Расходомер

К ПА Комитет Рассийской Федерации но иатентам и товарным знакам ПИСАНИЕ ИЗО(76) Пауль Вернер Нильс(57) Иотользование: втехнике, в частности в уст контВольной медицинской Войствах ВасходомеВа для(В) ЮУ (11) 2 ОО 3945 СХ (Я) 5 О 01 Р 1 68 А 61 В Я 028 измеВения кВовотока в сердечно-сосудистой системе. Сущность изобВетения: Васходомер содеВ - жит пробник, имекхцей две теВмопары, обВазованные медной проволокой и проволокой нз константана. Спаи термопар соединены с медными стержнями, установленными в трубке с измеригепыюй жидкостью. Пробник окружен матеВиапом, когорь,й является тепловым и алектВическим изолятором.8 тоВая схема содержит источник питания. пеВею",ючатель, усилитель, таймер и схему выбоВки-хранения, 6 зл.ф - лы,б ил.10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в медицине для создания миниатюрных пробников для измерения кровотока в сердечно-сосудистой системе.Известен расходомер, содержащий две термопары, спаи которых установлены в потоке измеряемой жидкости, их первые электроды соединены между собой и выполнены из одинакового материала, а вторые соединены с входами усилителя, источник питания, г 1 ервый выход которого связан с вторым электродом второй термопары, а второй выход является выходом с положительным направлением тока, переключатель, управляющее устройство и вторичный прибор, первый вход которого соединен с выходом усилителя, а второй - с источником питания. Недостаток устройства заключается в малой чувствительности и больших габаритах,Целью изобретения является повышение чувствительности и снижение габаритов устройства,Цель достигается тем, что в расходомере источник питания выполнен в виде источника постоянного тока, при этом его второй выход связан с вторым электродом первой термопары, а переключатель установлен на его выходе, вторичный прибор выполнен по схеме выборки - хранения, а управляющее устройство - в виде таймера, первый вход которого соединен с переключателем, а второй - с вторым входом схемы выборки-хранения, сваи первой и второй термопар снабжены наконечниками иэ теплопроводящего материала, первые электроды термопар выполнены из константана, а вторые - иэ меди, первый электрод второй термопары выполнен в виде спирали, намотанной с образованием теплового контакта на наконечнике, Цель достигается также тем, что вторичный прибор и управляющее устройство выполнены по схема аналого-цифрового преобразователя, соединенного с первым входом микропроцессора, второй вход которого соединен с генератором синхронизирующих импульсов, первый выход соединен с переключателем, а второй выход является выходом втооичного прибора.На фиг,1 показана схема реализации расходомера по п,1 формулы; на фиг,2 - диаграмма зависимости входного напряжения от времени; на фиг,3 - график температуры в пробнике от расположения спаев термопар; на фиг.4 - схема реализации расходомера по п.5 формулы изобретения; нэ фиг.5 - график распределения температуры в пробнике, выполненном в соответствии с фиг,4; нэ фиг.6 - вариант реализации пробника.Пробник 1 содержит медную проволоку 2, приваренную к одному концу толстой и роволоки 3 из константана в точке спая 4, Противоположный конец толстой проволоки из константанэ приварен к другому концу медной проволоки 5 в точке второго спая 6, Спаи 4,6 соединены с теплопроводными материалами, такими как медные стержни 7. Каждый медный стержень 7 проходит .в трубку 8 с протекающей жидкостью, скорость потока которой должна быть измерена, Весь пробник окружен материалом 9, 10, который электрически является изолятором, а также тепловым изолятором,Проволока 8 из константана именуется как "толстая" поэтому, что она должна быть рассчитана на ток, при котором температура спаев значительно изменяется, Однако практически проволока иэ константана не является фактически толстой.Две медные проволоки 2,5 соединены с их соответствующими проводниками 11, 12, в свою очередь соединенными с входным портом усилителя 13. Выходной порт усилителя 13 соединен со схемой выборки-хранения 14. Выходное напряжение Ч схемы 14 представляет собой измерение перепада температур Т = Тг-Т 1, где Т 1 и Т 2 - температуры двух спаев 4 и 6, Управляющее устройство 15, выполненное в виде таймера, управляет переключателем 16, включающим и выключающим ток в проводниках 11, 12. которые соединены с источником 17 постоянного тока, Переключатель 16, как правило, является электронным переключателем, таким как транзистор, и может быть, например, полевым транзистором. Вариант реализации на фиг,4 отличается от варианта на фиг.1 тем, что толстая проволока 3 из константана продолжается более тонкой проволокой 18, намотанной вокруг теплопроводного стержня 7, причем проволока 18 является нагревательным элементом с заданным сопротивлением, Нагревательная проволока 18 соединена с медной проволокой 5 в спае 6, Проволока 3 из константана может быть и длинной относительно тонкой проволокой по существу постоянного диаметра. Переключатель 16 здесь показан как однополюсный, просто прерывающий цепь тока источника тока. Практический вариант реализации пробника описан фиг.