Тепловой расходомер Советский патент 1985 года по МПК G01F1/68 

Изобретение относится к приборостроению, в частности к разработке устройств, предназначенных для измерения расходов газов или жидкостей по эффекту теплового воздействия на измер;яемьй поток, и может найти применение в полупроводниковой, химичес кой и других отраслях промьшшенности Известен тепловой расходомер, содержащий измерительный мост, состоящий из термопреобразователя-нагревателя и двух постоянных резисторов, компенсационньй резистор, последовательно соединенные дифференциальный усилитель сигнала разбаланса измерительного моста и блок регулирования напряжения. Выход дифференциального усилителя подключен к входу блока регулирования напряжения, который, в свою очередь, включен между основным источником питания, измерительным мостом и дополнительным нагревателем, установленным после основного термопреобразователя-нагревателя на.расстоянии, равном или ; меньшем расстояния между термообразователем-нагервателем и входным компенсационным резистором. Поток вызывает разбаланс моста, который поддерживается за счет поддержания нулевой разницы дифференциальным усилителем, управляющим регулирующим блоком, который подает мощность, пропорциональную расходу мощности от источника напряжения. .В некоторой степени нелинейность на начальном участке градуировочной характеристики устраняется дополнительным нагревателем, но полностью не устраняется Uj Недостатками известного расходомера являются низкая точность измере ния расхода потока и нелинейность градуировочной характеристики. Низкая точность измерения расхода обусловлена влиянием внешней температуры и температуры потока на градуировочную харак1;еристику, вызванную неполной компенсацией погрешности из-за разности геометрии и электрического - сопротивления компенсационного резистора и термопреобразователя-нагре вателя, а также дополнительного нагр вателя. Кроме того, на градуировочную характеристику влияет изменение напряжения источника напряжения (в сторону увеличения погрешности), вследствие того, что дополнительный нагреватель и переменный резистор запитаны непосредственно от источни-, ка напряжения. Нелинейчость градуировочной характеристики вызывает дополнительную погрешность в точности измерения на нe lинeйныx участках, неудобство пользования таким расходомером, сложность обеспечения работы в системе автоматического регулироваия расхода потока, сложность преобразования нелинейного сигнала в цифровую форму. Кроме нелинейности, в нач альном участке существуют нелинейность градуировочной характеристики Во всем диапазоне ввиду того, что в известном расходомере между электрической мощностью, расходуемой в нагревателе, и тепловой мощностью нет прямой пропорциональности за счет теплопередачи в окружающую среду и нагрева стенок трубопровода. Линейность нарушается также в области ламинарного потока и переходной области. Все это уменьшает точность измерения. Цель изобретения - повышение точности измерения расхода потока. Поставленная цель достигается тем, что .в тепловом расходомере, содержащем измерительньй мост, состо5пций из термопреобразователя-нагревателя и двух постоянных резисторов, последовательно соединенные дифференциальный усилитель и блок регулирования напряжения, включенный между основным источником напряжения и одним выводом входной диагонали измерительного моста, а также блок линеаризации, включающий переменный резистор, блок линеаризации содержит два делителя напряжения, токосъемньй резистор, дополнительный источник напряжения и усилитель, включенный входом в выходную диагональ измерительного моста, а выходом через переменный резистор со средней точкой первого делителя напряжения и с одним входом дифференциального усилителя, другой вход которого соединён со средней точкой второго делителя напряжения, включенного параллельно постоянным резисторам измерительного моста, другой вывод выходной диагонали которого через токосъемньй резистор соединен с соответствующим выводом дополнительного источника напряжения, включенного параллельно первому делителю напряжения,и с соответснующим выводом основного источника напряжения. На чертеже представлена схема теплового расходомера. Тепловой расходомер содержит термопреобразователи-нагреватели 1 и 2,входящие в измерительный мост, два постоянных резистора 3 и 4. Термопреобразователь-нагреватель предназначен для нагрева проходящего потока и измерения его температуры. Обычно они выполняются из материала с высоким температурным коэффициентом сопротивления, например никеля. Термопреобразователь-нагреватель 1 является компенсационным 2-рабочим Постоянные резисторы 3 и 4 образуют дополнительные плечи моста и