Тепловой сигнализатор расхода жидкости или газа Советский патент 1982 года по МПК G01F1/68 

1

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к тепловым сигна-i лизаторам расхода, и может быть использовано для котгроля сверхмалых расходов жидкостей и газов, например, при испытаниях трубопроводной запорной арматуры на герметичность.

Известны расходомеры с переменной мощностью нагрева, принцип работы ; которых основан на поддержании постоянной разности температур и- измерении мощности, расходуемой на нагрев. Постоянная разность температур поддерживается путем изменения мощности нагрева при помощи замкнутых систем следящего уравновешивания 1

Наиболее близким по технической , сущности является расходомер, содержащий измерительный участок трубопровода с расположенными на нем последователь- но двуыя термочувствительными элеме тами, измерительным и компенсационным, и мостовую измерительную схему, при этом измерительный и компенсационный

термочувствительные элементы имектг разные размеры 2 .

Известные устройства имеют недоо-i таточную чувствительность измерения в области малых расходов.

Цель изобретения - повышение чувствительности.

Это достигается тем, что в тепловой сигнализатор расхода жидкости или газа| содержащий измерительный участок тру-;

10 бопровода с расположёнными на нем измерительным н включенным последовательно с ним компенсбщионным .терм чувствительным элементами, мостовую измерительную схему, два последователЬг15но соединенных плеча которой образуют термостабильный резистор и измерител гный термочувствительный элемент, а два других последовательно соединенных плеча офазованы резистивным делителем,

20 дифференциальный усилитель в последовательно соединенные с ним блок определения мощности н пороговый здвкатор, введены неинвертирующнй масшта&ный усилитель , повтбр11тель напряжения и второй, термостабильный резистор, при этом выход неинвертирующего масштабного усилителя соединен с иеинвертирую- щим входом дифференциального усилителя, второй вход которого подключен между измерительным термочувствительным элементом и термоста&1льным резистором мостовой измерительной схемы, а вход неинвертируклцего масштабного усилителя соединен со средней точкой последовательной цепочки, состояшей из второго термостабильного резистора и компенсационного термочувствительного элемента, подключенной к выходу повторителя напряжения, вход которого соединен с выходом резистиЕного делителя, включённого входами в питающую диаго наль моста. На чертеже представлена функциональ ная схема предлагаемого сигнализатора расхода жидкости или газа. Сигнализатор содержит преобразователь 1, выполненный в виде измерительного участка трубопровода 2 из металла в частности из нержавеющей стали, нинамотанными на него одинаковыми изме рительной 3 и компенсационной- 4 терморезисторными, например, медными обмот камв- - термочувствит€ пьными элементами, включенными последовательно в цеиочки с nepBbnvi и вторым термостабильными резисторами 5 и 6. Измерительная и компенсационная обмотки Еыполняюггся идентичными, т.е. из цровода одной и той же марки и сечения с одинаковым количеством витков, что упрощает получение одинаковых поверхностей теплоотдачи обмоток, при этом уменьшается влияние температурных изменений соединительньпс проводов. : Мостовая схема содержит резистивны делитель, состоящий из последовательно соединенных резисторов 7 ri 8, дифферен циальный усилитель 9, повторитель 10 вход которого подключен к выходу через один из термостабильных резисторов, соединен с входом неинвертирующего масштабного усилителя 11, выход которого через токоизмерительный резистор 12 соединен с вершиной питающей диа-. гонали моста. Выводы токоизмерительного резистора 12 подключены к блоку определения мощности 13, состоящего нз последовательно соединенных преобразователя 14 напряжения в ток, преобразователя 15 тока в частоту импульсов ждущего мультивибратора 16, амплитудного модулятора 17 и фильтра 18 нижних частот. Выход блока определения мощности подключен к пороговому индикатору 19, состоящему из компаратора 20, источника 21 опорного напряжения и индикатора 22.

Измерительный участок трубопровода устанавливается вертикально, причем из. мерительная обмотка 3 расположена вьпие, чем компенсационная обмотка 4 сцелью исключения генерации выходного сигнала при нулевом потоке (утечке) иэза естественной конвекции измеряемой среды. Входом сигнализатора расхода является нижний конец измерительного . участка 2.

Устройство работает, следующим образом.