б. В пробнике используется измерительный принцип, описанный схематично в вышеприведенном примере, Вариант реализации на фиг.6 используется для измерения скорости потока в тонких10 15 20 25 30 40 45 50 55 трубках, таких как сердечно-сосудистая система организма человека.На фиг.6 показан только пробник, расположенный на конце коаксиального кабеля. Внутренняя жила 20 кабеля соединена в одном спае 21 с одним концом медного стержня или трубки, являющейся "толстой" относительно внутренней жилы, с диамет; ром, например, около 1 мм, образуя тепло- и роводный материал 22. На противоположном конце медного стержня в "горячем" спае 3 медный стержень соединен с проволокой 24 из константана, намотанной вокруг медного стержня и образующей нагревательную спираль. Проволока 24 из константена оканчивается в "холостом" спае 25, где соединяется с наружным проводником 26 из меди. Наружная жила 26 и внутренняя жила 20 изолированы друг от друга обычным образом с помощью изоляционного материала 27 и окружены наружной пластиковой кабельной оболочкой 28. Нагревательная спираль 24 и медный стержень 22 также электрически изолированы, как показано на чертеже, посредством слоя 29, который может быть изоляционным лаком или тонким пластиковым покрытием. Для обеспечения требуемой теплопередачи от нагревательной спирали 24 к медному стержню 22 электрически изоляционный слой должен быть выбран таким тонким. чтобы он не препятствовал передаче тепла в значительной степени.Конец пробника окружен тонким электрически изоляционным теплоправодным слоем 30, а весь пробник окружен кабельной оболочкой 28, полностью или частично, которая является пластиковой кабельной оболочкой кабеля,Противоположный конец коаксиального кабеля соединен с электронным источником тока и измерительной схемой, которая может быть выполнена аналогично схеме на фиг.1, но в которой проводники 2, 5 заменены кабелем 26, 20. Кабель, включающий в себя пробник расходомера, может использоваться для измерения артериального кровотока в организме человека, Такое измерение, наряду с другим, может использоваться для определения, насколько далеко прогрессировал атеросклероз.Расходомер работает следующим образом.Таймер 15 замыкает переключатель 16, после чего ток течет от источника 17 тока через проводник 12, медную проволоку 6, спай 6, проволоку 3 из константана, спай 4, медную проволоку 2 и проводник 11 обратно к источнику 17 тока. Когда ток течет в этой цепи, первый спай нагревается и второй спай охлаждается благодаря эффекту Зеебвка. Количество тепла и холода, соответственно, образуемое в секунду, пропорционально электрическому току к= Если температуру текущей жидкости обозначить как То, температуру холодного спая - Т 1 и температуру горячего спая - Т 2, то применяется следующее отношение:То-Т 1=Т 2-То= Кзхк,где Кз - константа, зависимая от тепловых условий на месте измерения и используемой термапары; 1 к - ток через термапару,После заданного периода времени таймер 15 разомкнет переключатель 16 и ток на спаи 4, 6 прекратится. Теперь соответствующие температуры Т 1 и Т 2 двух спаев 4, 6 соответственно отличаются друг от друга и, как следствие, термопара образует электро- движущую силу, в результате чего образуются напряжение между проводниками 11 и 12 и тем самым на входном порте усилителя 13. Разность напряжений усиливается в усилителе 13, усиленный сигнал подается из схему выборки-хранения 14, Схема 14 управляется таймером 15 таким образом, что она сохраняет сигнал, т.е. тепловое напряжение О, только в течение временного интервала 19, когда переключатель 16 разомкнут. Напряжение 01 на входном порте усилителя показано в зависимости от времени на диаграмме на фиг,2 и непосредственно под этой диаграммой показаны соответствующие периоды Я замеров и периады Н блокировки схемы выборки-хранения. Относительно низкое напряжение О является термаэлектрадвижущей силой, вырабатываемой в короткие временные интервалы 19, когда переклачатель 16 разомкнут,Как показано на фиг,1, два спая 4 и 6 связаны теплоправаднастью с внутренней частью трубки 8, На фиг,З показаны температуры на спаях 4, 6 в виде сплошной кривой линии на диаграмме, когда скорость па 1 ока жидкости или газа втрубке равна нулю. Протекающая жидкость (газ) снижает перепад температур между двумя,спаями, когда скорость патака отличается ат нуля. Ненулевая скорость потока выражается в температурной кривой, показанной пунктирной линией. Чем выше будет так, тем ниже будет достигаемый перепад температур. Поэтомуперепад температур мажет использоватьсякак мера скорости потока внутри трубки 8.