изготовлены из материала с малым коэффициентом сопротивления, например манганина. Тепловой расходомер содержит последовательно соединенные дифференциальный усилитель сигнала разбаланса моста 5 и блок регулирования напряжения 6, включенные между основным источником напряжения 7 и одним выводом входной диагонали измеритель ного моста. В расходомере имеется устройство линеаризации градуировочной характеристики, которое содержит переменный резистор 8, два делителя напряжения, каждый из которых состоит из постоянных резисторов 9, 10 и 11, 12, токосъемный резистор 1 дополнительньш источник напряжения 14 и усилитель напряжения 15. Переменный резистор 8 предназначен для установки линейности градуи ровочной характеристики. Делители напряжения 9-10 и токосъемный резис тор 13 подают напряжение, пропорцио нальное мощности, подаваемой на тер мопреобразователи-нагреватели 1 и 2 Дополнительный источник напряжения обеспечивает подачу опорного напряжения на делитель напряжения 11-12. Усилитель напряжения 15 предназначе для масштабного усиления сигнала разбаланйа моста, т.е. определяет регулируемую чувствительность преоб разования расхода потока в сигнал напряжения. Входыусилителя напряжения 15 подключены в выходную диагональ моста, а выход его через переменный резистор 8 соединен со средней точкой первого делителя напряжения и с одним входом дифференциального, усил теля сигнала разбаланса 5 измерител ного моста. Второй вход последнего подключен к средней точке второго делителя напряжения, включенного в другую диагональ моста параллельно постоянным резисторам 3 и 4. Другой вьшод выходной диагонали упомянутого моста через токосъемный резистор 13 соединен с соответствующим выводом дополнительного источника напряжения 14, включенного параллельно первому делителю напряжения, и с соответствую щим выводом основного источника напряжения . Предложенный тепловой расходомер работает следующим образом. При работе на начальном участке градуировочной характеристики квазикалориметрического расходомера в режиме постоянной мощности, подаваемой на термопреобразователь-нагреватель, начальный участок полностью линеен. При увеличении расхода потока .. линейность начинает нарушаться из-за уменьшения чувствительности преобразования расхода, так как в этом случае начинает сильнее охлаждаться термопреобразователь-нагреватель. Температура их падает. Это уменьшает разность температур, а следовательно, ведет к уменьшению чувствительности преобразования. С целью повышения точности измерения и линейности градуировочной характеристики в предложенном расходомере введены дополнительные конструктивные элементы. При включении источника напряжения 7 дифференциальный усилитель 5 поддерживает нулевую разницу напряжения между входа|ми, т.е. равенство напряжений на резисторе 11 от средней точки делителя напряжения, образованного резисторами 11 и 12, запитанного от дополнительного источника напряжения 14, и суммарного напряжения на токосъемном резисторе 13 и резисторе 9 второго делителя напряжения, при помощи блока регулирования напряжения 6. В данном случае выполняется функция стабилизации мощности, выделяемой в термопреобразователяхнагревателях 1 и 2. Мощность эта Определяется резисторами 9-13, а также напряжением дополнительного источника напряжения 14. При подаче расхода потока разбаланс моста, пропорциональный расходу, усиливается дифференциалБным усилителем 15 и изменяется. Часть сигнала также подается на второй

ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий измерительньй мост, состоящий из термепреобразователя-нагревателя и двух постоянных резисторов, последовательно соединенные дифференциальньй усилитель и блок регулирования напряжения, включенный между основным источником напряжения и одним выводом входной диагонали измерительного моста, а также блок линеаризации, включающий переменный резистор, отличающийся тем, что. с целью повьшения точности измерения расхода потока, блок линеаризации содержит два делителя напряжения, токосъемный резистор, дополнительный источник напряжения и усилитель, включенный входом в выходную диагональ измерительного моста, а выходом через переменный резистор - со средней точкой первого делителя напряжения и с одним входом дифференциаль ного усилителя, другой вход которого соединен со средней точкой второго делителя напряжения, включенного параллельно постоянным резисторам измерительного моста, другой вывод выходной диагонали которого через токосъемный резистор соединен с соот(Л ветствующим выводом дополнительного источника напряжения, включенного параллельно первому делителю напряжения, и с соответствующим выводом основного источника напряжения. со 4; 00 00 00