В зависимости от вида изделия и тип испытания на герметичность преобразователь сигнализатора устанавливается в разрыве трубопровода, в месте прохождения потока (утечки), входя1| 1его под давлением в испытуемое изделие, либо выходящего из него. С выхода усилителя 9 через моСтовую схему протекает ток, создавая падение/ напряжения на резисторах 3-5, 7-8, 12. Между измерительной 3 и компенсационной обмоткой 4 автоматически поддерживается заданная разность температур во всем диапазоне измеряемых утечек Для получения высокой -чувствительности этот перепад составляет до 20-30° С. Величина перепада задается выбором величин резисторов, мостовой схемы, например резистора 6. Сопротивление термостабильных резисторов выбирается на порядок меньше сопротивлений измерительной и компенсационной обмоток, что повышает коэффициент использования по напряжению. Мощность, потребляемая мостом, прямо пропорциональна мощности, рассеиваемой измерительной обмоткой, которая является одновременно и нагревательной,и зависит от расхода. С резистора 12 на вход блока 13 определения мощности поступает напряжение, пропорциональное току, потребляемому мостовой схемой, и напряжение с питающей диагонали моста. Коэффициент деления резистивного делителя выбран равным коэффициенту передачи масштабного усилителя в пределах. 1О-20, при этом мсвдность, рассеиваемая на компенсационной обмотке, не .менее чем на два порядка меньше мощности, рассеиваемой на нагревательной обмотке. В блоке 13 производится умножение сигналов, поступающих с резистора 12по принципу щиротной и ампгаггудной модуляции. Преобразователь 14 напряжения в ток производит преобразование падения напряжения на токоизмерительном резисторе 12, которое зависит от тока, потребляемого мостовой схемой, в ток, являющийся входной функцией преобразователя 15 тока в частоту импульсов. С помощью ждущего мультивибратора 16 эти импульсы расщирякггся до нормирова ного значения и вводятся в амплитудный модутштор 17, на модулирующий вход которого подается напряжение с,питакидей диагонали, мостовой схемы. Промодутпфованные по амплитуде импуттьсы поступают на фильтр 18 нижних частот, где производится усреднение вольт -секундной площади импульсов в постоянное напряжение. Это напряжение, пропорциональное потребляемой мощности и расходу с выхода блока 13 j передается на пороговый индикатор 19, где на компараторе 20 сравнивается с опорным напряжением, пропорциональным заданному расходу, поступающим с источника 21 опорного напряжения. Результат сравнения отображается на индикаторе 22. Предлагаемое устройство позволяет полуавтоматически разбраковывать запор ную трубопроводную арматуру по степени герметичности затвора (т.е. по допус каемой утечке испытательной среды жидкости, начиная от 0,О1 см/мин или газа - от ICJ см /мин) на испытатейьных ст5ендах. Формула изобретения Тепловой сигнализатор расхода жидкости илн газа, еодержешшй измерительный участок трубопровода с распопоженными на нем измерительнык и включен ным последовательно с Hmvi компенсационным термочувствительным элементами мостовую измерительную схему, два последовательно соединенных плеча которой образуют термостабильный резистор и измерительный термочувствительный элеменг.а; два других последовательно соединенных плеча обра зован ы резис тивным делителе М, днф- ференниальный усилитель и последовательнб .соединенные с ним блок определения мощное ти к пороговый индикатор, отличаю щи и с я тем, что, с целью повыщення чувствительности, в него введены неинвертирующий масштабный усилитель, пов торитель напряжения и второй термостабильный резистор, при этом выход неинвертирующего масштабного усилителя соединен с неинвертирующим входом диф ференциального усилителя, второй вход которого подключен м&кяу измеритешгным термочувствительным элементом- в термостабильным резистором мостовой измерительной схемы, а вход Heiftmei тирующего масштабного усилителя соединен со средней точкой последовательной цепочки, состоящей из второго термостабильного резистора и компенсацяовного термочувствительного элемента, подключенной к выходу повторнтеля напряжения, вход которого соединен с выходом резистивного делителя, ВКЛЮЧУHHWV входами в питающую диагональ моста. Источники информации, принятые во внимание прв эвспертвэе 1.Коротков П. А. и щ. Тепловые расходомеры. Л., Машиностроение, 1969, с. 48-52. 2.Рудный Н. М. и др. Бесконтактный тепловой расходомер с постоянным перепадом температур. - .ТТриборы и системы управления , 1972, № 6, с. 43 (прототип).