Тепловой расходомер Советский патент 1984 года по МПК G01F1/68 

Изобретение относится к измерени расхода газа, преимущественно для измерения технологических газов в оборудовании для производства изделий электронной техники. Известен тепловой расходомер газ содержащий Теплоизоляционный корпус трубку для пропускания измеряемого потока газа и расположенные на ней терморезисторы и нагреватели, включенные в измерительную схему ij. Недостатком этого расходомера яв ляется нелинейность градуировочных характеристик, Наиболее близким к изобретению является тепловой расходомер газа, содержащий теплоизоляционный корпус и трубку для пропускания газа с рас положенными на ней нагревателями и двумя терморезисторами, расположенн ми на трубке по обе стороны от нагревателя и включенными в мостовую схему, два других плеча которой образованы постоянными резисторами. П тание мостовой схемы нагревателя ос ществляется от источников напряжения. 2. Такой расходомер имеет нелинейну градуировочную характеристику. Нелинейность градуировочных характери тик известного расходомера объясняется тем, что при увеличении расхода газа происходит снижение температуры терморезисторов и нагревателя, что приводит к уменьшению чувст вительности расходомера и, следовательно, к искривлению градуировочной характеристики. Второй причиной нелинейности градуировочных характеристик является нелинейное распре деление потока через байпасный канал и трубку с обмотками расходомера. Целью изобретения является повышение точности за счет линеаризации градуировочной характеристики. Поставленная цель достигается тем что расходомер, содержащий теплоизол ционный корпус и трубку для пропуска ния газа с расположенными на ней нагревателем и двумя терморезисторами расположенными на трубке по обе стороны от нагревателя и включенными в мостовую схему, два других плеча которой образованы постоянными резисторами, содержит такж измерительный усилитель, включенный в измерительную диагональ мостовой схемы, и источник тока, вход которо го-через переменный резистор соединен с выходом измерительного усилите ля, а выход - с нагревателем. На фиг. 1 представлены градуировочные характеристики расходомера пр различных значениях температуры перегрева; на фиг. 2 - расходомер, общий вид. Как показали исследования, градуч ровочные характеристики тепловых рас ходомеров зависят от начальной температуры перегрева терморезисторов и нагревателя относительно окружающей среды при отсутствии расхода газа (ДТ) . Температура перегрева определяется подводимой и отбираемой от терморезисторов и нагревателя мощностью. Подводимая мощность прямо пропорциональна квадрату тока через нагреватель. Отбираемая мощность определяется величиной расхода газа. В результате этого градуировочные характеристики расходомера при постоянном токе через нагреватель описываются функциями вида у k/x. Если увеличивать ток через нагреватель пропорционально увеличению расхода газа, то рабочая точка расходомера будет переходить с одного значения и Т до другого ДТ2 и ЛТ. (фиг. 1), что приведет к линеаризации градуировочной характеристики. Выбор материала нагревателя мало зависящим от температуры (ТКС i 0,0001 1/град, например, нихром) обеспечивает квадратичную, а не кубическую зависимость выделяемой на нагревателе мощности от протекающего через него тока. Расходомер {фиг. 2) состоит из теплоизоляционного корпуса 1, внутри которого находится трубка 2 для пропускания газа, на которой расположены первый 3 и второй 4 терморезисторы и нагреватель 5. Терморезисторы 3 и 4 образуют два плеча мостовой схемы, двумя другими плечами которой являются постоянные резисторы б. Мос товая схема питается от источника 7 напряжения. Измерительная диагональ мостовой схемы подключена к входам измерительного усилителя 8, выход которого через переменный резистор 9 подключен к входам источника 10 тока, управляемого напряжением с измерительного усилителя. К выходу источника 10 тока подключен нагреватель 5. Расходомер работает следующим образом. При отсутствии расхода газа через терморезисторы 3 и 4 и нагреватель 5 проходят токи, задаваемые источником 7 напряжения и источником 10 тока. Проходящие токи разогревают нагреватель до температуры на 60-70°С больше температуры среды и термосопротивления до температуры на 20-30°С больше температуры среды. При отсутствии расхода газа температуры первого и второго терморезисторов одинаковы. Мост сбалансирован, и входной сигнал с измерительного усилителя 8 павен нулю. Когда появляется поток , то первый терморезистор 3 охлаждается газом, а второй терморезистор 4 нагревается газом, так как на него поступает газ, нагретый в области, нагревателя 5. Изменение температуры

терморезисторов 3 и 4 приводит к изменению величины их сопротивлений, вызывающей разбаланс мостовой схемы и приводит к появлению выходного сиг нала на выходе измерительного усилителя 8. Если бы движок резистора 9 находился точно посередине, то выходной ток источника 10 тока не изменялся бы и происходило бы снижение температуры нагревателя, приводящее к нелинейности градуировочной характеристики. Но положение движка резистора 9 выбирается при градуировке расходомера таким, что увеличение выходного напряжения измерительного , усилителя 8 вызывает увеличение тока нагревателя, что компенсирует отбираемую газом мощность от нагревателя и нелинейность деления потока газа, если через расходомер пропускается лишь часть общего потока, и тем самым линеаризует градуировочную характеристику. Таким образом, выходной сигнал измерительного усилителя 8 увеличивается линейно с увеличением расхода газа.

Линеаризация градуировочной характеристики позволяет упростить и сделать более удобной эксплуатацию рг.сходомеров для расходов от О до 3 л/г. Для измерения больших расходов применяются байпасы. Нелинейность расходомеров не более 2%.

/

/

.Ш......

77...Ш,Ц........

ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий теплоизоляционный корпус и трубку для пропускания газа с расположенными на ней нагревателем и двумя терморезисторами, располсякенными по обе стороны от нагревателя и включенными в мостовую cxevy, два других плеча которой образованы постоянными резисторами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет линеаризации .градуировочной характеристики, он содержит измерительный усилитель, включенный в измерительную диагоНсшь мостовой схемы, и источник тока, вход которого через переменный резистор соединен с выходом измерительного усилителя, а выход - с нагревателем.