Тепловой раходомер

 

Н.Д. Дубовой, С.А. Поволоцкий и .А. Сазонов (72) Авторы изобретения

Иосковский институт электронной техники (7!) Заявитель (54 ) ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОИЕР поток (1 ).

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения расхода потоков жидкостей и газов.

Известны устройства для измерения

5 расхода жидкостей и газов, содержащее термочувствительные элементы, основанные на зависимости от скорости (расхода) потока теплоотдачи первичного преобразователя (нагретого тела), помещенного в контролируемый

Из известных устройств наиболее близким является устройство для измерения расхода, содержащее измери1$ тельный участок трубопровода с расположенным на нем измерительным и компенсационным термочувствительными элементами находящимися в разУ

20 личных гидродинамических условиях, к выходам которых подключены последовательно соединенные усилители переменного тока, генераторы управляемой частоты и формирователи импульсов Р 3.

Однако известный расходомер иа позволяет точно измерять расходы пото.ков при резких колебаниях температуры контролируемой среды.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Это достигается тем, что в тепловом расходомере, содержащем измерительный участок трубопровода с расположенными на нем измерительным и компенсационным термочувствительными элементами, находящимися в различных гидродинамических условиях, к выходам которых подключены посЛедовательно соединенные усилители переменного тока, генераторы управ ляемой частоты и формирователи импульсов, на выходе измерительной схема подключено индикаторное устройство, термочувствительные элементы выполнены в видепироэлектрических термодатчиков а визмерительную схемувведены основ-..

87094

40 ные и вспомогательные светодиоды, генератор калиброванных импульсов, формирователь временных интервалов, счетчик с дешифратором и делитель частоты, причем основные светодиоды, генератор калиброванных импульсов и формирователь временных интервалов соединены последовательно и подключены к одному из входов счетчика, делитель частоты включен между выходом генератора управляемой частоты и входом формирователя импульсов измерительного термочувствительного элемента, к выходу которого подключен один из вспомогательных светодиодов, к выходу формирователя импульсов компенсационного термочувствительного элемента подключены два последовательно соединенных светодиода, а счетчик с дешифратором включен между выходом генератора управляемой частоты и входом индикаторного устройства.

На чертеже представлена функциональная схема описываемого теплового расходомера..

Тепловой расходомер содержит измерительный участок трубопровода

1, калиброванную втулку 2, измерительный и компенсационный термочувстви30 тельные элементы, выполненные в виде пироэлектрических термодатчиков 3 и

4, усилители переменного тока 5 и 6, генераторы управляемой частоты 7 и 8, формирователи импульсов 9 и 10 основные 11, и 12 и вспомогательные 13 и 14 светодиоды, генератор калиброванных импульсов 15 формирователь временных интервалов 16, счетчик 17, делитель частоты 18, дешифратор 19, индикаторное устройство 20.

Устройство работает следующим образом.

Устройство калибруется при предельно низком рабочем давлении, предельно высокой температуре среды и 4> отсутствии скоростного потока. Пироэлектрические термодатчики расхода

3 и 4 используются в динамическом режиме работы. В них возбуждаются тепловые колебания с амплитудой h T 50 около некоторой температуры Т (температуры перегрева). Источниками тепло-. вых импульсов являются световые потоки основных светодиодов 11 и 12, возбуждаемых генератором калиброван- ы ных импульсов 15.

При отклонении давления и температуры. среды от исходных значений теп5 4 лообмен термочувствительных элементов 3 и 4 интенсифицируется. В результате они генерируют на выводах своих электродов переменное напряжение, которое усиливается усилителями переменного тока 5 и 6. Усиленное напряжение преобразуется генераторами управляемой частоты 7 и 8 в пропорциональные значения частоты, которые поступают на входы формирователей 9 и 10 импульсов, у компенсационного непосредственно, а у измерительного — через делитель частоты

18. Выходные импульсы формирователей импульсов 9 и 10 возбуждают вспомогательные светодиоды f3 и 14, тепловая мощность световых потоков которых является эквивалентной тепловой мощностью замещения результата воздействия на термочувствительные элементы 3 и 4 контролируемой среды.

