Тепловой расходомер

" Ъ аеюзиляЮ .: " т.рХПИЗбйй Союз Советских Социалистических республик(22) Заявлено 200678 (21) 2632658/18-10 (51)М. Кл. с присоединением заявки Йо С 01 Г 1/68 8 01 Р 5/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретенияН.Д. Дубовой; В.И. Осокин, С.А. Поволоцкий и А.А. Сазонов Московский институт электронной техники(54) ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР Изобретение. относится к приборостроению и может быть использовано для измеренияскорости или расхода потока газа либо жидкости.Известны устройства с термозависимыми датчиками,. которые могут быть использованы для измерения расхода и скорости различных сред (;13 .Из известных устройств наиболее 40 близким по технической сущности .к изобретению является устройство, содержащее измерительный и компенсационный термочувствительные кварцевые элементы, расположенные один у стен ки трубопровода, а второй в контролируемом потоке. Термозависимые кварцевые резонаторы (ТКР) осуществляют стабилизацию автогенераторов, выходы которых через блок выделения разностО ной частоты, выполненный по схеме смесителя.и демодулятора, и преобразователь частота-напряжение подключены ко входу вычитающего устройства, выполненного в виде дифференциально- с 5 го усилителя, второй вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход через усилитель мощности - к нагревателю стенки трубопровода. ЗО Это устройство представляет собой самобалансирующуюся схему, обеспечивающую постоянство перепада температур между кварцевыми элементами за счет наличия цепи обратной связи. Известное устройство имеет узкий рабочий диапазон, так как термочастотные характеристики (ТЧХ) обоих ТКР имеют линейные участки конечной длины. Неидентичность ТЧХ вносит дополнительную погрешность в результат измерения. Устройство имеет недостаточную чувствительность, так как ориентировано на использование ТКР с линейной ТЧХ, которые не могут иметь максимальный температурный коэффициент частоты и максимальную чувствительность 2.Цель изобретения - увеличение чувствительности и точности измерения.Это достигается тем, что расходомер снабжен источником опорной частоты, к выходу автогенератора компенсационного канала подключены дополнительно введенные в схему и последовательно соединенные блок выделения разньстной частоты, преобразователь частота-напряжение и интегратор, в измерительном канале между блокомЖЙЩФЙ 4 М МтФЮ М -.: . -":, ":ъ .:,: .". ЪЫ, Я.:Я" " ЫФ 1, -. 76752 ычастота-напряжение и усилителем включен введенный в схему второй интег-ратор, выходы интеграторов каждогоканала подключены к нагревателям соответственноо измерительного икомйенсзциоййого резонаторов, выходыизмерительного и компенсационного каналов подключены к введенному в схему второму аналоговомувычитающемуустройству. Измерительный и комйенсационныйТКР используются в качестве частотных,датчиков, которые могут работать вобласти максимальной чувствительности к температуре на нелинейной ТЧХКомпенсационный ТКР предназначендля компенсации влияния колебанийтемйературы окружающей среды на точностные характеристики прибора.Формирователь опорной частоты может быть выполнен, например, в видеавтогенератора, синхронизированноготермозависимым кварцевым резонатором.Устройства аналбгового вычитаниямогут быть выполнены в виде дифференциального усилителя.Нагреватель каждого ТКР может бытьвыполнен, например, в виде пленочно. -го нагревательного эдемента, совме"щениого конструктивно с одним изэлекФродов.Начертежепредставлена функциональная схема описываемого тепловогорасходомера,Тепловой расходомер состоит изизмерительного 1 и компенсационного2 ТКРпбмещенных в трубопровод 3 сизмеряемым потоком. ИзмерительныйТКР 1 установлен в измеряемом потоке,а компенсационный 2 - в углублениитрубопровода "3. Измерительный ТКР 1подключен к автогенератору 4, а компенсационный ТКР 2 - к автогенератору 5, вйходы которых подключены кпервым входам блоков 6 и 7 выделенйяразностной частоты, у которых вторыевходы подключены совместно к выходу"формирователя 8 опорной частоты, авыходы через преобразователи 9 и 10частота-напряжение и интеграторы 11и 12 - к нагревателям соответственноизмерительного 1 и компенсационного2 ТКР. Выходы интеграторов дополнительно подключены в измерительном канале через усилитель 13 и аналоговоевычитакщее устройство 14, второй входкоторого подключен к источнику 15опорного напряжения и в компенсационном канале непосредственно ко входамвторого аналогового вычитающего устройства 16, выход которого являетсявыходом расходомера.Расходомер выполнен структурно ввйде измерительного и компенсационйого"незавйсимых самобалансируемыхканалов, каждый из которых содержитодноименные ТКР, автогенератор,блоквЫделения раэностной частоты, преобразователь частота-напряжение и иытегратор, Выходной сигнал измеритель ного канала является функцией температуры и "скорости, а компенсационного канала - только температуры конт ролируемого потока.Начальный этап процесса преобразования в самобалансируемых каналахпротекает до того момента, пока не,будут достигнуты установившиеся изотермические режимы работы измерительного и компенсационного ТКР. Затемначинается процесс слежения, при 1 отором эти установившиеся режимы поддерживаются неизменными. Это достигается путем регулирования мощности,подводимой к нагревателям ТКР. Пос 155 кольку температура измерительного .