Тепловой расходомер

.ЯО 1134888 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01 68 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий измерительный мост, состоящийнз термопреобразователя-нагревателяи двух постоянных резисторов, последовательно соединенные дифференциаль.ный усилитель и блок регулированиянапряжения, включенный между основным источником напряжения и однимвыводом входной диагонали измерительного моста, а также блок линеаризации, включающий переменный резистор,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности измерениярасхода потока, блок линеаризациисодержит два делителя напряжения,токосъемный резистор, дополнительныйисточник напряжения и усилитель,включенный входом в выходную диагональ измерительного моста, а выходомчерез переменный резистор - со средней точкой первого делителя напряжения и с одним входом дифференциального усилителя, другой вход которого соединен со средней точкой второго делителя напряжения, включенногопараллельно постоянным резисторамизмерительного моста, другой выводвыходной диагонали которого черезтокосъемный резистор соединен с соответствующим выводом дополнительногоисточника напряжения, включенногопараллельно первому делителю напряжения, и с соответствующим выводомосновного источника напряжения..устройств, предназначенных для измерения расходов газов или жидкостейпо эффекту теплового воздействия наизмеряемый поток, и может найти применение в полупроводниковой, химической и других отраслях промышленности.Известен тепловой расходомер, содержащий измерительный мост, состоящий из термопреобразователя-нагревателя и двух постоянных резисторов,компенсационный резистор, последовательно соединенные дифференциальный усилитель сигнала разбаланса измерительного моста и блок регулирования напряжения. Выход дифференци- .ального усилителя подключен к входублока регулирования напряжения, который, в свою очередь, включе между роосновным источником питания, измери.тельным мостом и дополнительным на-.гревателем, установленным после основного термопреобразователя-нагревателя на,расстоянии, равном илименьшем расстояния между термообра-зователем-нагервателем и входнымкомпенсационным резистором.Поток вызывает разбаланс моста,который поддерживается за счет30поддержания нулевой разницы дифференциальным усилителем, управляющимрегулирующим блоком, который подаетмощность, пропорциональную расходумощности от источника напряжения.,Внекоторой степени нелинейность наначальном участке градуировочнойхарактеристики устраняется дополнительным нагревателем, но полностьюне устраняется 1.Недостатками известного расходомера являются низкая точность измерения расхода потока и нелинейностьградуировочной характеристики, Низкая. точность измерения расхода обусловлена влиянием внешней температурыи температуры потока на градуировочную характеристику, вызванную неполной компенсацией погрешности иэ-заразностигеометрии и электрического, сопротивления компенсационного резистора и термопреобразователя-нагревателя, а также дополнительного нагревателя. Кроме. того, на градуировочную характеристику влияет изменениенапряжения источника напряжения (всторону увеличения погрешности),вследствие того, что.дополнительныйнагреватель и переменный резистор 88запитаны непосредственно от источни-, ка напряжения, Нелинеиность грацуировочной характеристики вызывает дополнительную погрешность в точности измерения на нелинейных участках, неудобство пользования таким расходомером, сложность обеспечения работы в системе автоматического регулирова. вния расхода потока, сложность преобразования нелинейного сигнала в цифровую форму. Кроме нелинейности, в начальном участке существуют нелинейность градуировочной характерис. тики во всем диапазоне ввиду того, что в известном расходомере между электрической мощностью, расходуемой в нагревателе, и тепловой мощностью нет прямой пропорциональности за счет теплопередачи в окружающую среду и нагрева стенок трубопровода, Линейность нарушается также в области ламинарного потока и переходной области. Все это уменьшает точность измерения.Цель изобретения - повышение точности измерения расхода потока.