Тепловой расходомер Советский патент 1980 года по МПК G01F1/68 

(54) ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР

1

Изобретение относится к приборостроению, а именно к тепловым устройствам для измерения расхода газа или жидкости.

По основному авт. св. № -233954 известен тепловой расходомер, €оде(ржащий резистор-натреватель, выполненный из участка трубопровода со стенками более тонкими, -чем 1стен;юи -основного трубопровода, и включенный в м-остовую схему, дифференциальный усилитель сигнала разбаланса мостовой схемы, выход которого подключен ко входу устройства регулирования на-пряжен,ия, Б1ключенн-ого Меж-ду источником питания и мостовой схемой.

Недостатком этого устройства является нелинейность градуи-ровочиой характеристики расход-мощность ,при малых расходах.

Цель изобретения - расширение линейного диапазона из-мерения в О1бластн малых расходов.

.Это достигается тем, что расходомер снабж ен доп-однительны-м нагревателем, установленным после основного терморезистора-нагревателя и подключенным к источнику питания через регулируемое сопротивление, нри этом дополнительный нагреватель установлен от основного терморезистора-нагревателя на расстоянии, равном или меньшем расстояния между упомянутым основным терморезистором-нагревателем и входным компенса-ционным резистором.

На чертеже приведена ко-нструкция и измерительная схема теплового расходо5 мера.

Устройство содержит отрезо-к трубы /, участки которого представляют со:бой входной компенсационный резистор 2, терморезистор-нагреватель 3 и дополнн10 тельный нагреватель 4. Нагреватель 3 отделен от резистора 2 и нагревателя 4 участками 5 и 5 трубы с тонкой стенк-ой. Резисторы 7 и S с резистором 2 и нагревателем 3 соединены в мостовую схему, сигнал pas15 баланса которой усиливается усилителем 9 и управляет регулируюшим устройством 10. Источник питания ,// подключен через регулируюшее устройство 10 к диагонали питания мостовой схемы и через переменный

20 рез истор 12 к дополнительному нагревателю 4.

Устройство работает следующим образам.

25 Мостовая схема, состоящая из тер-морези-стора-нагревателя 3, компенсационного резистора 2 и термостабильных резисторов 7 и 5, .вместе с дифференциальным усилителем 9 и регулирующим устройством 10

30 образуют схему автоматической стабилизации :С,реднеи температуры терлМорезисторанагревателя 3.

За Счет действия этой схемы иа диагонали питан.ия мостовой схемы устанавливается такое напряжение, которое обеслсчивает иатрев терморезистора-натревателя 3 до средней темпе;ратуры, при .которой выполняется условие баланса (мостовой сх&мы

7

2

R

где 2, 3, и 8 - соответственно величинысопротивленийучастков 2 и 3 ,и рсзисторов 7 и S.

При отсутствии потока на термо:резисторе-нагревателе 3 выделяется мощность, комлвнсирующая потер,и тепла с его внешней поверхности, через участки 5 и 6 и через неподвижное вещество, заполняющее вн)тренню1о полость трубы.

При «аличии потока увеличивается теплоотдача с внутренней пове,рх1юст,:1 терморезистора-нагревателя 3, но его средняя твм1пе;ратура ОСтается прежней за счет действия .схемы стабилизации температуры,, которая увеличивает нашряжелие питания мостовой схемы, компенсируя тем самьрм мощность, которая расходуется на нагрев потока. Так как средняя темлература терморезистора-нагревателя 3 остается прежней, то не изменяется и количество тепла, рассеиваемое его внешней поверхностью, и увеличение мощности должно быть прямо Дропорщионально )массовому расходу вещества потока с известным уравнением теплового баланса:

др Р-РО Ср АГ-Q,,

где РО - мощность, выделяемая на терморезИсторе-наГревателе при нулевом расходе (тепловые потерн); Р - мощность При наличии ,расхода; Ср - удельная теплоемкость вещества

потока;

AT - разность температур потока на входе в терморезистОр-нагреватель на его выходе;

QM - массовый расход вещества потока. Однако при /малых расходах увеличение мощности будет знаЧительно меньще рассчитанного по уравнению теплового -баланса за счет влияния тепловых потерь через участки 5 и 6, которые из)меняются при изменении расхода и особенно силкно влияют на характеристику именно тери малых расходах. Это влияние объясняется следующим образом.,

При малых расходах вещество потока успевает несколько нагреться за время лрохождения участка 5. Чувствительность лреобразователя -медленно возрастает по ме)ре увеличения расхода за счет того, что

потак успевает прогреться на участке 5 да меньшей темлературы из-за увеличения линейной скорости потока и увеличения крутизны подъема температурного поля s

зоне )/-частка 5. Занижение чувствительности при малых расходах лроисходит и за счет участка 6 который нагревается выходящим из зоны терморезистора-нагревателя 3 потоком вещества, что првводит к уменьщению тепловых потерь че/рез участок 6, . следовательно, и к снижению того прироста мощности, который произощел за счет увеличения расхода. В результате чувств; тельность преобразователя медленно возрастает но мере увеличения расхода и достигает постоянного и близкого к расчетной величине значения только при каошм-то значении расхода, зависящем от геометрических размеров (длина, внутренний диаметр, толщина стенки) участков 5 и 5 и от теплофизических свойств материала трубы.

При наличии дополнительного нагревателя 4, расположенного после терморезистора-нагревателя 3 но ходу потока на некотором расстоянии от него, и при равенстве их температур влияние нагрева участка 6 выходящим из терморезисторанагревателя 3 потоком вещества практически устраняется, так как в этом случае тапловые потери через участоК 6 близки к нулю и не изМеняются при увеличении расхода. Если же температура дополнительного нагревателя 4 будет выше температуь:

терморезистора-нагревателя 3 приблизительно на величину перепада температуры на участке 5, то при отсутствии потока вещества устанавливается определенный тепловой поток от дополнительного нагревателя 4 через участок 6 к терморезисторунагревателю 3. При увеличении потока вещества этот тепловой поток будет уменьщаться, ЧТО приведет к увеличению мощности, потребляемой от источника питания

терморезистором-нагревателем 5 т. е. к увеличению чувствительности. Выбрав длину участка 6 и регулируя температуру дополнительного нагревателя 4 изменением переменного резистора 12, можно достичь

.кампенсадии отрицательного влияни участка 5 на начало градудровочной хахактеристики.

Формула изобретения

1. Тепловой расходомер по авт. св. № 2.33964, отличающийся тем, что, с целью расширения линейного диапазона

измерения в области малых расходов, он снабжен дополнительным нагревателем, установленным после основ-ного терморезистора-нагревателя и подключенным к источнику питания через регулируемое сопротивление.

2. Расходомер по п. 1, отличающийс я тем, что дополнительный нагреватель

установлен от основного те,р морезистора:нагревателя на расстоянии, равном или

меньшем расстояния между упомянутым основным терморезистором-нагревателем и входным камиенсационным резистором.