Заявляемый тепловой микрорасходомер содержит:

корпус 1 расходомера, корпус 2 теплообменника, газораспределительную камеру 3, каналы 4 и 5 с измерительными термисторами, каналы 6 и 7 с термокомпенсационными термисторами, измерительные термисторы 8 и 9, термокомпенсационные термисторы 10 и 11, нагревательную спираль 12 теплообменника, дополнительные спирали 13, 13', 14, 14' на поверхностях каналов, блок 15 управления мощностью спирали теплообменника и дополнительных спиралей; 2Rrtn+Т) - сопротивление последовательно соединенных измерительных термисторов; R(T0) - сопротивление резистора; K - двухполюсный сдвоенный переключатель; V - вольтметр (типа В7-21а).

Тепловой микрорасходомер работает следующим образом.

Микрорасходомер заполняется исследуемым газом. Расположенные в каналах 6, 7 теплочувствительные элементы 10, 11 принимают температуру газа, и их омическое сопротивление становится равным R(Тг). Если Тг≠Тп - максимальным по условиям эксплуатации значениям Твх и Тср, то под действием сигнала рассогласования ΔR(Tг, Тп) с блока управления мощностью (БУМ) 15, к которому электрически подключены термокомпенсационные термисторы 10, 11, к последовательно соединенным спиралям 12, 13, 13', 14, 14' подводится мощность, сводящая ΔR к нулю. Это приводит к термостабилизации газовой среды на фиксированном уровне Тп. При подаче расхода постоянство температуры газового потока на заданном уровне Тп поддерживается БУМ автоматически, чем и обеспечивается независимость показаний расходомера от значений Твх и Тср, т.е. его температурная автономность, как и у прототипа. Функция дополнительных спиралей 13, 13', 14, 14' на внешних поверхностях каналов та же, что и у прототипа.

Затем задается температура Т0 измерительных термисторов изменением напряжения питания схемы резистивного деления напряжения до тех пор, пока напряжение на элементах схемы не станет одинаковым и равным 2Utr=UR=Uп/2. При этом сумма сопротивлений термисторов становится равной сопротивлению резистора - 2Rtr(T0)=R(T0). Величина R(T0) находится по зависимости сопротивления термистора от температуры - Rtr(T0)=А·ехр(В/Т0), где А и В - постоянные термистора, определяемые экспериментально.

После этого через входной штуцер (не показан) газ расходом G и температурой Твх подается в теплообменник 2, в котором нагревается до температуры Тг и поступает в газораспределительную камеру (ГРК) 3, делящую газовый поток на четыре одинаковые по расходу (G/4) и температуре Тп потоки, поступающие затем в измерительные 4, 5 и в термокомпенсационные 6, 7 каналы соответственно. При этом в одинаковые по функции каналы газовые потоки расходом G/4 и одинаковой температуры Тп поступают в строго противоположных направлениях независимо от ориентации оси расходомера, чем обеспечивается ориентационная независимость его показаний, как и у прототипа.

Соединенные последовательно теплочувствительные элементы 8, 9 в измерительных каналах 4, 5, перегретые относительно газового потока проходящим через них током на величину ΔT≈25-50 K относительно фиксированного температурного уровня ТП, охлаждаются поступающими в измерительные каналы 4, 5 газовыми потоками и температура измерительных термисторов уменьшается. Это вызывает увеличение их омических сопротивлений, что при Uп=const приводит к перераспределению напряжений на элементах схемы резистивного делителя напряжения. При этом напряжение на термисторах Utr(G) растет с ростом расхода, а на резисторе напряжение UR(G) падает так, чтобы сумма напряжений Utr(G) +UR(G) равнялась напряжению питания UП=const. Из каналов 4, 5 и 6, 7 газовые потоки расходом G/4 каждый поступают во внутренний объем герметичного корпуса 1 расходомера, и газ расходом G уходит в газовую сеть через выходной штуцер (не показан).