Поставленная цель достигается тем, что в тепловом расходомере, со держащем измерительный мост, состоящий из термапреобразователя-на/гревателя и двух постоянных резисторов, последовательно соединенные дифференциальный усилитель и блок регулирования напряжения, включенный между основным источником напряжения и одним выводом входной диагонали измерительного моста, а также блок линеаризации, включающий переменный .резистор, блок линеаризации содержит два делителя напряжения, токосъемный резистор, дополнительный источник напряжения и усилитель, включенный входом в выходную диагональ измерительного моста, а выходом через переменный резистор со средней точкой первого делителя напряжения и с одним входом дифференциального усилителя, другой вход которого соединен со средней точкой второго делителя напряжения, включенного параллельно постоянным резисторам измерительного моста, другой вывод выходной диагонали которого через токосъемный резистор соединен с соответствующим выводом дополнительного источника напряжения, включенного параллельно первому делите люнапряжения,и с соответсвующим выводомосновного источника напряжения.(а чертеже представлена схема теплового расходомера.Тепловой расходомер содержит термопреобраэователи-нагреватели 1 и 2,входящие в измерительный мост, два постоянных резистора 3 и 4.Термопреобраэователь-нагреватель предназначен для нагрева проходящего потока и измерения его температуры. Обычно они выполняются иэ материала с высоким температурным коэффициентом сопротивления, например никеля. Термопреобраэователь-нагреватель 1 является компенсационным 2-рабочимПостоянные резисторы 3 и 4 образуют дополнительные плечи моста и изготовлены из материала с малым коэффициентом сопротивления, например манганина.Тепловой расходомер содержит последовательно соединенные дифференциальный усилитель сигнала разбаланса моста 5 и блок регулирования напряжения 6, включенные между основным источником напряжения 7 и одним выводом входной диагонали измеритель. ного моста. В расходомере имеется устройство линеариэации градуировочной характеристики, которое содержит переменный резистор 8, два делителя напряжения, каждый из которых состоит из постоянных резисторов 9, 10 и 11, 12, токосъемный резистор 13, дополнительный источник напряжения 14 и усилитель напряжения 15.Переменный резистор 8 предназначен для установки линейности градуировочной характеристики. Делители напряжения 9-10 и токосъемный резистор 13 подают напряжение, пропорциональное мощности, подаваемой на термопреобразователи-нагреватели 1 и 2. Дополнительный источник напряжения 14 обеспечивает подачу опорного напряжения на делитель напряжения 11-12. Усилитель напряжения 15 предназначен для масштабного усиления сигнала разбаланса моста, т.е. определяет регулируемую чувствительность преобразования расхода потока в сигнал напряжения.Входыусилителя напряжения 15 подключены в выходную диагональ моста, а выход его через переменный резистор 8 соединен со средней точкой первого делителя напряжения и с одним входом дифференциального. усилителя сигнала раэбаланса 5 измеритель. ного моста. Второй вход последнего 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 подключен к средней точке второгоделителя напряжения, включенного вдругую диагональ моста параллельнопостоянным резисторам 3 и 4. Другойвывод выходной диагонали упомянутогомоста через токосъемный резистор 13соединен с соответствующим выводомдополнительного источника напряжения14, включенного параллельно первомуделителю напряжения, и с соответствующим выводом основного источника напряжения.Предложенный тепловой расходомерработает следующим образом,При работе на начальном участкеградуировочной характеристики квазикалориметрического расходомера врежиме постоянной мощности, подаваемой на термопреобразователь-нагреватель, начальный участок полностью линеен, При увеличении расхода потокалинейность начинает нарушаться из-зауменьшения чувствительности преобразования расхода, так как в этом случае начинает сильнее охлаждатьсятермопреобразователь-нагреватель,Температура их падаетЭто уменьшает разность температур, а следовательно, ведет к уменьшению чувствительности преобразования.С целью повышения точности измерения и линейности градуировочной характеристики в предложенном расходомере введены дополнительные конструктивные элементы. При включении источника напряжения 7 дифференциальный усилитель 5 поддерживает нулевую разницу напряжения между входами, т.