Тепловой расходомер

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(72) Авторы Карпов Владимир Александрович Ростокина Ольга Михайловна(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(57) Тепловой расходомер, содержащий измерительный участок трубопровода с расположенным на нем термочувствительным элементом, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, с неинвертирующим входом интегратора и с первым входом блока определения мощности, второй вывод термочувствительного элемента соединен с выходом интегратора и неинвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с инвертирующим входом интегратора и вторым входом блока определения мощности, первый и второй термостабильные резисторы, блок вычитания, отличающийся тем, что он содержит таймер, первый и второй переключатели и первый и второй блоки запоминания, выходы которых соединены со входами блока вычитания, а их входы соединены с выходами второго переключателя, вход которого соединен с выходом блока определения мощности, выход таймера соединен с управляющими входами первого и второго переключателей, вход первого переключателя соединен с первым выводом термочувствительного элемента, а его выходы - с первым и вторым термостабильными резисторами.(56) 1. Патент Республики Беларусь на полезную модель 743, опубл. 2002.12.30. 2. Патент Республики Беларусь на полезную модель 5971, опубл. 2010.02.28. 84722012.08.30 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, электронной, энергетической и других отраслях промышленности. Известен тепловой расходомер 1, содержащий измерительный участок трубопровода с расположенными на нем термочувствительными элементами, дифференциальный усилитель, блок определения мощности, два термостабильных резистора и блок вычитания. Однако в данном расходомере изменение температуры измеряемой среды приводит к дополнительным погрешностям. Наиболее близким к заявленному техническому решению является тепловой расходомер 2, содержащий измерительный участок трубопровода, состоящий из двух магистралей, на каждой из которых установлены термочувствительные элементы, два интегратора,два дифференциальных усилителя, два термостабильных резистора, два блока определения мощности, блок вычитания. В данном расходомере снижено влияние изменения температуры измеряемой среды и окружающего воздуха, однако датчик этого расходомера сложен в изготовлении. Задачей полезной модели является упрощение конструкции датчика при сохранении технических характеристик теплового расходомера. Поставленная задача решается тем, что в тепловой расходомер, содержащий измерительный участок трубопровода с расположенным на нем термочувствительным элементом, первый вывод которого соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя, с неинвертирующим входом интегратора и с первым входом блока определения мощности, второй вывод термочувствительного элемента соединен с выходом интегратора и неинвертирующим входом дифференциального усилителя, выход которого соединен с инвертирующим входом интегратора и вторым входом блока определения мощности, первый и второй термостабильные резисторы, блок вычитания, согласно полезной модели, дополнительно введены таймер, первый и второй переключатели и первый и второй блоки запоминания, выходы которых соединены со входами блока вычитания, а их входы соединены с выходами второго переключателя, вход которого соединен с выходом блока определения мощности, выход таймера соединен с управляющими входами первого и второго переключателей, вход первого переключателя соединен с первым выводом термочувствительного элемента, а его выходы - с первым и вторым термостабильными резисторами. На фигуре представлена функциональная схема заявляемого технического решения. Тепловой расходомер содержит измерительный участок трубопровода 1 с установленным на нем термочувствительным элементом 2, первый и второй выводы которого соединены со входами дифференциального усилителя 3, выход которого соединен с инвертирующим входом интегратора 4, выход которого соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 3, первый вывод термочувствительного элемента соединен с первым входом блока определения мощности 5 и неинвертирующим входом интегратора 4, выход дифференциального усилителя 3 соединен со вторым входом блока определения мощности 5, выход которого соединен со входом второго переключателя 6,выходы которого соответственно через первый блок запоминания 7 и второй блок запоминания 8 соединены со входами блока вычитания 9, таймер 10, выход которого соединен с управляющими входами второго 6 и первого 11 переключателей, выходы первого переключателя 11 соединены соответственно с первым термостабильным 12 и вторым термостабильным 13 резисторами. Тепловой расходомер работает следующим образом. Первый и второй термостабильные резисторы 12, 13, дифференциальный усилитель 3 и интегратор 4 образуют схему поддержания сопротивления термочувствительного элемента 2, представляющего собой термоэлемент прямого подогрева, на заданном уровне. В 84722012.08.30 статическом режиме напряжение между входами интегратора 4 равно нулю, т.е. в зависимости от положения контактов первого переключателя 11 справедливы равенства 2 (1)232(1)12,2 (2)232(2)13,где 3 - коэффициент усиления дифференциального усилителя 3 2 - омическое сопротивление термочувствительного элемента 2 12, 13 - сопротивления первого 12 и второго 13 термостабильных элементов. Поскольку термочувствительный элемент 2 выполняется из металла с линейным температурным коэффициентом, то для него справедливо выражение 20(1),где 0 - сопротивление термоэлемента 2 при температуре 0 С- его температурный коэффициент, 1 С- его температура в С. Таким образом, в зависимости от положения контактов первого переключателя температура термоэлемента будет выражаться следующим образом где в скобках обозначены соответственно левое и правое положения первого переключателя 11. При этом электрическая мощность, рассеиваемая на термочувствительном элементе 2, будет равна 222 2- ж 2 2- 0,2 (б)22 2 (б) - ж 2 2 (б) - 0,где 2 - коэффициент теплоотдачи от термочувствительного элемента 2 в поток 2 - эффективная площадь теплообмена термочувствительного элемента 2 2 - эффективный коэффициент теплопотерь в окружающую среду 2 - температура стенки термочувствительного элемента 2 ж - температура потока, поступающего в тепловой расходомер 0 температура окружающего воздуха. На блок определения мощности 5 подаются напряжения с термостабильных резисторов 12, 13 и выходное напряжение дифференциального усилителя 3, которые для первого и второго положений первого переключателя 11 имеют вид 122 12, 3232,132 (б)13, 3(б)2(б)32(б). Выходные напряжения блока определения мощности 5 для соответствующих положений первого переключателя 11 будут пропорциональны произведению поданных на него напряжений 551232122235351222235122,5(2)5123(б)351322(б)2(б)35132(б),где 5 - коэффициент передачи блока определения мощности 5. Таймер 10 синхронизирует работу первого 11 и второго 6 переключателей таким образом, что, например, при высоком уровне напряжения с таймера 10 контакты первого и второго переключателей 11, 6 находятся в положении а, а при низком уровне - в положении б. Первый и второй блоки запоминания 7, 8 запоминают поданные на них напряжения с выходов второго переключателя, тогда на выходе блока вычитания 9 имеет место следующее напряжение 97 - 857 - 5(2)8351227 - 35132(б)8. Выполняя равенство 712813, можно получить 93522(б). Подставляя в полученное выражение значение электрической мощности, рассеиваемой на термочувствительном элементе 2, для положений переключателя 11 а и б окончательно имеем 3 84722012.08.30 9352222(б)222(б). Поскольку в полученном выражении только коэффициент теплообменаизменяется в функции расхода, а остальные коэффициенты постоянны, то напряжение 9 несет информацию о расходе и не зависит от 0 и ж. Кроме того, датчик заявляемого технического устройства в отличие от прототипа не делится на две идентичные магистрали и содержит только один термочувствительный элемент, что несравненно проще при реализации. Этим и достигается положительный эффект, заключающийся в упрощении датчика теплового расходомера. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4