Тепловой расходомер Советский патент 1977 года по МПК G01F1/68 

1

Изобретение относится к приборостроению п иредиазначено для измерения расходов жидкостн и газов.

Известны тенловые расходомеры, содержащие термочувствительные элементы, работающие в нестационарном режнме, источннки иитания н измерительную схему. В этих расходомерах при циклической работе термочувствительного элемента измеряются параметры его импульсной (переходной) характернстикн: величина амплитуды выходного сигнала илн время перехода термочувствительного элемента из одного температурного состояния в другое, но которым судят о расходе 1, 2.

Из известных устройств наиболее близким ио технической сущности к изобретению является датчнк теплового преобразователя, состоящий из двух параллельных цепей с самостоятельпыми источниками нитания и подключеииых носледовательио с терморезнсторами обмоток поляризованного реле и общей нзмерительной схемы .3.

Однако это устройство обладает узким диапазоном измерения и ограничено ио быстродействию.

Цель изобретения - расширение диаиазоиа измерения и повышение быстродействия.

Это достигается тем, что измерительная схема выполнена в виде последовательно включенных усилителя, логарифмирующего устройства, блока сравнения н усилителя-ограничителя, иа выход которого подключены две параллельные ветви, в одной из .которых включено первое дифференцирующее устройство, а во второй - последовательно соединенные блок сравнения, нуль-орган, устройство управления и измерительный прибор к выходу первого дифференцирующего устройства нодключена ветвь, состоящая из последовательно соединеииых второго днфференцирующего устройства, блока установки нуля, второго нульоргана и формирователя импульсов, причем выход формирователя импульсов нодключенк одному из входов устройства управления.

LT

На чертеже .представлена схема описываемого расходомера.

Она состоит из термочувствительного элемента 1, носледовательно соединенного с усилителем 2, логарифмирующим блоком 3, блока 4 сравнения н усилителя-ограничителя 5. Схема включает в себя блок 6 сравиения, нуль-орган 7 и устройство 8 управления, соединенные последовательно с усилителем-ограиичителем 5. Дифференцирующие блоки 9 и 10 также соединены с усилителем-ограничителем 5 последовательно. Нуль-орган 11 и формирователь 12 имнульсов через блок 13 установки нуля соединены иоследовательно с днфференцирующим блоком 10. Измерительный прибор

14 блоком 8 управления подключается к дифференцирующему блоку 9.

Расходомер работает следующим образом.

При включении нагревателя температура термочувствительного элемента 1 повыщается до определенного значения (верхний сигнал устанавливается в зависимости от выбранного диапазона измерения) и сигнал с него поступает на вход усилителя 2. Усиленный сигнал подается в логарифмирующий блок 3, где выделяется логарифмическая функция сигнала, т. е. реализуется выражение

In® /и-с + f{x,y,z),

где в -темиература термочувствптельного

элемента; т - время; f(x, у, z) - функция координат;

т - темп регулярного режпма.

Далее сигнал поступает в блок 4, где сравнивается с опорным напряжением 17, и в усилитель-ограничитель 5, предназначенный для расщирения анализируемой области логарифмической функции сигнала. По достижении сигналом с термочувствительного элемента 1 заданного уровня, который устанавливается в элементе 6 сравнения нодачей опорного напряжения (например, -6в) срабатывает нуль-орган 7 и при этом выходным сигналом нульоргана 7 через устройство управления отключается нагреватель и происходит охлаждение термочувствительного элемента.

Для измерения режима охлаждения прологарифмированный сигнал термочувствительного элемента 1 поступает в два последовательно соединенных дифференцирующих блока 9 и 10. Дифференцирующий блок 9, выполняюdlnQщии операцию -г- - т, определяет

д-с

темп регулярного режима охлаждения термочувствительного элемента, функционально связанный с расходом. Темп регулярного режима (т) является функцией теплофизических свойств потока формы термочувствительность элемента, а также коэффициента теплообмена между термочувствительным элементом и средой и в регулярной стадии остается величиной постоянной для данных условий.

При постоянных теплофизических свойствах среды и формы термочувствительного элемента темп (т) зависит только от коэффициента теплообмена. В свою очередь, с изменением расхода среды существенно меняется коэффициент теплообмена, а значит изменяется и темп (т) теплового регулярного режима. При наступлении регулярного режима охлаждения термочувствительного элемента напряжение на выходе блока 9 будет постоянной во времени величиной.

Дифференцирующий блок 10 предназначен для определения момента наступления регулярного режима охлаждения термочувствительного элемента, при наступлении которого сигнал на выходе блока 10 равен нулю

п т,

-- и, При уменьщении сигнала до о./

величины, меньщей заданной в блоке 13 установки нуля, срабатывает нуль-орган 11. Подача небольпюго заданного отрицательного смещения с блока 13 на вход нуль-органа 11 предотвращает ложное срабатывание, вызываемое дрейфом нуля дифференцирующего блока 10. Выходной сигнал нуль-органа 11 расщиряется во времени формирователем импульсов и через устройство 8 управления подключает к выходу дифференцирующего блока 9 прибор 14, измеряющий расход (цифровой вольтметр), и включает нагреватель. Температура термочувствительного элемента вновь повьпиается до заданного уровня, и процесс измерения повторяется.

Таким образом, быстродействие повышается за счет того, что измерение ироводят сразу же по окончании иррегулярной стадии, т. е. с момента настунления регулярного режима (производить измерение параметра термочувствительного элемента в иррегулярной стадии нельзя из-за неоднозначной зависимости параметра от расхода, сказывается влияние начальных условий).

Кроме того, .измерение производят как при охлаждении, так и при нагревании термочувствительного элемента.

Расширение диапазона измерения достигается тем, что нелинейность градуировочной характеристсики термочувствительного элемента не влияет на величину темна регулярного режима.

Указанный тепловой нестационарный расходомер может быть использован для измерения расхода жидкостей и газов в быстропротекающих процессах химических и нефтехимических производств.

Формула изобретения

Тепловой расходомер, содержащий термочувствительный элемент, подключенный к источнику нитания и измерительную схему, о тличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения и иовышения быстродействия, измерительная схема вынолнена в виде последовательного включенных усилителя, логарифмирующего устройства, блока сравнения и усилителя-ограничителя, на выход которого подключены две параллельные ветви, в одной из которых включено первое дифференцирующее устройство, а во второй - последовательно соединенные блок сравнения, нуль-орган, устройство управления и измерительный прибор, к выходу первого дифференцирующего устройства подключена ветвь, состоящая из последовательно соединенных второго дифференцирующего устройства, блока установки нуля, второго нуль-органа и формирователя импульсов, причем выход формирователя импульсов подключен к одному из входов устройства управления.

Источники информации, нринятые во внимание при экспертизе;

1. Сб. Материалы к Таллинскому совещанию по электромагнитным расходомерам. Вып, 1, Таллин, 1971.

2.Авт. св. .№ 220543, кл, G 01F 1/00, 1966.

3.Авт. св. № 381900, кл. G 01F 1/68, 1971 (прототип).