Тепловой расходомер Советский патент 1986 года по МПК G01F1/68 

к5№

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения расхода потока жидкости и газа о

Цель изобретения - уменьшение погрешности измерений«

На фиг.1 изображена структурная схема расходомера; на фиг,2 - временные диаграммы efo работы

Расходомер содержит блок программного управления 1, переключатель потока 2 изйёрительную ветвь трубопровода 3, дополнительную ветвь трубопровода 4, мостовую измерительную схему 5 с термочувствительным элементом 6 в одной из плеча усилитель разбаланса моста 7, преобразователь напрялсение-ток 8, электронный переключатель 9, аналоговое запоминающее устройство 105 компаратор llj источник опорного напряжения 12 электронньй ключ ISs интегратор 14, генератор управляемой частоты 15, формирователь прямоугольных импульсов 16 реверсивньш счетчик 17 и блок индикации 18, при этом вькоды блока программного управления 1 соединены соответственно с входом обнуления интегратора 145 с управляющими входами переключателя потока 2, электронного переключателя 9,реверсивного счетчика 17 и электронного ключа 13, термочувствительный элемент 6j мост 5 усилитель 7 и преобразователь 8 образуют автобалансную мостовую схему, вькод которой соединен через электронный переключатель 9 с первым входом компаратора 11, второй вход которого соединен с вторым вькодом электронного переключателя 9 через аналоговое запоминающее устройство 10 s компаратора 11 соединен с управляющим входом электронного ключа 13, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения 12, а выход электронного ключа 13 через последовательно соедине 1ные интегратор 14, генератор управляемой частоты 15. и формирователь прямоугольных .импульсов 16 связан с диагональю питания моста 5 и с входом реверсивного счетчика 17j выход которого соединен с входом блока индикации 18«

Устройство работает в два этапа следующим образом.

На первом этапе с выхода ждущего мультивибратора 20 блока управления 1 на переключатель потока 2 приходит

управляющее напряжение Uupn, отпирающее переключатель потока 2, т,е, обеспечивающее коммута1.шю газового потока} поступающего на входной штуцер,

переключателя потока 2р с измерительной ветвью трубопровода 3, тем самым обеспечивается воздействие измеряемого потока на терморезистор R - 6 (фиг.26)„

Переключатель потока 2 предназначен для поочередной коммутации по сигналу с блока программного управления 1 газового потока5 поступающего на его входной штуцерг с измеритель5 пой ветвью трубопровода 3 и дополнительной ветвью 4, которые соединены с его выходньми штуцерами. При этом во втором такте измерительного цикла, когда закрыта измерительная ветвь

0 трубопровода 3 с термочувствительным элементом 6 переключатель потока 2 перекоммутирует поток на дополнительную ветвь 4, имеющую такое же гидродинамическое сопротивление, что и из-,.

5 мерительная ветвь трубо.провода 3, За счет этого обеспечргеается неразрывность и отсутствие флуктаций измеряемого потока в трзбопроводе.

Элементы Зд 6, 1,, 8 образуют автобалансную мостовую схему, обеспечивающую постоянство рабочей точки терморезистора (т.е. постоянство его температуры). В этом случае удается значительно повысить быстродействие расходомера, так как для системы с обратной связьЮд которой является самобалансируюш;ая мостовая схема, быстродействие увеличивается почти в К раз S где К - коэффициент усиления усилителя разбаланса 5, по сравнению с быстродействием разомкнутой системы.

