Тепловой расходомер

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii) 970113 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 20.03.80 (21)2897612/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 3010,82. Бюллетень ¹ 40 (51) М. Кл.з

G 01 F 1/68

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

153) УДК 681.121 (088.8) Дата опубликования описания 30. 10.82

В.М.Торбенко, И.А.Спи и С.Б.tlIT (72) Авторы изобретения

: ЪЮ исмена " з . аллм и. Я Яgjlj Prig л Cj йй6ЛИОТЕЫ. (71) Заявитель

1 (54) ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР нагрев (1).

Изобретение относится к измерению расхода жидкости и газов и может быть использовано в химической, нефтяной, нефтегазовой и других отраслях промышленности.

Известны тепловые расходомеры, содержащие трубопровод с расположенными на нем нагревателем и термочувствительными элементами, установленными до и после нагревателя, измерительную мостовую. схему. Измерение расхода в известных устройствах осуществляется с подводом к нагревателю постоянной мощности и измер нием разности температур термочувствительных элементов или с поддержанием постоянной разности температур и из мерением мощности, расходуемой на

Недостатком известных устройств ,является большая инерционность.

Наиболее близким к предлагаемому является тепловой расходомер, содержащий измерительньИ участок трубопровода с расположенными на нем двумя нагреваемыми термочувствительными элементами, включенными в мостовую измерительную схему. Измерительная схема включаЕт в себя усилитель, реверсивный двигатель, потенциал-регулятор и регистрирующий прибор f23.

Известное устройство, охваченное отрицательной обратной связью, обладает малой инерционностью, достигающей нескольких десятков секунд, однако выходная величина его (мощность) является квадратичной функцией тока или напряжения. Для получения вы :. ходного сигнала расходомера в виде линейной функции необходимо использовать функциональные преобразователи, усложняющие устройство и снижающие его точность. Этот расходомер позволяет измерять лишь величину, но не знак расхода, кроме того, измерительная цепь, содержащая элен". тромеханическое устройство, довольно громоздка. Все это приводит к 0 тому, что точность устройства и

его быстродействие довольно низкие.

Цель изобретения — повышение точности измерения, быстродействия и .чувствительности. указанная цель достигается тем, что в тепловой расходомер, содержащий измерительный участок трубопровода с расположенными на нем нагреваемыми термочувствптельыыми элеменЗ0 тами, включенными B мостовую измери970113 тельную схему с источником напряжения, усилитель, подключенный к выходу мостовой измерительной схемы, и регистрирующий прибор с фильтром на входе, в измерительную схему введены дополнительный источник переменного 5 напряжения, два тиристора, две цепи управления тиристорами, подключенные к управляющим электродам тиристоров, между термочувствительными элементами установлен дополнительный нагреватель, а нагреваемые термочувствительные элементы выполнены с раздельными обмотками нагрева и измерения, при этом выход усилителя соединен последовательно с цепями управления тиристорами, общий выход которых подключен к выходу дополнительного источника переменного напряжения, один из входов которого соединен с общей точкой нагревательных обмоток термочувствительных элементов и дополнительного нагревателя, — . другой - с дополнительным нагревателем, с вторым выходом источника переменного напряжения и среднйй точкой управляющих электродов тиристоров, а с другой стороны нагревательные обмотки термочувствительных элементов подключены к аноцам тиристоров и к регистрирующему прибору.

На чертеже представлена схема теплового расходомера.

На измерительном участке трубопровода 1 расположены нагреватель 2 и два термочувствительных элемента

3 и 4, выполненные в виде обмоток, и два дополнительных нагревателя 5 и б, также выполненные в виде обмоток, навитых поверх термочувствительных элементов 3 и 4. Термочувствительные элементы 3 и 4 являются 40 двумя плечами измерительной мостовой схемы 7, выход которой подсоединен к усилителю 8. Выход усилителя 8 соединен последовательно с выходом источника.9 переменного напряжения 45 и с цепями 10 и 11 управления тиристорами 12 и 13. Дополнительные нагреватели 5 и б включены в цепи анодов тиристоров 12 и 13. Вход фильтра 14 нижних частот подключен 5О к анодам тиристоров 12 и 13, а его выход — к вторичному прибору 15.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии расхода жидкости или газа по трубопроводу 1 сопротивления термочувствительных элементов 3 и 4 одинаковы, так как они расположены на одинаковом расстоянии от нагревателя 2. Мостовая схема 7 находится в равновесии, сигналы на входе и выходе усилителя 8 равны нулю, а тиристоры 12 и 13 источником

9 переменного напряжения через цепи

10 и 11 управления открыты на чет- 65 верть периода. При этом напряжения на анодах тиристоров 12 и 13 одинаковы, а напряжение на входе фильтра

14 нижних частот равно нулю.