Работа расхадамера, изображенного на фиг,4, практически не отличается от вышеописанной.Сплошная кривая на графике фиг,5 показывает температуру жидкости или газа внутри трубки8 при скорости патака, равной нулю. Температура на холодном спае2003945 ника для пробника в противоположность аналогичному известному пробнику, где перепад температур между двумя спаями вызывается нагревательным элементом, расположенным на одном спае. Известный нагревательный элемент требует отдельной подачи напряжения по отдельным провод. никам.(56) Патент США М 3485099, кл, 6 01 г" 1/00,1967,Формула изобретения 301. РАСХОДОУЕР, содержащий уста-но в виде таймеРа, пеРвый выход котоРого,соединен с, переключателем, а второй - с новленные последовательно в направлевторым входом схемы выборки-хранения, нии потока среды спаи первой и второйтермопар, соединенных между собой пер; 4 Расходомер по п.1, отличающийся вь 1 ми электродами, выполненными из оди-, тем что втоРичный прибор и управляющее накового материала, вторые электроды устройство выполнены по схеме аналого- которых соединены с входами усилителяцифровогопреобразователя,соединенного: источник электрического питания, первый с первым входом микропроцессора, второй выход которого связан с вторым электро вход котоРого соединен с генератором дом второй термопарц, а второй выход яв- синхронизирующих импульсов, первый вы- ляется выходом с положительным ход соединен с переключателем, а второй направленнымтока, переключатель, управ- вцход является выходом вторичного приляющее устройство и вторичный прибор; борапервый вход которогосоединен с выходом 45 5. Расходомер по п.1, отличающийся усилителя; отличающийся тем, что источ- тем, что спаи первой и второй термопар ник электрического питания выполнен в снабжены наконечниками, выполненными виде источника постоянного тока, при этом из теплопроводящего материала.второй выход источника питания связан с 6, Расходомер по п.5, отличающийся вторым электродом первой термопарц, а 50 тем, что первый электрод второй термопапереключатель установлен на входе источ- Ры выполнен в виде спирали, образующей ника постоянного тока. тепловой контакт с наконечником второй2. Расходомер по п.1, отличающийся термопары.тем, что вторичный прибор выполнен по 7. Расходомер по п.1, отличающийся схеме выборки-хранения.тем, что первые электроды термопар вы 3. Расходомер по п,2, отличающийся полнены из константана, а вторые- из метем, что управляющее устройство выполне- ди. определяется уравнением То - Т 1 = Ка к, итемпература Тг на горячем спае будет определяться уравнениемТ 2 - То = Ка к + К 5 (Й 1 к 2),где Ка является. постоянной, зависимой от 5вида используемой термопары и тепловыхусловий из места измерения; КБ - втораяпостоянная, зависимая от тепловых условийвокруг стержня 7; В - сопротивление подлине проволоки из константана, образующей нагревательный элемент вокруг стержня 7, Скорость потока, превышающая нуль,.ведет к уменьшению перепада температур(см. пунктирную кривую), Как следствие этого и подобно предыдущему примеру, перепад температур, достигнутый между двумяспаями, пропорционален скорости потока,Вторичная измерительная схема в этомварианте может быть идентичной схеме нафиг.1. Пробник, показанный на фиг,4, является более чувствительным, чем пробник нафиг.1. Он также требует только двух проводников между пробником и измерительнойсхемой, На измерительную жидкость подается меньше тепловой энергии, чем в известном расходомере,Описанный расходомер является выгодным, так как требует только два проводОсобое преимущество расходомера в том, что общая подача тепловой энергии на поток протекающей среды, равна нулю, т.е. один спай охлаждается настолько, насколько нагревается другой.Расходомерсогласно изобретению может использоваться во многих областях. Он может быть очень небольшим и поэтому приемлемым для использования в медицине. Высоковзрывоопасные зоны представляют другую потенциальную область использования, потому что пробник сам по себе питается очень низким напряжением, а измерительная электронная схема может располагаться эа пределами высоковзрывоопасной зоны, 2003945, Густи аказ 332 Тираж Подписн НПО "Поиск", Роспатента13035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 венно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 1 рои Состав Техред ь Н. БурбеМоргентал