Поэтому для терморезистора 6 можно записать уравнение баланса мощное- . тейз воздействующих на него

Р р

+ Р

. р р i-Q г F э

О J- ПОС1имп

где Рд - мощность, соответствующая , выбранной рабочей точке терморезистоpa б (т.е. обеспечивающей сопротивление равное сопротивлениям плеч моста) при нормгшьной те чпературе окружающей среды ();

PQ мощность5 отбираемая от R

обдуваемым его потоком и пропорциональная скорости потока;

Р - мощность5 эквивалентная воздействию на К отклонения темпарату- ры окружающей среды от нормального значения (+Р,- с, &Т) в случае превы шения температуры окружающей среды на дТ своего номинального значения и -РТ с,4Т, если температура окружающей среды меньше на йТ номинал ного значения; . с, - коэффициент пропорциональ ности; - мощность импульсного сиг ла, поступающего с формирователя прямоугольных импульсов 16 на посг мощность, рассеиваемая на R под действием постоянного тока преобразователя 8, обеспечивающего постоянство рабочей точки терморезистора Ry - 6, т.е. поддерживающе мост 5 в сбалансированном состоянии Причем Р„„„ , где с, - коэффициент пропорциональностиi;U,c; - соответственно амплитуд и длительность импульсо формирователя 16; F - частота импульсов, равн выходной частоте генера тора 15. При постоянстве значений U. мощность Р. является линейной и связана со значением выходного напряжения интегратора 14. .y - коэффициент пропорциогде с. нальности; UBU,. выходное напряжение усивых.ц лителя разбаланса моста Мощность импульсного сигнала V „ предназначена для компенсации влияния на терморезистор 6 потока газовой среды. На первом этапе цикла измерения (при обдуве R потоком) блок управления 1 задает начальные условия ин тегратору 14, обеспечивая начальное напряжение на его выходе значения, при котором мощность равна или нес колько превышает мощность, отбираему проходящим потоком от терморезистора в случае максима:гтьной скорости пото ка (т.е. при максимальном расходе газа). В этом случае и уравнение баланса мощностей имеет вид + Р - Р. Р„ имп о пост при этом на выходе усилителя разбаланса 7 устанавливается напряжение (1) 034 еьи U S обеспечивающее баланс моста 5 (фиг.2е). Это напряжение через коит кты II переключателя 9 поступает в аналоговое запоьшнающее устройство 10. Установившаяся частота F на выходе генератора управляемой частоты 15 заносится в реверсивный счетчик 17 . Во втором такте измерительного в момент времени t( переключатель 9 переводится в состояние I и одновременно прекращается подача управляющего сигнала на переключатель потока 2, что приводит к прекращению обдува терморезистора 6 газовым потоком, который перегЛммутируется переключателем потока 2 с измерительной ветви трубопровода 3 на дополнительную ветвь 4 (фиг.26). В результате прекращается отбор мощности Р от терморезистора 6, что вызывает разбаланс моста 5 и уменьшение напряжения на выходе усилителя разбаланса моста 7 до значения котором мост 5 вновь приходит в сбалансированное состояние (фиг.2е). По окончании переходного процесса в момент времени t с помощью блока управления 1 замыкается ключ 13 и на вход интегратора 14 подается напряжение с источника опорного напряжения 12. Под действием входного напряжения выходное напряжение интегратора 14 начинает уменьшаться, обеспечивая уменьшение выходной частоты генератора управляемой частоты 15, а следовательно, и РИМП Уменьшение значения мощности JL f обусловливает возрастание выходного усилителя разбаланса моста 7, сохраняющего баланс моста 5. В момент времени t, когда выходное напряжение усилителя разбалансамоста 7 достигает значения U, 5ых.и ранее заlO, срабапомненного устройством тывает компаратор 1 1, разм1 1кая ключ 13 и прекращая подачу напряжения на вход интегратора 14. Это приводит к прекращению изменения выходного напряжения интегратора 14, а следовательно, к прекращен -т изменения частоты F генератора управляемой частоты 15 и мощности Р),,, . При этом на выходе генератора управляемой частоты 15 установится частота F (фиг.2ж) и мощность импульсного сигнала в этом случае равна Р,,- г 112 1 1 (,1 . Уравнение баланса мощностей при этом имеет вид отсутствии расхода поскольку при газа P(j 0. Принимая во внимание, что выходное напряжение усилителя разбаланса моста 7 для отрезка времени t t,-t, (2) которому соответствует выражение равно значению выходного напряжения для отрезка