Тепловой расходомер

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(72) Авторы Карпов Владимир Александрович Ростокина Ольга Михайловна Мурашко Сергей Александрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(57) Тепловой расходомер, содержащий измерительный участок трубопровода, с расположенными на нем первым и вторым термочувствительными элементами, первые выводы которых соединены с первыми выводами первого и второго термостабильных резисторов и с инвертирующими входами первого и второго дифференциальных усилителей, выходы которых соединены с первым входом первого и второго блоков определения мощности,выходы которых соединены с соответствующими входами блока вычитания, отличающийся тем, что содержит первый и второй интеграторы, причем их инвертирующие входы соединены с выходами первого и второго дифференциальных усилителей соответственно,выходы первого и второго интеграторов соединены с неинвертирующими входами первого и второго дифференциальных усилителей и со вторыми выводами первого и второго термочувствительного элемента, а неинвертирующие входы первого и второго интеграторов соединены с первым выводом первого и второго термостабильных резисторов и со 59712010.02.28 вторым входом первого и второго блоков определения мощности соответственно, вторые выводы первого и второго термостабильных резисторов соединены с шиной нулевого потенциала, а измерительный участок трубопровода выполнен в виде двух магистралей, на одной из которых расположен первый термочувствительный элемент, а на другой - второй термочувствительный элемент соответственно.(56) 1. А.с. СССР 960538, МПК 01 1/68, 1982. 2. Патент РБ на полезную модель 743, 2002. Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к тепловым устройствам для измерения расхода жидких или газообразных сред, и может быть использована в химической, энергетической и других отраслях промышленности. Известен тепловой расходомер 1, содержащий измерительный участок трубопровода с расположенными на нем измерительным и компенсационным термоэлементами, схему поддержания разности температур между измерительным и компенсационным элементами, блок определения мощности. В данном расходомере реализован принцип подогрева измерительного термоэлемента, выполняющего одновременно и роль нагревателя, что упрощает конструкцию расходомера. Однако в данном расходомере имеется значительная дополнительная погрешность от изменения температуры измеряемой среды и окружающего воздуха. Наиболее близким к заявленному техническому решению является тепловой расходомер 2, содержащий измерительный участок трубопровода с расположенными на нем двумя термочувствительными элементами, два дифференциальных усилителя, два блока определения мощности, два термостабильных резистора и блок вычитания. В данном расходомере снижено влияние изменения температуры воздуха, однако изменение температуры измеряемой среды влияет на результат преобразования, что ведет к потере точности. Задачей полезной модели является повышение точности измерения расхода. Поставленная задача решается тем, что в тепловой расходомер, содержащий первый и второй термостабильные резисторы, измерительный участок трубопровода с расположенными на нем первым и вторым термочувствительными элементами, первые выводы которых соединены с инвертирующими входами первого и второго дифференциальных усилителей, выходы которых соединены с первым входом первого и второго блоков определения мощности, выходы которых соединены со входами блока вычитания, первые выводы первого и второго термостабильных резисторов соединены с инвертирующими входами первого и второго дифференциальных усилителей соответственно, согласно полезной модели, дополнительно введены первый и второй интеграторы, причем их инвертирующие входы соединены с выходами первого и второго дифференциальных усилителей соответственно, выходы первого и второго интеграторов соединены с неинвертирующими входами первого и второго дифференциальных усилителей и со вторыми выводами первого и второго термочувствительного элемента, а неинвертирующие входы первого и второго интеграторов соединены с первым выводом первого и второго термостабильных резисторов и со вторым входом первого и второго блоков определения мощности соответственно, вторые выводы первого и второго термостабильных резисторов соединены с шиной нулевого потенциала, а измерительный участок трубопровода выполнен в виде двух магистралей, на одной из которых расположен первый термочувствительный элемент, а на другой - второй термочувствительный элемент соответственно. 