Тепловой расходомер

 

" Ъ аеюзиля

Rk i.: д - ..F ÕÏÈÇÈÈé

Союз Советских

Социалистических республик

О П иФли А

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ф ф 3 г (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 200678 (21) 2632658/18-10 с присоединением заявки ¹ (51)М. Кл.з

G 01 F 1/68

8 01 P 5/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 681.121 (088.8) Опубликовано 30.09.80. Бюллетень ¹ 36

Дата опубликования описания 300980 (72) Авторы изобретения!

H.Ä. Дубовой; В.И. Осокин, С.A. Поволоцкий и А.A. Сазонов

Московский институт электронной техники (71) Заявитель (54) ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР

Изобретение. относится к приборостроению и может быть использовано для измерения скорости или расхода потока газа либо жидкости.

Известны устройства с термозависимыми датчиками,. которые могут быть использованы для измерения расхода и скорости различных сред 51(.

Из известных устройств наиболее 10 близким по технической сущности .к изобретению является устройство, содержащее измерительный и компенсационный термочувствительные кварцевые элементы, расположенные один JJ стен- 15 ки трубопровода, а второй в контролируемом потоке. Термозависимые кварцевые резонаторы (TKP) осуществляют стабилизацию автогенераторов, выходы которых через блок выделения разност-2О ной частоты, выполненный по схеме смесителя.и демодулятора, и преобразователь частота-напряжение подключены ко входу вычитающего устройства, выполненного в виде дифференциально- с5 го усилителя, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход через усилитель мощности — к нагревателю стенки трубопровода. ЗО

Это устройство представляет собой самобалансирующуюся схему, обеспечивающую постоянство перепада температур между кварцевыми элементами за счет наличия цепи обратной связи.

Известное устройство имеет узкий рабочий диапазон, так как термочастотные характеристики (ТЧХ) обоих

TKP имеют линейные участки конечной длины. Неидентичность ТЧХ вносит дополнительную погрешность в результат измерения. Устройство имеет недостаточную чувствительность, так как ориентировано на использование TKP с линейной ТЧХ, которые не могут иметь максимальный температурный коэффициент частоты и максимальную чувствительность 2).

Цель изобретения — увеличение чувствительности и точности измерения.

Это достигается тем, что расходомер снабжен источником опорной частоты, к выходу автогенератора компенсационного канала подключены дополнительно введенные в схему и последовательно соединенные блок выделения разностной частоты, преобразователь частота-напряжение и интегратор, в измерительном канале между блоком

76752 частота-напряжение и усилителем включан введенный в схему второй интегратор, выходы интеграторов каждого кан<;.ла подключены к нагревателям соoTBE тственно измерительного и комйенсзциоййого резонаторов, выходы измерительного и компенсационного ка налов подключены к введенному в схему .второму аналоговому вычитающему устройству.

Измерительный и комйенсационный

ТКР используются в качестве частотных, датчиков, которые могут работать в области максимальной чувствительности к температуре на нелинейной ТЧХ °

Компенсационный ТКР предназначен для компенсации влияния колебаний темйературы окружающей среды на точностные характеристики прибора.

Формирователь опорной частоты может быть выполнен, например, в виде

"автогенератора, синхронизированногo термозависимым кварцевым резонатором.

Устройства аналбгового вычитания могут быть выполнены в виде дифференциального усилителя.

Нагреватель каждого TKP может быть выполнен, например, в виде пленочно.— го нагревательного эдемента, совме"щен ого конструктивно с одним из электродов.

На чертежа представлена функциональная схема описываемого теплового расходомера.

Тепловой расходомер состоит из измерительного 1 и компенсационйого

2 ТКР помещенных в трубопровод 3 с измеряемым потоком. Измерительный

ТКР 1 установлен в измеряемом потоке, а компенсационный 2 - в углублении трубопровода "3. Измерительный TKP 1 подключен к автогенератору -4, а компенсационный TKP 2 — к автогенерато ру 5, вйходы которых подключены к первым входам блоков 6 и 7 выделенйя разностной частоты, у которых вторые входы подключены совместно к выходу

"формирователя 8 опорной частоты, а выходы через преобразователи 9 и 10 частота-напряжение и интеграторы 11 и 12 - к нагревателям соответственно измерительного 1 и компенсационного

2 TKP. Выходы интеграторов дополнительно подключены в измерительном ка нале через усилитель 13 и аналоговое вычитакщее устройство 14, второй вход которого подключен к источнику 15 опорного напряжения и в компенсационном канале непосредственно ко входам второго аналогового вычитающего устройства 16, выход которого является выходом расходомера. Расходомер выполнен структурно в вйде измерительного и компенсационйого"незавйсимых самобалансируемых каналов, каждый из которых содержит одноименные ТКР,-автогенератор,блок вЫделения раэностной частоты, преобразователь частота-напряжение и иытегратор, Выходной сигнал измерительного канала является функцией температуры и "скорости, а компенсационного канала - только температуры конт ролируемого потока.

