Тепловой расходомер

 

1i i1 556329

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.08.75 (21) 2166612/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 3().04.77. Ьк>ллетснь № 16

Дата опубликования описания 30.05.77 (51) М. Кл.а G 01F 1 68

Государственный комити

Совета Министров СССР

Во делам изобретений и откр:, ий (53) УДК 681.121,8 (088.8) (72) Авторы изобретения В. А. Должиков, Г. А. Соколов, Д. В. Беляев и П. А. Обновленский (71) Заявитель

Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт имени Ленсовета (54) ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для измерения расходов жидкости и газов.

Известны тепловые расходомеры, содержащие термочувствительные элементы, работающие в нестационарном режиме, источники питания и измерительную схему. В этих расходомерах при циклической работе термочувствительного элемента измеряются параметры его импульсной (переходной) характеристики: величина амплитуды выходного сигнала или время перехода термочувствительного элемента из одного температурного состояния в другое, по которым судят о расходе (1, 2).

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик теплового преобразователя, состоящий из двух параллельных цепей с самостоятельными источниками питания и подключенных последовательно с терморезисторами обмоток поляризованпого реле и общей измер.ительной схемы (3).

Однако это устройство обладает узким диапазоном измерения и ограничено по быстродействию, Цель изобретения — расширение диапазона измерения и повышение быстродействия.

Зто достигается тем, что измерительная схема выполнена в виде последовательно включенных усилителя, логарифмирующего устройства, блока сравнения и усилителя-ограни чителя, на выход которого подключены двс параллельные ветви, в одной из которых вкл|очено первое дифференцирующее устройство, а во второй — последовательно соединенные блок сравнения, нуль-орган, устройство управления и измерительный прибор к выходу первого дифференцирующего устройства подключена ветвь, состоящая из последовательно соединенных второго дифференцирующего устройства, блока установки нуля, второго нульоргана и формирователя импульсов, причем выход формирователя импульсов подключен к одному из входов устройства управления.

На чертеже представлена схема описываемого расходомера.

Она состоит из термочувствительного элемента 1, последовательно соединенного с усп20 лителем 2, логарифмирующим блоком 3, блока 4 сравнения и усилителя-ограничителя 5.

Схема включает в себя блок 6 сравнения, нуль-орган 7 и устройство 8 управления, соединенные последовательно с усилителем-ограничителем 5. Дифференцирующие блоки 9 и 10 также соединены с усилителем-ограничителем

5 последовательно. Нуль-орган 11 и формирователь 12 импульсов через блок 13 установки нуля соединены последовательно с дпфференgp цирующим блоком 10. Измерительный прибор

556329

14 блоком 8 управления подключается к дифференцирующему блоку 9.

Расходомер работает следующим образом.

При включении нагревателя температура термочувствительного элемента 1 повышается до определенного значения (верхний сигнал устанавливается в зависимости от выбранного диапазона измерения) и сигнал с него поступает на вход усилителя 2. Усиленный сигнал подается в логарифмирующий блок 3, где выделяется логарифмическая функция сигнала, т. е. реализуется выражение

1n8 =- m + 1(л, у, z), где Π— температура термочувствительного элемента; т — время;

1(х, у, г) — функция координат;

m — темп регулярного режима, Далее сигнал поступает в блок 4, где сравнивается с опорным напряжением U, и в усилитель-ограничитель 5, предназначенный для расширения анализируемой области логарифмической функции сигнала. По достижении сигналом с термочувствительного элемента 1 заданного уровня, который устанавливается в элементе б сравнения подачей опорного напряжения (например, — б в) срабатывает нуль-орган 7 и при этом выходным сигналом нульоргана 7 через устройство управления отключается нагреватель и происходит охлаждение термочувствительного элемента.

Для измерения режима охлаждения прологарифмированный сигнал термочувствительного элемента 1 поступает в два последовательно соединенных дифференцирующих блока 9 и 10. Дифференцирующий блок 9, выполняюд1 6 щий операцию = — m, определяет д темп регулярного режима охлаждения термочувствительного элемента, функционально связанный с расходом, Темп регулярного режима (m) является функцией теплофизических свойств потока формы термочувствительность элемента, а также коэффициента теплообмена между термочувствительным элементом и средой и в регулярной стадии остается величиной постоянной для данных условий.

При постоянных теплофизических свойствах среды и формы термочувствительного элемента темп (т) зависит только от коэффициента теплообмена, В свою очередь, с изменением расхода среды существенно меняется коэффициент теплообмена, а значит изменяется и темп (m) теплового регулярного режима, При наступлении регулярного режима охлаждения термочувствительного элемента напряжение на выходе блока 9 будет постоянной во,времени величиной.

Дифференцирующий блок 10 предназначен для определения момента наступления регулярного режима охлаждения термочувствительного элемента, при наступлении которого сигнал на выходе блока 10 равен нулю

< д 8 = 0. При уменьшении сигнала до д-.3 величины, меньшей заданной в блоке 13 установки нуля, срабатывает нуль-орган 11. Подача небольшого заданного отрицательного смещения с блока 13 на вход нуль-органа 11 предотвращает ложное срабатывание, вызываемое дрейфом нуля дифференцирующего блока 10. Выходной сигнал нуль-органа 11 расширяется во времени формирователем импульсов и через устройство 8 управления подключает к выходу дифференцирующего блока

9 прибор 14, измеряющий расход (цифровой вольтметр), и включает нагреватель. Температура термочувствительного элемента вновь повышается до заданного уровня, и процесс измерения повторяется. 1 аким образом, быстродействие повышается за счет того, что измерение проводят сразу же по окончании иррегулярной стадии, т. е. с момента наступления регулярного режима (производить измерение параметра термочувствительного элемента в иррегулярной стадии нельзя из-за неоднозначной зависимости параметра от расхода, сказывается влияние начальных условий).

Кроме того, .измерение производят как при охлаждении, так и при нагревании термочувствительного элемента.

Расширение диапазона измерения достигается тем, что нелинейность градуировочной характеристсики термочувствительного элемента не влияет на величину темпа регулярного режима.

Указанный тепловой нестационарный расходомер может быть использован для измерения расхода жидкостей и газов в быстропротекающих процессах химических и нефтехимических производств.

Формула изобретения

Тепловой расходомер, содержащий термочувствительный элемент, подключенный к источнику питания и измерительную схему, отл и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения быстродействия, измерительная схема выполнена в виде последовательного включенных усилителя, логарифмирующего устройства, блока сравнения и усилителя-ограничителя, на выход которого подключены две параллельные ветви, в одной из которых включено первое дифференцирующее устройство, а во второй — последовательно соединенные блок сравнения, нуль-орган, устройство управления и измерительный прибор, к выходу первого дифференцирующего устройства подключена ветвь, состоящая из последовательно соединенных второго дифференцирующего устройства, блока установки нуля, второго нуль-органа и формирователя импульсов, причем выход формирователя импульсов подключен к одному из входов устройства управления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

556329

Составитель Н. Андреева

Техред E. Хмелева

Редактор А. Осочников

Корректор Н. Аук

Заказ 1114/16 Изд. № 409 Тираж 904 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений н открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4 5

Типография, пр. Сапунова, 2

1. Со Материалы к Таллинскому совещанию по электромагнитным расходомерам.

Вып, 1, Таллин, 1971.

2. Авт. св. № 220543, кл, С 01F 1/00., 1966.

3. Авт. св. М 381900, кл. G 01F 1/68, 1971 (прототип) .