Способ теплового измерения расхода и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСоаЕЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 119) СЮ 3(5 и О 01 Г 1/68 Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 2, Устройс рения расхода ный кварцевый элемент, расп ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский институт электроннойтехники(54) СПОСОБ ТЕПЛОВОГО ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ 1 ЦЕСТВЛЕНИЯ,(57) 1. Способ теплового измерениярасхода жидкости или газа путем циклического нагревания охлаждаемогоконтролируемым потоком термочувствительного элемента между его верхними нижним граничными значениями температуры, при котором .о расходе судятпо времени перехода термочувствительного элемента из одного темпера-турного состояния в другое, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерения расхода,нижнее граничное значение уровняохлаждения потоком термочувствительного элемента изменяют во временипропорционально изменению температуры потока, при этом разность междутемпературами нагрева и охлажденияподдерживают постоянной,во для теплового иэмесодержащее измеритель термочувствительный ложенный в потоке трубопровода, выводы которого подключены к входам автогенератора, нагреватель кварцевого термочувствительного элемента, подключенный к выходуисточника питания, вычитатель и устройство индикации, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него дополнительно введены первый и второй15-триггеры, управляемый элемент задержки, первый, второй и третий компараторы, преобразователь частота -код, первый и второй сумматоры, арифметическое устройство, первое, второе, третье и четвертое запоминающиеустройства и преобразователь времякод, у которого информационный входподключен к прямому выходу второгоб-триггера и потенциальному входутретьего компаратора, управляющийпотенциальный вход подключен к выходу первого 115 -триггера, входу источника питания и первому входу управляемого элемента.задержки, а выходная шина преобразователя время -код подключена через арифметическоеустройство к первой входной шине вычитателя, у которого вторая входнаяшина подключена к выходной шине четвертого запоминающего устройства, авыходная шина вычитателя подключенак входной шине устройства индикации,управляющий потенциальный вход которого подключен к инверсному выходувторого 85 -триггера, у которого первый вход подключен к выходу второгокомпаратора и входу сброса первогоЮ-триггера, у которого первый входзапуска подключен к выходу первогокомпаратора и к первому входу перезаписи второго запоминающего устрой11268 8 ства, а второй вход запуска первого . Щ-триггера подключен к выходу управ. ляемого элемента задержки и второму входу перезаписи второго запоминающего устройства, у которого входная шина подключена к первым входным шинам первого, второго и третьего компараторов и выходной шине преобразователя частота - код вход которого подключен к выходу автогенератора и второму входу управляемого элемента задержки, а выхоцная шина второго запоминающего устройства подключена Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения скорости или расхода потока газа либо жидкости.Известен способ теплового измере ния расхода жидкости или газа путем циклического нагревания охлаждаемого контролируемым потоком термочувствительного элемента (ТЧЭ) между его верхним и нижним граничными значения-о ми температуры, согласно которому о расходе судят по времени перехода ТЧЭ иэ одного температурного состояния в другое Я .Недостатком этого способа является необходимость в использований дополнительных компенсационного канала в измерительном участке трубопро. вода и компенсационного ТЧЭ.Известно также устройство для що теплового измерения расхода,. выполненное структурно в виде измеритель ного и компенсационного независимых самобаланснруемых контуров, каждьй иэ которых содержит включенные .по- д 5 следовательно одноименные кварцевый термочувствительный элемент 1,КТЧЭ), автогенератор, вычитатель частоты, преобразователь частота-напряжение и источник питания, выполненный в виде интегратора, выход которого подключен к одноименному нагревателю КТЧЭ, Устройство также содержит общие аналоговый вычитатель, формирователь Опорной частоты и узел аналогового масштабирования.