Дополнительный источник литания в описываемом расходомере имеет на выходе напряжение, сдвинутое на 90 относительно выходного напряжения усилителя. Благодаря этому даже при отсутствий сигнала на выходе усилителя оба тиристора оказываются открытыми на четверть периода, и через дополнительные нагреватели про-" ходит половина максимального тока.

При наличии расхода по трубопроводу 1 мостовая схема 7 выходит из равновесия, и на его выходе появляется сигнал. Выходной сигнал усилителя 8, складываясь с выходным напряжением источника 9, плавно открывает один из тиристоров раньше другого в зависимости от величины и знака расхода по трубопроводу 1.

Напряжение на анодах тиристоров 12 и 13 становится не равным между собой, что приводит к появлению сигнала на входе и выходе фильтра 14 нижних частот. В широком диапазоне токов основного и дополнительных нагревателей в исходном состоянии напряжение на входе вторичного прибора

15 прямо пропорционально величине расхода по трубопроводу 1, а знак этого напряжения зависит от направления расхода. выходной сигнал расходомера," коэффициенты пропорциональности< — температуры дополнительных нагревателей; — мощности, рассеиваемые в дополнительных нагревателях, Х

ЬйХ

Т и Т

P и Р

Благодаря использованию предлагаемого устройства отпадает необходимость в использовании функциональI ных преобразователей ° Быстродействие его определяется лишь постоянными времени термочувствительных элементов 3 и 4 и дополнительных нагревателей 5 и б. Изменяя величину напряжения, питающего дополнительные нагреватели, можно изменять чувствительность расходомера, приводя ее в соответствие с требуемой ° Вместе с изменением чувствительности при этом изменяется и линейность статической характеристики расходомера (из квадратичной она становится близкой к линейной в соответствии с формулой

0 „"- к (т„-т ) = vy (P„-P ) =

uQrp.f(to+hi) - (1о b,l) -2w o uarpa I

970113

I . - ток тиристоров при . 4 отсутствии расхода (при отсутствии напряженйя на выходе усилителя), I, hI - токи тиристоров, вызываемые расходом (выход.ным напряжением) усилителя; й„ - сопротивление дополнительных нагревателей

Однако величину тока можно изменять не только путем изменения величины напряжения, питающего дополнительного нагревателя, но и путем изменения сдвига фазы дополнительного источника питания. Это дает воэможность основной и дополнительные нагреватели питать от одного источника, что упрощает конструкцию расходомера и снижает число проводни- ков линии связи между датчиком и вторичным прибором.

Выполнение устройства предлагаемой конструкции позволит повысить точность измерения, чувствительность и быстродействие прибора, обеспечить линейность выходного сигнала и воэможность измерять расход реверсивных потоков.

Формула изобретения

Тепловой расходомер, содержащий измерительный участок трубопровода с расположенными на нем двумя нагре1 ваеьими .термочувствительными элементами, включенными в мостовую измерительную схему с источником напряжения, усилитель, подключенный к выходу мостовой измерительной схемы, и регистрирующий прибор с фильт ром на входе, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повыаения точности измерения, быстродействия и чувствительности, в измерительную схему введены дополнительный источник переменного,напряжения, два тиристора, две цепи управления тирнсторами, подключенные к управлякщим .электродам тиристоров, между термо®О чувствительными элементами установлен дополнительный нагреватель, а нагреваемые термочувствительные элементы выполнены с раздельными обмотками нагрева и измерения, при

35 этом выход усилителя соединен последовательно с цепями управления тиристорами, общий выход которых подключен к выходу дополнительного источника переменного напряжения, 20 один из входов которого соединен с " общей точкой нагревательных обмоток термочувствительных элементов и дополнительного нагревателя, другой — с дополнительным нагревателем, с вторым выходом источника переменного напряжения и средней точкой управляющих электродов тиристоров, а с другой стороны нагревательные обмотки термочувствительных элеЗО ментов подключены к анодам тиристоров и к регистрирующему прибору.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

1. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. М.-Л., "Ма-. шиностроение", 1975; глава 19.

2. Рудный Н.N. и др. Бесконтактный тепловой расходомер с .постояяным перепадом температур. - "ПрибОры

40 и системы управления", 1972, 9 б.

НИИПИ Заказ 8369/47 ираж 673 Подписное

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