В общем случае светодиоды 13 и 14 будут работать как описано выше, только при выходе на рабочий режим работы. В связи с тем, что светодиод 13 облучает только термочувствительный элемент 3, а светодиоды

14 облучают одновременно датчики

3 и 4, то рабочие температурные точки термочувствительных элементов

3 и 4 сместятся у измерительного в положение T + bT а у компенсационного — в положение Т вЂ” bT и будут в дальнейшем устойчиво колебаться в этих пределах до момента появления скоростного потока. Режим работы измерительного контура автоматического регулирования температуры термочувствительного элемента 3 выбирается таким образом, что при значениях температуры перегрева, равной Т и

Т + ЬТ, цепь лучевой обратной связи светодиода 13 размыкается и температурный режим термочувствительного элемента 3 продолжает определяться только тепловой мощностью, поступающей на него от светодиода 14. В устройстве обеспечивается также выполнение условий температурной и скоростной инвариантности измерительного и компенсационного конту-ров. Они сводятся в основном к обеспечению равенства передаточных функций термочувствительных элементов

3 и 4 по пульсациям температуры и скорости потока. С этой целью для обоих датчиков обеспечены идентичные условия теплообмена с потоком контролируемой среды. Конструктивно это!

5 8709 достигается выполнением рабочего ка- нала измерительного участка 1 в виде двух разветвляющихся отрезков трубопровода, в которых размещены измерительный и компенсационный термочувст5 вительные элементы 3 и 4, которые смываются контролируемым потоком.

В результате оба термочувствительных элемента будут одинаково реагировать как на пульсации скорости потока, так и на изменения его температуры и давления., Для выделения информации о величине расхода необходимо и достаточно, чтобы скорость потока, омывающего измерительный термочувствительный элемент 3, была отличной от скорости потока, омывающего компенсационный термочувствительный элемент

4. Это,условие обеспечивается за„ счет установки в начале ответвлейия

20 трубопровода с компенсационным термочувствительным элементом калиброванной втулки 2. Коэффициент деления потока между двумя разветвляющими патрубками регулируется выбором сечения

25 проходного отверстия втулки 2.

При появлении расхода теплообмен обоих термочувствительных элементов интенсифицируется еще более.

Из-за наличия разности скоростей потоков отвод тепла от термочувстви30 тельного элемента 3 будет превышать количество тепла, поступающего к нему от светодиода 14. В результате рабочая точка термочувствительного элемента 3 сместится в область Т- АТ

2 замкнется лучевая обратная связь через светодиод 13 и на выходе генератора управляемой частоты 7 появится последовательность импульсов, частота которых будет пропорциональна 40 разности скоростей потоков в ббоих патрубках.

Для поддержаний заданного положения рабочей точки на вольттемпературной характеристике термочувствитель45 ного элемента 3 (величина перегрева) необходимо, чтобы частота импульсов, формируемых на выходе делителя частоты 18 была пропорциональна значению разности расхода. При этом частота импульсов на выходе устройства, а следовательно, и на входе-делителя частоты 18, должна быть пропорциональна полному расходу контролируе.мого потока через измерительный участок 1. Значение коэффициента деления делителя частоты 18 выбирается.из расчета выполнения этих двух условий, 45 6

Обычно для получения информации на выходе устройства непосредственно в единицах расхода, без иснользова. ния специальных переводных таблиц, необходимо, чтобы коэффициент чувствительности у обоих термочувствительных элементов 3 и 4 были равны друг другу и равны определеннои величине.

Однако в общем случае-это тр бование не выполняется. Для расширения допустимого диапазона разброса из значений в устройстве применяется узел формирования временных интервалов 16, использующий для своей работы частоту генератора калиброванных импульсов 15.