Выходной сигнал измерительного контура является функцией темдератук второй входной шине первого компаратора и первым входным шинам первого и второго сумматоров, вторые входные шины которых подключены к выход"ным шинам соответственно первого итретьего запоминающих устройств, авыходные шины сумматоров подключеныу первого в , к второй входной шиневторого компаратора, а у второго - квторой входной шине третьего компаратора , у которого выход подключен к второму входу второго88 - триггера. 2ры и скорости, а компенсационного контура - только температуры контролируемого потока. В результате вычитания выходных сигналов этих двух контуров на выходе расходомера выделяется разностный сигнал, характеризующий скорость или при постоянном сечении трубопровода - расход потока,Идентичность преобразования обоихконтуров обеспечивается узлом аналогового масштабирования 2,Недостатком устройства являетсяго, что оно ориентировано на исполь"зование дополнительных компенсационного КТЧЭ и компенсационного каналав измерительном участке трубопровода.Цель изобретения - повышение точности измерения.Указанная цель достигается тем,что согласно способу теплового измерения расхода жидкости илн газа путем циклического нагревания охлаждаемого контролируемым потоком КТЧЭ между его верхним и нижним граничнымизначениями температуры, при которомо расходе судят по времени переходаКТЧЭ из одного температурного состояния в другое, нижнее граничное значение уровня охлаждения потоком ТЧЭизменяют во времени пропорциональноизменению температуры потока, приэтом разность между температураминагрева и охлаждения поддерживаютпостоянной.В, устройстве для теплового измерения расхода содержащем измерительный КТЧЭ расположенный в потокетрубопровода, выводы которого подклю 1126цены ко входам автогенератора и нагреватель КТЧЭ, подключенный к выходу источника питания, вычитатель и устройство индикации, дополнительно введены в него первый и второй ВБ 5 триггеры, управляемый элемент задержки, первый, второй и третий ком-, параторы, преобразователь частота-код, первый и второй сумматоры, арифметическое устройство, первое, второе, третье и четвертое запоминающие устройства и преобразователя время код, у которого информационный вход подключен к прямому выходу второго ВБ-триггера и потенциальному входу15 третьего компаратора, а управляющий потенциальный вход подключен к выходу первого РБ-триггера, входу источника питания и первому входу управляемого элемента зад ржки, а выходная шина преобразователя время - код подключена через арифметическое устройство первой входной шине вычитателя, у которого вторая входная шина подключена к выходной шине четвертого запоминаю щего устройства, а выходная шина вычитателя подключена к входной шине устройства индикации, управляющий потенциальный вход которого подключен к инверсному выходу второго ВБ-тригге- рЯ, у которого первый вход подключен к выходу второго компаратора и входу сброса первого ВБ-триггера, у кот срого первый вход запуска подключен к выходу первого компаратора и к первому входу перезаписи второго запоми нающего устройства, а второй вход запуска первого ВБ-триггера подключен к выходу управляемого элемента задержки и второму входу перезаписи второго запоминающего устройства, у 40 которого входная шина подключена к первым входным шинам первого, второго и третьего компараторов и выходной шине преобраьователя частота-код, вход которого подключен к выходу 45 автогенератора и второму входу управляемого элемента задержки, а выходная шина второго запоминающего устройства подключена ко второй входной шине первого компаратора и первым 50 входным шинам первого и второго сумматоров, вторые входные шины которых подключены к выходным шинам соответственно первого и третьего запоми-. нающих устройств, а выходные шины 55 сумматоров подключены у первого - ко второй входной шине второго компаратора, а у второго - ко второй входнои 818 4шине третьего компаратора, у которого выход подключен ко второму входувторого ВБ-триггера.На фиг,1 приведена функциональнаясхема предлагаемого устройства; нафиг.2 - временные диаграммы работыустройства на фиг.3 - диаграммафункционирования устройства.