Практика показала, что при использовании термисторов типа СТ1-18, в диапазоне расхода 0÷15 мг/с напряжение на термисторах изменяется в пределах 130÷206 В, а на резисторе - 130÷54 В. Усредненная по диапазону чувствительность составила 10,13 В/(мг/с), что намного превышает чувствительность всех известных расходомеров, в том числе и прототипа. Большие по величине напряжения, снимаемые с элементов схемы резистивного делителя напряжения, позволяют не принимать меры для их помехозащищенности и отказаться от усилительных схем различной степени сложности. Кроме того, большая величина регистрируемых напряжений обеспечивает: повышение точности измерений; нелимитируемую длину разнесения собственно расходомера и его электронного блока, что позволяет использовать расходомер в изолированных объемах, в частности, в вакуумной камере установок различного назначения; осуществление контроля качества работы стабилизированного источника питания для внесения необходимых поправок при нарушении равенства Uп=Utr+UR исключение вопроса о дрейфе нуля в отсутствие расхода.

Тепловой микрорасходомер газа, содержащий корпус с расположенными в нем теплообменником управляемой мощности с нагревательной спиралью, газораспределительной камерой и герметично соединенными с ней двумя измерительными и двумя термокомпенсационными каналами, в которых размещены соответствующие теплочувствительные элементы в виде идентичных термисторов, дополнительными спиралями, размещенными на внешних поверхностях измерительных и термокомпенсационных каналов, блок управления мощностью, к которому подключены термисторы термокомпенсационных каналов, а также последовательно соединенные спираль теплообменника и дополнительные спирали, а также блок преобразования выходного сигнала, отличающийся тем, что блок преобразования выходного сигнала теплового микрорасходомера выполнен в виде схемы резистивного делителя напряжения, элементами которого являются последовательно соединенные термисторы в измерительных каналах и резистор задаваемой величины.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу регулировки термического или калориметрического расходомера, который определяет и/или контролирует расход протекающей через трубопровод или через измерительную трубу измеряемой среды, в процессе, посредством двух датчиков температуры, причем актуальная температура измеряемой среды в момент времени определяется посредством первого датчика температуры, и причем ко второму датчику температуры подводится определенная мощность нагрева, которая соразмерена таким образом, что появляется заданная разность температур между обоими датчиками температур.

Изобретение относится к области измерительной техники и может использоваться в устройствах для измерения расхода газа. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может использоваться в устройствах для измерения расхода газа. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении параметров газовых и жидких сред (скорости, давления, состава). .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к тепловым расходомерам для измерения расхода газа в диапазоне 0÷50 мг/с при широком варьировании температур газового потока и внешней среды.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к тепловым расходомерам для измерения расхода газа в диапазоне 0÷50 мг/с при широком варьировании температур газового потока и внешней среды.

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для определения скорости однофазного потока жидкости в стационарных и переходных режимах. .
Изобретение относится к области регулирования расхода технологических газов и может быть использовано в производстве изделий электронной техники. .

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к средствам измерения расхода потоков веществ, а именно к тепловым расходомерам. .

Изобретение относится к медицинской технике. Система для подачи жидкости пациенту через кровеносный сосуд содержит трубку. Трубка оборудована устройством мониторинга положения ее дистального конца относительно кровеносного сосуда для определения, занимает ли дистальный конец положение внутри кровеносного сосуда. Устройство мониторинга содержит нагревательный элемент для нагрева дистального конца, узел датчика для генерирования измерительного сигнала и узел компаратора для сравнения уровня измерительного сигнала с опорным уровнем. Измерительный сигнал является показателем тепла, переданного наружной частью дистального конца. Опорный уровень равен величине, которую достигает измерительный сигнал в ответ на минимальную скорость потока в кровеносном сосуде. Применение изобретения обеспечит отслеживание подачи жидкости в кровеносный сосуд. 14 з.п. ф-лы, 11 ил.
Наверх