2 59712010.02.28 На чертеже представлена функциональная схема заявляемого технического решения. Тепловой расходомер содержит измерительный участок трубопровода 1, выполненный в виде двух магистралей 2, 3, с установленными на них первым 4 и вторым 5 термочувтвительными элементами, выводы которых соединены со входами первого 6 и второго 7 дифференциальных усилителей, а их выходы соединены с инвертирующими входами первого 8 и второго 9 интеграторов, выходы которых соединены с неинвертирующими входами первого 6 и второго 7 дифференциальных усилителей, инвертирующие входы которых через первый 10 и второй 11 термостабильные резисторы соединены с шиной нулевого потенциала, и с неинвертирующими входами первого 8 и второго 9 интегратора и со вторыми входами блоков определения мощности 12, 13, выходы которых соединены со входами блока вычитания 14, первые входы блоков определения мощности 12, 13 соединены с соответствующими выходами первого 6 и второго 7 дифференциальных усилителей. Встроенный в магистраль тепловой расходомер работает следующим образом. Термостабильный резистор 10, дифференциальный усилитель 6 и интегратор 8 образуют схему поддержания сопротивления термочувствительного элемента 4, представляющего собой термоэлемент прямого подогрева, на неизменном уровне. В установившемся режиме напряжение между входами интегратора 8 равно нулю, т.е. можно записать 460,(1) где 6 - коэффициент усиления дифференциального усилителя 6 40(4), 10 омические сопротивления соответственно термочувствительного элемента 4 и термостабильного резистора 10,- ток, протекающий по этим сопротивлениям. Из (1) можно найти температуру термочувствительного элемента 4 Откуда видно, что температура 4 постоянна и определяется только параметрами 10,6, 0, . При этом электрическая мощность, рассеиваемая на термочувствительном элементе 4, будет равна(2) 444(4-ж)4(4-0),где 4 - коэффициент теплопередачи от термочувствительного элемента 4 в поток 4 эффективная площадь теплообмена термочувствительного элемента 4 4 - эффективный коэффициент теплопотерь в окружающую среду термочувствительного элемента 4 4 температура стенки под термочувствительным элементом 4, ж - температура потока, попадающего в термочувствительный элемент 0 - температура окружающего воздуха. Аналогичным образом работает и другая часть схемы, содержащая термочувствительный элемент 5, дифференциальный усилитель 7, интегратор 9, термостабильный резистор 11. Для термочувствительного элемента 5 можно записать 5711 или 5 где 5, 5, 5, 5 - соответственно коэффициент теплообмена, эффективная площадь теплообмена, эффективный коэффициент теплообмена с окружающей средой термочувствительного элемента 5 и температура стенки под термочувствительным элементом 5. 3 59712010.02.28 На блоки определения мощности 12 и 13 подаются напряжения с термостабильных резисторов 10, 11 и с выходов дифференциальных усилителей 6, 7 соответственно. Эти напряжения пропорциональны 10410 11411 6446 7557. Тогда на выходе блоков определения мощности будут напряжения, пропорциональные произведению входных напряжений 12126 1012 4464 101210 62412 6 104 ,4 2 13137 1113557 5 111311 75213 7 115 , где 12 и 13 - коэффициенты преобразования блоков определения мощности 12 и 13. Из последних выражений видно, что напряжения 12 и 13 пропорциональны мощности, рассеиваемой на термочувствительных элементах 4, 5 соответственно. В блоке вычитания 14 производится вычитание сигналов 12 и 13 42-3(4-5)-. Полагаем, что 1213, 1011, 67,12610, т.е. выходной сигнал блока вычитания пропорционален разности электрических мощностей, выделяемых на термочувствительных элементах 4, 5. Выполняя термочувствительные элементы 4, 5 идентичными, и, обеспечивая 45, 45, 450, можно записать 14(4-ж-5 ж)0(4-0-50),14(4-5)0(4-5). Поскольку в последнем выражении только коэффициент теплообменаизменяется в функции расхода, а остальные коэффициенты и сигналы постоянны, то напряжение 14 несет информацию о расходе и не зависит от температуры потока ж и окружающего воздуха 0. Таким образом, заявленная полезная модель по сравнению с известной обеспечивает повышение точности измерения расхода. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4