Термоанемометрическое устройстводля измерения скорости и расходагазового потока

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕИЛЬСТВУ. (»)817592 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 12.04..7 (21) 2755713/18-.10 (53)PA. Кл 3

G 01 P 5/12 с присоединением заявки ¹ 2755714/18-10

Государственный комитет

СССР яо делам изобретений н открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 300381. Бюллетень Н9 12 (53) УДК 532 574 (088.8) Дата опубликования описания 300381 (54) ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И РАСХОДА ГАЗОВОГО

ПОТОКА

Изобретение относится к измери1тельной технике, в частности к приборам и устройствам для измерения .скорости и объемного расхода газообразных сред.

Известно устройство для измерения скорости и расхода газов с термоэлектрическим первичным перобраэователем (11.

Однако оно обладает низкой чувствительностью и имеет большую приведенную погрешность измерения, составляющую несколько процентов.

Известно устройство для измерения расхода и скорости газов с термо- 15 чувствительным и термокомпенсационным элементами. Устройство содержит корпус, стойки, на которых укреплены термочувствительный и термокомпенсационный элементы, измерительную 20 схему, и схему подогрева термочувствительного элемента со стабилизированным источником питания. При возрастании скорости потока за счет сноса тепла изменяется температура термочувствительного элемента и его активное сопротивление, фиксируемое измерительной схемой (2) .

Однако это устройство также не обеспечивает требуемой чувствитель- 30 ности и точности измерения, особенно при измерении малых расходов.Погрешности измерения расхода составляют несколько процентов, увеличиваясь с уменьшением измеряемых расходов.

Кроме того, помехоустойчивость такого измерительного устройства недостаточна для реализации надежной и высокоточной дистанционной системы контроля и управления расходом.

Цель изобретения — повышение чувствительности, точности измерения и помехоустойчивости устройства для измерения расхода газов.

Цель достигается тем, что термочувствительный и термокомпенсационный элементы выполнены в виде струн, помещенных в воздушные зазоры магнитных систем возбуждения, и подключены к входам усилителей с положительной обратной связью, выходы которых через смеситель подключены к регист рирующему прибору, при этом в схему

1подогрева, включенную параллельно входу электронного усилителя, введены соединенные последовательно со стабилизированным источником питания дроссель, переменный резистор и указательный прибор. Кроме того, корпус устройства может быть снабжен шту817592

Концы термочувствительного элемента подсоединяются к входу электронного усилителя 24 с положительной обратной связью. Мостовая схема, одним иэ плеч которого является термочувствительный элемент 8, является частью входного каскада электронного усилителя. Для разогре

60 церами и профилированным соплом, установленным перед термочувствительным элементом.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - сечение по А-А; иа фиг. 3 — электрическая схема устройства.

Устройство содержит основание 1, на котором жестко укреплены четыре массивные стойки 2-5 — по две с каждой стороны от вертикальной оси симметрии основания. На плоскостях более коротких стоек 2 и 4 жестко укреплены планки б и 7. Концы термочувствительного элемента 8, выполненного в виде металлической струны круглого или прямоугольного сечения, 15 закреплены на плоскостях планки 6 и стойки 3 посредством накладок 9 и

10. Концы термокомпенсационного элемента 11 также выполненного в виде тонкой металлической струны из то- 20 го же материала, что и термочувствительный элемент, закреплены на плоскостях планки 7 и стойки 5 посредством накладок 12 и 13.

Перед окончательным закреплением концов термочувствительного элемента и компенсационной струны в них создается начальное напряжение растяжения, величина которого определяется расчетным путем. Терйочувствительный элемент помещен в воздушный зазор магнитной системы 14, жестко закрепленной иа основании 1. Компенсационная .струна расположена в воздушном зазоре магнитной системы 15, . также жестко закрепленном на основании. Конструкция магнитных систем

14 и 15 полностью идентична. Основание 1 установлено внутри цилиндрического корпуса 16, с укрепленным на торцовой стенке входным штуцером 17. 40

Торцовая крышка 18 содержит выходной штуцер 19. С целью предотвращения утечки газа иэ корпуса прибора предусмотрена уплотнительная прокладка 20. Направляющее сопло 21 жестко укреплено на перегородке 22, которая закреплена неподвижно внутри цилиндрического корпуса. К торцовой части перегородки жестко. крепится основание 1. Уплотиительная прокладка

23 предотвращает утечку проходящего газа в обход сопла.

< Для реализации магнитоэлектрическсйо способа возбуждения автоколебаиий "один из концов термочувствительного элемента и компенсационной 55 струны должны быть изолированы от основания 1 и корпуса 16; ва термочувствительного элемента. 8 параллельно входу электронного усилителя включена электрическая цепь, состоящая из последовательно соединенных измерительного прибора 25, дросселя Др, регулировочного переменного резистора Rp и стабилизированного по напряжению источника питания U. Термочувствительный элемент 8 вместе с усилителем 24 с положительной обратной связью образует струнный автогенератор с магнитоэлектрическим способом возбуждения поперечных колебаний.

Концы струны, обеспечивающей температурную компенсацию, подсоединяются к входу электронного усилителя 26 с положительной обратной связью.

Электрические сигналы с выходов усилителей 24 и 26 подаются на сме.— ситель 27, на выходе которого выделяется разностная частота, функционально связанная с измеряемым расходом газа. Значение разностной частоты может быть измерено электронно-. счетным цифровым частотомером 28.

Электрические сигналы с выходов усилителей 24 и 26 могут подаваться на входы цифрового электронносчетного частотомера 28, работающего в режиме измерения отношения частот.