Изменение температуры термочувствительного элемента 3 в процессе его работы приводит к пропорциональному изменению напряжения на выводах его электродов на величину Ь0 =c(hT где О1. — температурный коэффициент напряжения термочувствительных элементов — пироэлектрических термодатчиков. Это приращение напряжения преобразуется генератором управляемой частоты 7 в пропорциональное изменение частоты gf которая (с учетом коэффициента деления делителя частоты

18) поступает на счетный вход счетчика 17.

С формирователя временных интервалов на управляющий вход счетчика поступает сигнал, разрешающий счет на время t=h(a g где К вЂ . дискретность измерения расхода, равная 1; 0,1;

0,001 л/ч.

Временной интервал измерения устанавливается в зависимости от значения температурного коэффициента напряжения термочувствительного элемента.

При этом счетчик считает пачку импулЮсов, количество которых равно значению t (времени). Это кодовое представление счетчиком 17 полученной информации декодируется дешифратором 19 и результат индицируется в единицах расхода индикаторным устройством 20.

Длительность импульсов облучения выбирается меньшей постоянной времени разогрева термочувствительных элементов и температура последних определяется средней частотой облучения.

Переход устройства с одного диапа эона измеряемого расхода на другой может быть осуществлен заменой имеющейся втулки 2 на другую с необходимым сечением проходного отверстия.

Светодиоды, используемые в предлагаемом. устройстве, работают в импульсном

870945 режиме и стабильность их излучения может быть улучшена при питании их от формирователя импульсов, работающего поочередно с заданными интервалами в режимах генератора тока и геиератора напряжения. При этом термочувствительный элемент будет усреднять размер единицы лучистого потока светодиодов»

Использование в качестве термо- 1р чувствительных элементов пироэлектрических термодатчиков позволило на основе их экстремально высокой разрешающей способности улучшить функциональные и метрологические возможности устройства. Например. они не требуют питания, что позволяет их исполъзрвать в переносной и специаль.ной аппаратуре, а устройства на их основе отличаются низким энергопотреблением. Высокая чувствительность пироэлектрических термодатчиков позволяет снизить значение температуры их перегрева до нескольких градусов и испольэовать для этой цели маломощные источники нагрева, например светодиоды. Кроме того, высокая чувствительность пироэлектрических термодатчиков позволяет использовать устройство не только для.измерения расхода, температуры, давления, но и концентрации при анализе смесей и регистрации весьма малых скоростей измерения температуры, а следовательно, и расхода практически недостижимых для других термоэлектрических

35 сред.

Поскольку относительная погрешность описываемого измерительного устройства связана с чувствительнос40 тью, обратно пропорциональной зависимостью, то увеличивается не только ! чувствительность измерения, но и соответственно уменьшается погреш-. ность измерения. с расположенными на нем измерительным и компенсационным термочувствительными элементами, находящимися в различных гидродинамических условиях, к выходам которых подключены последовательно соединенные усилители переменного .тока, генераторы управляемой частоты и формирователи импульсов, на выходе измерительной схемы подключено индикаторное устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, термочувствительные элементы выполнены в виде пироэлектрических термодатчиков, а в измерительную схему введены основные и вспомогательные светодиоды, генератор калиброванных импульсов, формирователь временных интервалов, счетчик с дешифратором и делитель частоты, причем основ" ные светодиоды, генератор калиброванных импульсов и формирователь временных интервалов соединены последовательно и подключены к одному иэ входов счетчика, делитель частоты включен между выходом генератора управляемой частоты и входом формирователя импульсов измерительного термочувствительного элемента,,к выходу которого подключен один из вспомогательных светодиодов, к выходу формирователя импульсов компенсационного термочувствительного элемента подключены два последовательно соединенных светодиода, а счетчик с дешифратором включен между выходом генератора управляемой частоты и входом индикаторного устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Коротков П.A. Тепловые расходомеры. Л., "Машиностроение", 1969.

Формула изобретения

Тепловой расходомер, содержащий измерительный участок трубопровода

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 639314, кл. G 01 F 1/00, 1978 (прототип).

870945

Составитель Н. Андреева

Редактор О. Филиппова Техред Т.Маточка Корректор Н, Стец

Тирам 705 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 5