Устройство (фиг.1) содержит измерительный кварцевый термочувствитель"ныи элемент 1, расположенный в трубопроводе 2, нагреватель 3, источник питания 4, первый ВБ-триггер 5,автогенератор 6, первый 7 и второй8 компараторы, сумматор 9, первоезапоминающее устройство 10, управляемый элемент задержки 1, второезапоминающее устройство 12, преобразователь частота-код 13, третий ком"паратор 14, второй сумматор 15, третье запоминающее устройство 16, второй ВБ-триггер 17, преобразовательвремя-код 18, арифметическое устрой"ство 19, четвертое запоминающее устройство 20, вычитатель 2.1 и устройство индикации 22,Устройство работает следующим образом,В исходном состоянии, до включения питания КТЧЭ 1 имеет температуру контролируемой среды (То) . При включении питания происходит автоматическое возбуждение автогенератора 6 на частоте (1 , пропорциональной текущему значению температуры КТЧЭ 1 Спустя время, равное времени задержки элемента 11, сигналы автогенератора 6 устанавливают триггер 5 в исходное состояние и одновременно осуществляют запись с заданным допуском в запоминающее устройство 12 кода двоичного числа, соответствующего те" кущему значению частоты 1 1 авто- генератора 6, предварительно преоб- разованного преобразователем 13. Триггер 5 включает при этом источник питания 4, выполненный в виде гене" ратора тока, который с помощью нагреГ вателя 3 осуществляет нагрев КТЧЭ 1 до верхнего граничного значения температуры перегрева Тя 3 Т , соот- . ветствующей его резонансной частоте (1) . Запоминающее устройство 10 предназначено для хранения кода двоичного числа, соответствующего выбранной постоянной разности частот 11 = Г - с = Сопв 1. Информация запоминающего устройства 10 сумми 1126818На этом предыдущий цикл измерения заканчивается и начинается следующий (см. фиг.31, Длительность задержкиэлемента 11 выбирается большей5максимально возможного времени охлаж дения КТЧЭ 1 от температуры Тп до температуры Т, те. сд 1 . Потенциальная связь между прямым выходом триггера 17 и разрешающим входом компаратора 14 запрещает срабатывание 10 последнего на значение температуры Т при прохождении ее КТЧЭ 1 в полуоцикле нагрева. Частота включения нагревателя определяется временем охлаждения КТЧЭ 1 скоростным потоком, 15 Для повышения надежности схемотехнического отслеживания текущих изменений температуры контролируемой среды в предлагаемом устройстве используются одновременно два независимых бло ка (первый компаратор 7 и управляемый элемент задержки 11,которые Функционально дублируют работу друг друга. Потенциально-временные диаграммы их работы 8 и 3 показаны на 25 фиг,2, Аналогичные диаграммы работы автогенератора 6, первого триггера 5, преобразователя частота-код 13, второго запоминающего устройства 12, источника питания 4, второго компа ратора 8, второго триггера 17, преобразователя время-код 18, третьего компаратора 14 и устройства индикации 22 показаны на фиг,2 - 2,4,5,6,7, 10,11,12,13 и 14 соответственно. По- З тенциально-временные диаграммы работы первого 10, третьего 16 и четвертого 20 запоминающих устройств приведены на фиг.2 - 9, а диаграмма режимов измерения при отсутствии и на- щ личии скоростной компоненты контролируемого потока показана на фиг.2 - 1. Технико-зкономическая эффективность изобретения заключается в следующем.Упрощается конструкция измерительного участка трубопровода за счетисключения из него компенсационногоканала, компенсационного КТЧЭ и егонагревателей,Отпадает необходимость в подборепар КТЧЭ с идентичными характеристиками, в использовании прецизионных подгоночных и регулировочных элементов, а также в операциях по ихнастройке,Исключаются погрешности, обусловленные неидентичностью характеристикпреобразования измерительного и компенсационного КТЧЭ, так как в предлагаемом устройстве информационная инеинформационная составляющие расходаизмеряются одним и тем же КТЧЭ и одним и тем же каналом и в одном и томже месте сечения измерительногоучастка трубопровода.Дискретный последовательностныйхарактер работы функциональных узловпредлагаемого устройства и низкая ихзагрузка во времени позволяют использовать последние для управления несколькими измерительными КТЧЭ многоканальных измерительных устройств врежиме разделения времени.Стабильность получаемых опорныхуровней отсчета в диапазоне девиациитемпературы КТЧЭ обеспечивается высокими точностными характеристиками егопреобразования,Способ теплового измерения расхода,используемый в предлагаемом устройстве, может быть распространен на другие типы ТЧЭ и на другие виды измеряемых параметров.1126818 Составитель Г,ТимофеевРедактор А.Долинич Техред И.Гергель Корректор О,Лугован акая Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 1/31 Тираж 609 ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений 113035, Москва, Ж, Ра Подписноемитета СССРткрытийкая наб., д. 4/5