е. равенство напряжений на ре"зисторе 11 от средней точки делителя напряжения, образованного резисторами 11 и 12, запитанного отдополнительного источника напряжения 14, и суммарного напряжения натокосъемном резисторе 13 и резисто-ре 9 второго делителя напряжения,при помощи блока регулирования напряжения 6, В данном случае выполняется функция стабилизации мощности,выделяемой в термопреобразователяхнагревателях 1 и 2. Мощность эта оп-ределяется резисторами 9-13, а.также напряжением дополнительного источника напряжения 14.. При подаче расхода потока разбаланс моста, пропорциональный расходу, усиливается дифференциалвнымусилителем 15 и изменяется. Частьсигнала также подается на второйфакторы исключаются при градуировкеи исключаются в дальнейшем схемой,Составитель Л. Мануковская Редактор А. Долинич Техред Т.Фанта Корректор Г, РешетникЗаказ 10083/39 Тираж 703 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 5 1134888 делитель напряжения 11 и 12 через переменный резистор 8 и вызывает увеличение напряжения на входе дифференциального усилителя 5, что уве. личивает мощность, подаваемую на термопреобразователи-нагреватели 1 и 2, что увеличивает чувствительность преобразования расхода потока при увеличении расхода и линеаризует градуировочную характеристику расхо О домера. Нагрев стенок трубопровода, теплопередача в окружающую среду, . изменение окружающей. температуры и температуры окружающей среды не влияют на изменение градуировочной характеристики, так как напряженые на токосъемном резисторе 13 и делителе напряжения 9 и 10 стабилизируется за счет устранения дифференциальным усилителем нулевой разни цы между его.входами) относительно дополнительного источника напряжения 14, запитывающего резисторы 11 и 12Этот источник может иметь малую мощность, а поэтому его мож но сделать с очень стабильным значением ЭДС. В этом случае усилитель сигнала разбаланса 5 измерительного моста выполняет нулевую разницу между своими входами, т.е. суммарное напряжение, снимаемое с резисторов 13, 9 и 11, равно независимо от условий изменения напряжения источника 7 и изменения температуры термопреобраэователей-нагревателей 1,35 2, вызываемой изменением внешней температуры и температурой .потока. Например, увеличение температуры вызывает увеличение сопротивления термопреобразователей-нагревателей1 и 2, а следовательно, и напряжения на резисторе 9 и уменьшает напряжение на резисторе 13. При правильном (не будет сказываться влияние температуры потока и внешней среды) выборе сопротивления резисторов 9, 10, 13 будет достигнута функция постоянной чувствительности при изменении температуры термопреобразователей-нагревателей 1 и 2, Всеэто обеспечивает высокую точность из.мерения вследствие того, что эти Таким. образом, повышение точности измерения расхода потока достигается, устранением влияния внешней температуры и температуры потока на градуировочную характеристику, а также изменением напряжения источника питания 7 за счет введения в схему расходомера токосъемного резистора 13, де.; лителя напряжения 9 и 10, опорного источника напряжения 14 и делителя напряжения 11 и 12. Повышение линейности достигается за счет введения усилителя 15 и соединения его выхода через переменный резистор 8 со средней точкой делителя напряжения 11 и 12 и входом усилителя сигнала разбаланса 5 измерительного моста, На начальном участке характеристики на термопреобразователи-нагреватели 1 и 2 подается существенно меньшая мощность, по сравнению с той схемой, если бы, она не имела устройства линеаризации. Это позволяет уменьшить уход нуля, который возможен из-за не совсе 1: полной геометрической и электричес.,ой симметрии термопреобразователей 1 и 2 (хотя она примерно на 2 порядка меньше, чем у прототина), что эквивалентно повышению точности, так как уход нуля влияет .на градуировочную характеристику. Уменьшение мощности при малых или вообще отсутствующих расходах уменьшает рабочую температуру термопреобразователей 1 и 2, что значительно увеличивает срок их службы, уменьшает утечки тока через изоляцию термопреобразователя 1 и 2 накорпус трубопровода, что также эквивалентно уменьшению возможности ухода нуля - точности измерения.