Тепловой раходомер

(72) Авторы изобретения Московский институт электронйой техники(54 ) ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР поток 1 . Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к устройствам для измерения расхода потоков жидкостей и газов,Известны устройства для измерения5 расхода жидкостей и газов, содержащее термочувствительные элементы, основанные на зависимости от скорости расхода) потока теплоотдачи первичного преобразователя (нагретого тела), помещенного в контролируемый Из известных устройств наиболее близким является устройство для измерения расхода, содержащее измери 1 тельный участок трубопровода с расположенным на нем измерительным и компенсационным термочувствительными элементами находящимися в разУ20 личных гидродинамических условиях, к выходам которых подключены последовательно соединенные усилители переменного тока, генераторы управляемой частоты и формирователи импульсов 23.Однако известный расходомер иа позволяет точно измерять расходы пото.- ков при резких колебаниях температуры контролируемой среды.Цель изобретения - повышение точности измерения.Это достигается тем, что в тепловом расходомере, содержащем измерительный участок трубопровода с расположенными на нем измерительным и компенсационным термочувствительными элементами, находящимися в различных гидродинамических условиях, к выходам которых подключены посЛедовательно соединенные усилители переменного тока, генераторы управ ляемой частоты и формирователи импульсов, на выходе измерительной схема подключено индикаторное устройство, термочувствительные элементы выполнены в видепироэлектрических термодатчиков а визмерительную схемувведены основ87094 40 ные и вспомогательные светодиоды, генератор калиброванных импульсов, формирователь временных интервалов, счетчик с дешифратором и делитель частоты, причем основные светодиоды, генератор калиброванных импульсов и формирователь временных интервалов соединены последовательно и подключены к одному из входов счетчика, делитель частоты включен между выходом генератора управляемой частоты и входом формирователя импульсов измерительного термочувствительного элемента, к выходу которого подключен один из вспомогательных светодиодов, к выходу формирователя импульсов компенсационного термочувствительного элемента подключены два последовательно соединенных светодиода, а счетчик с дешифратором включен между выходом генератора управляемой частоты и входом индикаторного устройства.На чертеже представлена функциональнаясхема описываемого теплового расходомера.Тепловой расходомер содержит измерительный участок трубопровода 1, калиброванную втулку 2, измерительный и компенсационный термочувстви 30 тельные элементы, выполненные в виде пироэлектрических термодатчиков 3 и 4, усилители переменного тока 5 и 6, генераторы управляемой частоты 7 и 8, формирователи импульсов 9 и 1 О, основные 11, и 12 и вспомогательные 13 и 14 светодиоды, генератор калиброванных импульсов 15, формирователь временных интервалов 16, счетчик 17, делитель частоты 18, дешифратор 19, индикаторное устройство 20.Устройство работает следующим образом.Устройство калибруется при предельно низком рабочем давлении, предельно высокой температуре среды и 4 отсутствии скоростного потока. Пироэлектрические термодатчики расхода 3 и 4 используются в динамическом режиме работы, В них возбуждаются тепловые колебания с амплитудой ЬТ 50 около некоторой температуры Т 1,температуры перегрева). Источниками тепло-. вых импульсов являются световые потоки основных светодиодов 11 и 12, возбуждаемых генератором калиброван- ы ных импульсов 15.При отклонении давления и температуры. среды от исходных значений теп 5 4лообмен термочувствительных элементов 3 и 4 интенсифицируется. В результате они генерируют на выводах своих электродов переменное напряжение, которое усиливается усилителями переменного тока 5 и 6, Усиленное напряжение преобразуется генераторами управляемой частоты 7 и 8 в пропорциональные значения частоты, которые поступают на входы формирователей 9 и 1 О импульсов, у компенсационного непосредственно, а у измерительного - через делитель частоты 18. Выходные импульсы формирователей импульсов 9 и 10 возбуждают вспомогательные светодиоды 13 и 4, тепловая мощность световых потоков которых является эквивалентной тепловой мощностью замещения результата воздействия на термочувствительные элементы 3 и 4 контролируемой среды.