Устройство для измерения количества теплоты Советский патент 1985 года по МПК G01K17/06 

Изобретение относится к области тепловых Измерений, а именно к устройствам для измерения колжюства теплоты, переносимого перегретым паром в теплоэнергетических установках, - теплосчетчикам, и может быть использовано при разработке систем коррекции расхода перегретого пара при изменении его температуры и давления. Известны устройства для измерения расхода теплоты (тепловой мощности) с потоком пара, которые содержат дифферециальный манометр, подключенный к измерительной диафрагме для измерения перепада давления, являющегося функцией расхода, датчики расхода и температуры, установленные на том же трубопроводе и вк;ш)ченные в автокомпенсационную схему астатического типа, созданную на базе электромеханических вторичных приборов и вращающихся трансформаторов Cl и 2. Однако устройство отличается узкими диапазонами рабочих давлений пара, а также недостаточными надежностью и ресурсом непрерывной работы необходимостью в постоянном обслуживании, малой точностью. Наиболее близким к изобретенрпо по технической сущности является устройство для измерения расхода газ с компенсацией давления и темпер,атуры.J которое в определенных -случаях, например при соответствующей шкала регистрирующего устройства, может быть использовано для измерения коли чества теплоты, переносимого перегретым паром, содержащее установленный на трубопроводе расходомер с час тотнь м выходом, датчики температуры и давления, установленные в том же трубопроводе и включенные в схемы преобразователей температуры и давле ния в электрическ-ий сигнал, компаратор, счетчик, ключ 3 J. Недостатками известного устройств являются низкая точность измерения количества теплоты, переносимого перегретым паром,, а также сложность. Цель изобретения - повышение точности измерения количества теплоты, переносимого перегретым паром. Поставленная цель достигается тем что в устройство для измерения коли-чества тешю1Ъ, содержащее установленный на трубопроводе расходомер с частотным выходом, датчики температуры и давления, установленные в том же трубопроводе и включенные в схемы преобразователей температуры и давления в электрический сигнал, компаратор, счетчик импульсов, ключ, введены коммутатор, первый интегратор, генератор счетных импульсов, блок управления и второй интегратор, вход которого соединен с выходом первого интегратора, а выход через компаратор подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соед1шен с разрядным ключом первого интегратора, в торой, третий и четвертый выходы подключены к управляющим входам когумутатора, входы которого соединены с выходами преобразователей давления и температуры в электрический сигнал, а выход подключен к входу первого интегратора, при этом выход расходомера подключен к запускающему входу блока управления, а выход генератора счет«ых импульсов к второму входу блока управления и входу ключа, управляющий вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход подключен к счетчику импульсов. Кроме того, преобразователь температуры в электрический сигнал выполнен в виде последовательно вклю ченных термопреобразователя сопротивления и опорного резистора, подключенных к источнику тока. На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит расходомер 1, датчик 2 давления, включенный в схему 3 преобразователя давления в электричеект сигнал, состоящую из буферного усилителя 4, резисторов 5 - 8 и источника смещения (не показан), датчик 9 температуры, включенный в схему преобразователя 10 температуры в электрический сигнал, г-меющую источник 11 тока, опорный резистор 12, резистор 13 и буфарньв усилитель 14, коммутатор 15, первый интегратор 16, второй интегратор 17, компаратор 18, блок 19 управлени.4, генератор 20 счетных импульсовS ключ 21, счетчик 22 гыпульсов. Устройство работает следующим образом. С выхода расходомера 1 импульсный сигнал П (Пуск), пропорциональный расходу пара, поступает на запускающий вход блока управления. С приходом первого импульса начинае ся цикл преобразования. Начальное состояние ключей коммутатора 15 еле дующее: ключ 25 замкнут, ключи 23 и 24 разомкнуты. При поступлении импульса П в блок 19 управления на его втором выходе еЛ появляется управляющий сигнал t, который пере водит во включенное состояние ключ 2 Одновременно исчезает управляющий сигнал с четвертого выхода г ,и ключ размыкается. Сигнал U(P) с выхода . преобразователя давления в электрический сигнал поступает на интегратор 16, напряжение на выходе которо го линейно возрастает по закону u/t)- -l--/ru(p).dt.(1 где RI - входное сопротивление, а С1 емкость конденсатора интегратора, и к концу интервала t достигает величины U(t)( C1)U(P). Это напряжение поступает на инте гратор 17, напряжение на выходе которого возрастает по закону о. U t RTcT-R-2TclV- P l ( о где R2 - входное сопротивление, а С2 - емкость конденсатора интегратора. В конце цикла заряда напряжение U на выходе интегратора 17 достигает величины п rt -05 I iP -tii- -и,э Ri.c,.R2-C2. По истечении времени t управляющий сигнал t. с выхода S блока управлен исчезает, ключ 23 размыкается, а на первом выходе oi блока управления появляется короткий разрядный импульс tp, который кратковременно замыкает разрядный ключ 26 интегратора 16, что приводит к быстрому разряду конденсатора интегратора. В момент размыкания разрядного ключ на третьем выходе 6 блока управлени появляется управляющий сигнал t, который переводит в замкнутое состо ние ключ 24, и на интегратор 16 нач нает поступать напряжение U(T) обра ной полярности. На выходе интеграто ра 16 напряжение тоже меняет свою ПОЛЯРНОСТЬ и линейно возрастает (по абсо потной величине) по закону ti U(T)dt J К концу интервала t2 оно достигает величины U(tp (t2/R1.Cl) U(T). Это вызывает разряд конденсатора С2 интегратора 17 и уменьшение напряжения на выходе интегратора 17 по законуU2()u,(t,)---i--ju,(t.)dt..: о(5) Такт разряда длится до полного разряда конденсатора С1 и, когда напряжение U достигает начального уровня, в частности нулевого значения (U2(t)0), срабатывает компаратор 18 и подает командный сигнал на первый вход блока управления, в результате которого на выходе в блока управления управляющий сигнал t исчезает и ключ 24 размыкается, а на выходе c блока управления вновь появляется короткий импульс t , вызывающий быстрый разряд интегратора 16. Одновременно на выходе г блока управления появляется управляющий сигнал t (пауза), переводящий в замкнутое состояние ключ 25. Этим цикл преобразования заканчивается. Устройство возвращается в исходное состояние и ждет прихода следующего запускающего импульса от расходомера. Из выражения (5) при условии U.(t следует, что 2()Г.т| -Г2-с-2 1 откуда U(P).(T)t/.(7) Следовательно, время второго интегрирования определяется по выражению t t 2. (T) Сигналом t открывается ключ 21, и в течение времени t. на счетчик 22 поступают счетные импульсы с выхода генератора 20.-Число импульсов Nj, в выпущенной ключом 21 серии пропорционально величине I|U(P)/U(T). С учетом того, что U(P)Kp{P+d), так как имеется источник напряжения смещения с напряжением U, и и(Т)1о(К-г+Ко)1вКт(Т+Ь), где Ij, - ток источника 1 1 тока; R, Rp - сопротивления термопреобра зователя 9 и опорного рези тора 12; постоянные коэффициенты. Кр J Р+а К Jp+a Следовательно5 число импульсов в серии Так как t задается частотой генератора 20 счетных импульсов и обрат но пропорционально этой частоте, а частота следования серий импульсо пропорциональна расходу G, то число импульсов, зарегистриров.анных счетчиком 22 за определенный отрезок времени t, определяется по формуле .-1|;5 Эта величина пропорциональна кол честву теплоты, пропущенному с паро по трубопроводу. Коэффициенты а и b определяются расчетным путем, являются параметра ми настройки устройства, а выражение 1/(Р-ьа)/Т+Ь) в выбранной рабоче области значений Р и Т пропорционал но произведению энтальпии пара на его плотность. Например, для диапазонов ,4-1,0 МПа, - при применении расходомера переменного перепада давления dP на сужающем устройстве формула (11) имеет вид . О К .W4--- - /(12) ( Vdt. Мт4-1 ЛП 1Т+1240 а методическая погрешность при. этом составляет ±0,25%. Из выражения (11) следует, что на погрешность измерения не оказывает влияния нестабильность элементов интегрирующих цепей интеграторов и частоты генератора счетных импульсов. Практически исключается погрешность ключа 21, формирующего серии импульсов, так как он пропускает сериями не частоту расходомера, которая не может бить достаточно больщой, а частоту генератора, которую можно выбрать необходимой величины. Предлагаемое устройство может быть использовано также для измерения количества пара с учетом его действительной плотности. Например, в пределах параметров пара, приве- денных вьше,алгоритм имеет вид: Г - К й 1 G - к у „,, о. , VТ+231 а методическая погрешность составляет ±0,,3%. Наличие в устройстве новых элементов - интеграторов, коммутатора, блока управления и генератора счетных импульсов, а также наличие новых связей между элементами предлагаемого устройства выгодно отличает его от известного, так как позволяет повысить точность измерения количества те пло ты,