времеэтого усилителя ни t t, О, которому соответствует (1), следует вывод, что мощност постоянного тока Р в уравнениях (2) имеет (О и одно-и то же знаУчитываятакже, что отрезок чение, времени t В течение которого осуществляется операция замемощностью импульсщения мощности Ного сигнала Р,,ц, , невелик и за это время температура окружающей среды практически не изменится, следует вы вод, что величина Р в уравнениях (1) и (2) имеет одно и то же значение о Вычитая из выражения (1) выражени (1), получим: (F-F)a(F-F Р р р Q имп ими Поскольку значение мощности- PQ является функцией расхода газа Q, то раз ностная частота AF F - F однознач определяет расход газовой среды в ма гистрали. Для получения числа, пропорционал ного значению uF, реверсивный счетчи 17 по сигналу с блока управления 1 переводится в режим вычитания и из записанной ранее частоты F осуществляется вычитание частоты F (фиг.2д Результирующее число, накопленное в реверсивном счетчике 17, заносится блок индикации 18. По окончании про цесса измерения в момент t происхо дит подача на терморезистор 6 газового потока, в интегратор 14 заносятся начальные условия и устройств готово к проведению повторных измер ний. Блок управления 1 работает следующим образом. Последовательность на выходе задающего генератора 19 (фиг.2а) определяет время цикла измерения и является опорной для формирования 036 сигналов, блока управления 1, мульт :вибраторы 20 и 21 формируют управляющие импульсы на переключатель потока 2 и переключатель 9, а -также сигнал установки начальных условий интегратора 14 соответственно (фиг.2б5в). Схемы задержки 22 и 23 обеспечивают необходимьй сдвиг по времени импульса с выхода ждущего мультивибратора 21 и тем. самым формируют сигналы управления реверсивным счетчиком 17 и ключом 13 соответственно (фиг.2д и 2г). Формула изобретения Тепловой расходомер, содержащий трубопровод с термочувствительным элементом, включенным в плечо электрического моста, усилитель разбаланса моста и блок индикации, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений, в него дополнительно введены блок програмного управления, переключатель потока, электронный переключатель, запоминающее устройство, компаратор, источник опорного напряжения, электронный ключ, интегратор, преобразователь напряжение-частота и реверсивный счетчик, при этом переключатель потока включен своим входом в трубопровод, причем трубопровод за переключателем потока выполнен из двух одинаковых по сечению ветвей, подключенных соответственно к выходам переключателя потока, и термочувствительный элемент установлен в одной из ветвей, выходы блока программного управления соединены соответственно с входом обнуления интегратора, с управляющими входами переключателя потока, электронного переключателя, реверсивного счетчика и электронного . ключа, термочувствительный элемент, мост и усилитель образуют автобалансную мостовую схему, выход которой соединен через электронный переключатель с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, вход которого соединен с вторым выходом электронного переключателя, выход компаратора соединен с управляющим входом электронного ключа, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход электронного ключа через последовательно

112640038

соединенные интегратор и преобразо- реверсивного счетчикаs выход котователь напряжение-частота связан с рого соединен с входом блока индикадиагональю питания моста и с входом ции.

Изобретение может быть использовано для измерения расхода потока жидкости и газа и позволяет уменьшить погрешности измерений. Последовательность импульсов на выходе задающего генератора 19 определяет время цикла измерения и является опорной для форш рования сигналов блока 1 управления. Мультивибраторы 20 и 21 формируют управлягопше импульсы на переключатель 2 потока и переключатель 9, что приводит к прекращению обдува терморезистора 6 газовым потоком, который перекоммутируется переключателем 2 потока с измерительной ветви трубопровода 3 на дополнительную ветвь 4, а также мультивибраторы 20 и 21 формируют сигнал установки начальных условий интегратора 14. Схемы 22 и 23 задержки обесС; SS печивают необходимый сдвиг по времени импульса с выхода ждущего мульти(Л вибратора 21 и тем самым формируют сигналы управления реверсивным счетчиком 17 и ключом 13 соответственно. 2 ил.

(риг.2 2 3

Q

Ч