В общем случае светодиоды 13 и 14 будут работать как описано выше, только при выходе на рабочий режим работы. В связи с тем, что светодиод 13 облучает только термочувствительный элемент 3, а светодиоды 14 облучают одновременно датчики 3 и 4, то рабочие температурные точки термочувствительных элементов 3 и 4 сместятся у измерительного в положение Т + ЬТ, а у компенсационного - в положение Т - ЬТ и будут в дальнейшем устойчиво колебаться в этих пределах до момента появления скоростного потока, Режимработы измерительного контура автоматического регулирования температуры термочувствительного элемента 3 выбирается таким образом, что при значениях температуры перегрева, равной Т и Т + ЬТ, цепь лучевой обратной связи светодиода 13 размыкается и температурный режим термочувствительного элемента 3 продолжает определяться только тепловой мощностью, поступающей на него от светодиода 14.В устройстве обеспечивается также выполнение условий температурной и скоростной инвариантности измерительного и компенсационного конту- . ров. Они сводятся в основном к обеспечению равенства передаточных функций термочувствительных элементов 3 и 4 по пульсациям температуры и скорости потока. С этой целью для обоих датчиков обеспечены идентичные условия теплообмена с потоком контролируемой среды. Конструктивно это20 5 8709достигается выполнением рабочего ка-нала измерительного участка 1 в видедвух разветвляющихся отрезков трубопровода, в которых размещены измерительный и компенсационный термочувст 5вительные элементы 3 и 4, которыесмываются контролируемым потоком.В результате оба термочувствительныхэлемента будут одинаково. реагироватькак на пульсации скорости потока,так и на изменения его температурыи давления., Для выделения информациио величине расхода необходимо и достаточно, чтобы скорость потока, омывающего измерительный термочувствительный элемент 3, была отличной отскорости потока, омывающего компенсационный термочувствительный элемент4. Это,условие обеспечивается засчет установки в начале ответвлейиятрубопровода с компенсационным термочувствительным элементом калиброванной втулки 2. Коэффициент деленияпотока между двумя разветвляющими патрубками регулируется выбором сечения25проходного отверстия втулки 2,При появлении расхода теплообменобоих термочувствительных элементовинтенсифицируется еще более.Из-за наличия разности скоростейпотоков отвод тепла от термочувстви 30тельного элемента 3 будет превышатьколичество тепла, поступающего к немуот светодиода 14. В результате рабочая точка термочувствительногоэлемента 3 сместится в область Т- ДТ З 5Узамкнется лучевая обратная связьчерез светодиод 13 и на выходегенератора управляемой частоты 7 появится последовательность импульсов, частота которых будет пропорциональна 40разности скоростей потоков в обоихпатрубках,Для поддержаний заданного положения рабочей точки на вольттемпературной характеристике термочувствитель 45 ного элемента 3 (величина перегрева) необходимо, чтобы частота импульсов, формируемых на выходе делителя частоты 18, была пропорциональна значению разности расхода. При этом частота импульсов на выходе устройства, а следовательно, и на входе делителя частоты 18, должна бытьпропорциональна полному расходу контролируе.мого потока через измерительный участок 1. Значение коэффициента деления делителя частоты 18 выбирается.из расчета выполнения этих двух условий,45 6Обычно для получения информации навыходе устройства непосредственнов единицах расхода, без иснользова. ния специальных переводных таблиц,необходимо, чтобы коэффициент чувствительности у обоих термочувствительных элементов 3 и 4 были равны другдругу и равны определеннои величине.Однако в общем случае.это требованиене выполняется. Для расширения допустимого диапазона разброса из значений в устройстве применяется узелформирования временных интервалов 16,использующий для своей работы частотугенератора калиброванных импульсов 15.