В обоих случаях показания частотомера 28 будут функционально связаны с измеряемым расходом газа и практически не зависеть от изменения температуры контролируемого газа.

Устройство работает следующим образом.

Термочувствительный элемент 8, являясь частотозадающим элементом струнного автогенератора и помещенный в непосредственной.близости от торца направляющего сопла 21, обдувается газовым потоком. Поскольку по термочувствительному элементу 8 течет постоянный ток,разогрева, то с ростом расхода, а следовательно и скорости потока, температура термочувствительного элемента уменьшается. Изменение температуры приводит к увеличению упругой деформации термочувствительного элемента, а, следовательно, к увеличению силы его продольного натяжения и частоты поперечных автоколебаний.

Компенсационная струна 11 является частотозадающим элементом второго автогейератора. По компенсационной струне ток подогрева не пропускается, а обтекающий ее поток газа имеет значительно меньшую скорость.

Температурный коз ффици ент ли нейного расширения материала базы закрепления термочувствительного элемента и базы закрепления компенсационной струны одинаковы, так как они установлены на едином основании

1. Термочувствительный элемент 8

817592

Формула изобретения

Работа устройства осуществляется аналогично предлагаемому выше.

Устройство имеет преимущества в том, что существенно повышается . 45 чувствительность устройства, поскольку разрешающая способность современного частотомера на несколько порядков выше чувствительности пассивной мостовой схемы. Кроме того, отпадает. 5О необходимость использовать измерительную схему, в виде неравновесного моста постоянного тока, коту Рая обладает невысокой точностью- и линейностью помехоустойчивость предлагаемого устройства с частотиомодулированным выходным сигналом значительно выше, чем помехоустойчивость аналогового сигнала низкого уровня, каким является сигнал раэбаланса мостовой схемы постаяннога тока. Это преимущество является одним из важнейших при реализации ди= станционных автоматических систем контроля и управления скоростью и расходом в условиях современного пра- 65 ками, на которых закреплены термочувствительный и термокомпенсационный элементы, измерительную схему и схему подогрева термачувствительного элемента, включающую стабилизированный источник питания, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности, точности измерения и помехоустойчивости, термочувствительный и термокомпенсационный элементы выполнены в виде струн, помещенных в воздушные зазоры магнитных систем возбуждения и подключены к входам усилителей с положительной обратной связью, выходы которых через смеситель подключены к регистрирующему прибору, при этом в схему подогрева, включенную параллельно входу электронного усилителя, введеи компенсационная струна 11 изготовлены иэ одного и того же материала и их коэффициенты линейного расширения так же равны.

Разность частот струнных автогенераторов будет функциональйо..связана с изменяемым объемным расходом.

Изменение температуры газа, обтекающего термочувствительный эле мент, приведет к изменению частоты автогенератора, обусловленному разностью коэффициентов линейного расширения материалов термочувствительного элемента и основания, а так же их различной тепловой инерционностью, Лналбгичным образом изменение 15 температуры газа вызовет также по величине изменение частоты второго автогенератора, где частотазадаю- . щим элементом является компенсационная струна. 20

Если автогенераторы настроить таким образом, чтобы при отсутствии потока газа (ЧО) их частоты были равны или отличались незначительно то в этом случае разность частот .. автогенераторов будет функционально связана с измеряемым расходом газа, а погрешность, обусловленная изменением температуры газа, уменьшится на порядок по сравнению с устройст- . вом, содержащим толька один термо- ЗО чувствительный элемент и соответственно один автогенератор.

При стабильной температуре контролируемого потока компенсационная струна и второй генератор могут от- 35 сутствовать.

В этом случае устройство содержит термочувствительный элемент 8, магнитную систему 14, мостовую схему, соединенную с входом электронного 40 усилителя 24. ьышленного предприятия, где обычно высок уровень индустриальных помех.

Благодаря высокой добротности струнных автогенераторов, высокой разрешающей способности современных средств измерения частоты и высокой помехоустойчивости частотно-модулированного электрического сигнала суцественно повышается точность измерения скоросТи и расхода газов.

Связь устройства для измерения . скорости и расхода газов с ЭВМ, управляющей техпроцессом, осуществляется через преобразователь типа частотакод, который осуществляет преобразование частоты в код практически беэ потери точности, чего нельзя сказать о преобразователях типа напряжение-код..

С целью повышения.чувствительности и точности измерения скорости и расхода газообразных сред устройство снабжено дополнительным: направляюцим соплом, существенна повышающим

;скорость перемещения газа в месте расположения термочувствительнага элемента.

При измерениях малых расходов эа счет сужения выходной цели направляющего сопла и высокой чувствительности струннага метода измерения удается получить высокую чувствительность функции преобразования и соответственно малую погрешность измерения. При расходах 30-50 смз/мин из- вестное устройство практически не может бить использовано вследствие низкой чувствительности, в то время, как предлагаемое устройство при указанных расходах обладает приемлемой чувствительностью и малой ногрешнос-тью измерения.

1. Термоанемометрическое устройство для измерения скорости и расхода газового пбтака, содержащее корпус, в котором размещено основание со стой817592 ны соединенные последовательно со стабилиэированным источником питания дроссель, переменный резистор и указательный прибор.

2. Термоанемометрическое устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что его корпус снабжен штуцерами и профилированным соплом, установленным перед термочувствительным элементом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Туричин A.М. Электрические измерения неэлектрических величин.

Л., "Энергия"; 1975, с. 354.

2. Патент США Р 3114261, кл. 73-228, 1963 (прототип).

817592

Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

ЮЮ

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 1337/59

Составитель В. Назарова

Редактор Н. Кузнецова Техред М.Коштура Корректор С.Шекмар