Начальный этап процесса преобрап о зования в самобалансируемых канал х а ротекает до того момента, пока не, будут достигнуты установившиеся изотермические режимы работы измерительного и компенсационного ТКР. Затем начинается процесс слежения, при котором эти установившиеся режимы поддерживаются неизменными. Это достигается путем регулирования мощности, подводимой к нагревателям ТКР. IIoc15 кольку температура измерительного .и компенсационного TKP поддерживается постоянной с помощью астатических следящих систем (астатизм обеспечивает интегратор), то практически ТКР

1 и 2 работают в одной точке характеристики. Тем самым на функцию преобразования самобалансирующихся контуров не влияет нелинейность характеристик ТКР, что позволяет использовать ТКР 1 и 2 в области ТЧХ с максимальными значениями чувствительности.

В результате вычитания выходных сигналов этих двух контуров на выхо де расходомера выделяется разностный

Зр сигнал, характеризующий скорость или при постоянном сечении трубопровода расход потока. Поскольку используе- . мые TKP имеют различные температурные коэффициенты в выбранных рабочих точках в схеме -предусмотрен структурный способ исключения погрешности, обусловленный этим фактором. Это достигается следующим образом,, - Частота колебаний автогенераторов

1 4 и 5, синхронизированных времязадаю-40 щими измерительным 1 и компенсационным 2 ТКР, поступает совместно с ойорной частотой формирователя 8 на разноименные входы блоков б и 7 выделения разностной частоты. Разность частот, формируемая на выходах этих блоков, преобразуется преобразователями 9 и 10 частота-напряжение в пропорциональные уровни напряжения, которые интегрируются интеграторами.

11 и 12 и затем поступают в цепи нагревателей TKP 1 и 2. Из-за неравенства температурных коэффициентов TKP

1 и 2 при изменении температуры окружающей среды изменения напряжений

55 на выходах интеграторов 11 и 12 будут неодинаковы. Равенство. коэффициентов преобразования измерительного и компенсационного каналов достигается регулировкой коэффициента пере- дачи Усилителя 13.

69 Идентичность выходных сигналов измерительного и компенсационного каналов достигается с помощью аналогового вычитающего устройства 14 и цоцбора уровня опорного напряжения источника 15, 767525

Наличие двух следящих астатичес- ких систем исключает нелинейность преобразования TKP за счет обеспече ния узкого диапазона перемещения их рабочих точек по ТЧХ.

Исключается влияние разброса чувствительной TKP на точность измерения за счет использования в тракте одного из контуров усилителя с регулируемым коэффициентом передачи, в результате чего достигается равенство чувстви- t0 ,тельностей следящих систем.

Использование формирователя опорной частоты позволяет сместить информацию в область низких частот и дополнительно повысить точность преобразования следящйх систем за.счет сужения диапазона преобразования преобразователями частота-напряжение и обеспечения идентичности преобразуемых сигналов в обоих системах.

Подбором уровня опорного напряжения на одном из выходов аналогового вычитающего устройства достигается равенство выходных сигналов следящих систем в условиях калибровки и нулевом расходе.

Ширина диапазона измерения расходомера определяется.в основном широкополосностью блоков преобразования следящих систем.

Чувствительность прибора повышает- 30 ся также за счет возможности эксплуатации TKP на отрезках ТЧХ с максимальной крутизной.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет существенно повы- 35 сить точность измерения, чувствительность, диапазон измерения и рабочий диапазон температур, а также обеспечить компенсацию температуры окружающей среды. 40

Формула изобретения

Тепловой расходомер, содержащий трубопровод с размещенными в нем иэмерительным и комленсационным термозависимыми кварцевыми резонаторами, подключенными к измерительному и компенсационному каналам, измерительный канал содержит последовательно включенные автогенератор, блок выделения разностной частоты, преобразователь

I частота-напряжение, усилитель с подключенным к нему источником опорного напряжения, аналоговое вычитающее устройство, один из входов которого подключен к источнику опорного напряжения, выход компенсационного кварцевого резонатора подключен к автогенератору компенсационного канала измерения, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и точности измерения, он снабжен источником опорной частоты, к выходу автогенератора компенсационного канала подключены дополнительно введенные в схему и последовательно соединенные блок выделения раэностной частоты, преобразователь частотанапряжение и интегратор, в измерительном канале между блоком частотанапряжение и усилителем включен введенный в схему второй .интегратор,выходы интеграторов каждого канала подключены к нагревателям соответственно измерительного и компенсационного резонаторов, выходы измерительного и компенсационного каналов подключены к введенному в схему второму аналоговому вычитающему устройству.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Коротков П.A. Тепловые расходомеры. Л., Машгиз. 1969.

2. uAcademie des Sciences,Comptes

rendus hebdomadaires des Seances".

1971, Ser.А, v. 272, Р 15, р. 10141017 (прототип).

Составитель A. Андреева

Редактор A. Купрякова Техред M. Коштура Корректор В. Бутяга.

Заказ 7179/35 Тираж 801 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5

Фйлиал ППП "Патент", r"; ужгород, ул . Проектная, 4