икомпенсационного ТКР поддерживаетсяпостоянной с помощью астатическихследящих систем астатизм обеспечивает интегратор), то практически ТКР1 и 2 работают в одной точке характеристики, Тем самым на функцию преобразования самобалансирующихся контуров не влияет нелинейность характеристик ТКР, что позволяет использовать ТКР 1 и 2 в области ТЧХ с максимальными значениями чувствительности.В результате вычитания выходныхсигналов этих двух контуров на выходе расходомера выделяется разностныйЗр сигнал, характеризующий скорость илипри постоянном сечении трубопроводарасход потока. Поскольку используе-,мые ТКР имеют различные температурные коэффициенты в выбранных рабочихточках в схеме -предусмотрен структурный способ исключения погрешности,обусловленный этим фактором. Это достигается следующим образом,Частота колебаний автогенераторовФ4 и 5, синхронизированных времязадаю-.40 щими измерительным 1 и компенсационным 2 ТКР, поступает совместно сойорной частотой формирователя 8 наразноименные входы блоков б и 7 выделения разностной частоты. Разностьчастот, формируемая на выходах этихблоков, преобразуется преобразователями 9 и 10 частота-напряжение в пропорциональные уровни напряжения, которые интегрируются интеграторами.11 и 12 и затем поступают в цепи нагревателей ТКР 1 и 2. Из-за неравенства температурных коэффициентов ТКР1 и 2 при изменении температуры окруяающей среды изменения напряжений55на выходах интеграторов 11 и 12 бу"дут неодинаковы. Равенство. коэффициентов преобразования измерительногои компенсационного каналов достигается регулировкой коэффициента передачи усилителя 13.60 Идентичность выходных сигналовизмерительногои компенсационного каналов достигается с помощью аналогового вычитающего устройства 14 ицоцбора уровняопорного напряженияисточника 15.Наличие двух следящих астатических систем исключает нелинейность преобразования ТКР за счет обеспечения узкого диапазона перемещения их рабочих точек по ТЧХ,Исключается влияние разброса чув ствительной ТКР на точность измерения за счет использования в тракте одного из контуров усилителя с регулируемым коэФФициентом передачи, в результате чего достигается равенство чувстви ,тельностей следящих систем,Использование Формирователя опорной частоты позволяет сместить информацию в область низких частот и дополнительно повысить точность преоб разования следящйх систем за.счет сужения диапазона преобразования преобразователями частота-напряжение и обеспечения идентичности преобразуемых сигналов в обоих системах.Подбором уровня опорного напряже.ния на одном из выходов аналогового вычитающего устройства достигается равенство выходных сигналов следящих систем в условиях калибровки и нулевом расходе.Ширина диапазона измерения расходомера определяется,в основном широкополосностью блоков преобразования следящих систем.Чувствительность прибора повышает ся также за счет возможности эксплуатации ТКР на отрезках ТЧХ с максимальной крутизной.Таким образом, предлагаемое устройство позволяет существенно повы сить точность измерения, чувствительность, диапазон измерения и рабочий диапазон температур, а также обеспечить компенсацию температуры окружающей среды. 40Формула изобретенияТепловой расходомер, содержащий трубопровод с размещенными в нем иэмерительным и компенсационным термозависимыми кварцевыми резонаторами,подключенными к измерительному и компенсационному каналам, измерительный "канал содержит последовательно включенные автогенератор, блок выделенияразностной частоты, преобразовательчастота-напряжение, усилитель с подключенным к нему источником опорногонапряжения, аналоговое вычитающееустройство, один из входов которогоподключен к источнику опорного напряжения, выход компенсационного кварцевого резонатора подключен к автогенератору компенсационного канала измерения, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью увеличения чувствительности и точности измерения, он снабжен источником опорной частоты, к выходу автогенератора компенсационногоканала подключены дополнительно введенные в схему и последовательносоединенные блок выделения раэностной частоты, преобразователь частотанапряжение и интегратор, в измерительном канале между блоком частотанапряжение и усилителем включен введенный в схему второй .интегратор,выходы интеграторов каждого канала под-ключены к нагревателям соответственно измерительного и компенсационного резонаторов, выходы измерительного и компенсационного каналов подключены к введенному в схему второму аналоговому вычитающему устройству. Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Коротков П.А, Тепловые расходомеры. Л Машгиз. 1969.2. "Асадев 1 е деа 5 сепсеа,Соерйев геадоа ЬеЬдовадаген деа 5 еадсеа".1971, 5 е г, А, ч. 272, Р 15, р. 1014- 1017 (прототип).оставитехред А. АндрееКоштура Редактор Купряк Корректор В,Заказ 717 5НИИПИ Рпо дел13035,одписное д ПП Патентф, г". ужгород, " фйлиал Проектн Тираж 801сударственного комитета СССам изобретений и открытийосква, %-35, Рауюская наб,