Изменение температуры термочувствительного элемента 3 в процессеего работы приводит к пропорциональному изменению напряжения на выводахего электродов на величину ДО =сКЬТ,где 01. - температурный коэффициент напряжения термочувствительных элементов - пироэлектрических термодатчиков, Это приращение напряжения преобразуется генератором управляемойчастоты 7 в пропорциональное изменение частоты дГ, которая (с учетомкоэффициента деления делителя частоты18) поступает на счетный вход счетчика 17,С формирователя временных интервалов на управляющий вход счетчика поступает сигнал, разрешающий счет навремя й=1 а( где К - дискретностьизмерения расхода, равная 1; 0,1;0,001 л/ч,Временной интервал измерения устанавливается в зависимости от значениятемпературного коэффициента напряжения термочувствительного элемента.При этом счетчик считает пачку импульсов, количество которых равно значению й (времени). Это кодовое представление счетчиком 17 полученной информации декодируется дешифратором 19и результат индицируется в единицахрасхода индикаторным устройством 20.Длительность импульсов облучениявыбирается меньшей постоянной времениразогрева термочувствительных элементов и температура последних определяется средней частотой облучения.Переход устройства с одного диапаэона измеряемого расхода на другойможет быть осуществлен заменой имею"щейся втулки 2 на другую с необходимым сечением проходного отверстия.Светодиоды, используемые в предлагаемом. устройстве, работают в импульсном870945 режиме и стабильность их излучения может быть улучшена при питании их от формирователя импульсов, работающего поочередно с заданными интервалами в режимах генератора тока и генератора напряжения. При этом термочувствительный элемент будет усреднять размер единицы лучистого потока светодиодовИспользование в качестве термо О чувствительных элементов пироэлектрических термодатчиков позволило на основе их экстремально высокой разрешающей способности улучшить функциональные и метрологические возможности устройства. Например. они не требуют питания, что позволяет их исцолъзрвать в переносной и специаль.ной аппаратуре, а устройства на их основе отличаются низким энергопотреблением. Высокая чувствительность пироэлектрических термодатчиков позволяет снизить значение температуры их перегрева до нескольких градусов и испольэовать для этой цели маломощные источники нагрева, например светодиоды. Кроме того, высокая чувствительность пироэлектрических термодатчиков позволяет использовать устройство не только для.измерения расхода, температуры, давления, но и концентрации при анализе смесей и регистрации весьма малых скоростей измерения температуры, а следовательно, и расхода практически недостижимых для других термоэлектрических35 сред.Поскольку относительная погрешность описываемого измерительного устройства связана с чувствительнос 40 тью, обратно пропорциональной зависимостью, то увеличивается не только чувствительность измерения, но и соответственно уменьшается погреш-. ность измерения. с расположенными на нем измерительными компенсационным термочувствительнымиэлементами, находящимися в различныхгидродинамических условиях, к выходам которых подключены последовательно соединенные усилители переменного .тока, генераторы управляемойчастоты и формирователи импульсов,на выходе измерительной схемы подключено индикаторное устройство,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности измерения,термочувствительные элементы выполнены в виде пироэлектрических термодатчиков, а в измерительную схемувведены основные и вспомогательныесветодиоды, генератор калиброванных импульсов, формирователь временных интервалов, счетчик с дешифратором и делитель частоты, причем основ"ные светодиоды, генератор калиброванных импульсов и формирователь временных интервалов соединены последовательно и подключены к одному иэвходов счетчика, делитель частотывключен между выходом генераторауправляемой частоты и входом формирователя импульсов измерительного термочувствительного элементак выходу которого подключен один из вспомогательных светодиодов, к выходу формирователя импульсов компенсационного термочувствительного элементаподключены два последовательно соединенных светодиода, а счетчик с дешифратором включен между выходомгенератора управляемой частоты и входом индикаторного устройства. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе45 Формула изобретения Тепловой расходомер, содержащийизмерительный участок трубопровода 2. Авторское свидетельство СССРУ 639314, кл. 6 01 Р 1/00, 1978прототип).870945 Составитель Н. Андрееваова Техред Т.Маточка Корректор Н, Стец едактор О. ПодписноеСР В атент , г. Ужгород, ул. Проектная, 5 Тираз 7 НИИПИ Государственного копо делам изобретений и035, Москва, Ж, Раушс 5митетаткрытиая на