Ги

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ-ИЗЖРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОТЫ, содержащее установленный на трубопроводе расходомер с частотным выходом, датчики температуры и давления, установленные в том же трубопроводе и включенные в схемы преобразователей температу-ры и давления.в электрический сигнал, компаратор, счетчик импульсов, ключ,.о тл ич ающе е ся тем, 4TOj с целью повьппения точности измерения количества теплоты,- переносимого перегретым паром, в него введены коммутатор, первьш интегратор, генератор счетных импульсов, .блок управления и второй интегратор, вход которого соединен с выходом первого интегратора, а выход через компаратор подключен к первому входу блока управления, первый выход которого соединен с разрядным ключо. : первого интегратора, второй, третий и четвертый выходы подключены к управляющим входам коммутатора, входы которого соединены с выходами преобразователей давления и температуры в электрический сигнал, а выход по.дключен к входу первого инi тегратора, при этом выход расходомера подключен к запускающему входу (Л блцка управления, а выход генератора счетных импульсов - к второму входу блока управления,и входу ключа, управляющий вход которого соединен с третьим выходом блока управления, а выход подключен к счетчику импульсов. а 2. Устройство по п. 1, о т л и00 чающееся тем, что преобраiCX) зователь температуры в электрический сигнал выполнен в виде последовательно включенных термопреобразователя сопротивления и опорного резистора, подключенных к источнику тока.