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, выполненный в виде двух магистралей с расположенными на них первым и вторым термочувствительными элементами, выводы которых соединены соответственно с первой и второй схемами стабилизации сопротивления термочувствительного элемента, выходы которых соответственно через первый и второй блоки определения мощности соединены со входами сумматора, первый и второй термостабильные резисторы, один из выводов которых соединен с шиной нулевого потенциала, отличающийся тем, что содержит первый и второй коммутаторы, первый и второй дополнительные термостабильные резисторы, блок управления, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго коммутаторов, выходы которых соединены соответственно с одним из выводов первого и второго 93602013.08.30 термочувствительных элементов, один из входов первого и второго коммутаторов соответственно через первый и второй дополнительные термостабильные резисторы соединен с шиной нулевого потенциала, другой вход первого и второго коммутаторов соединен соответственно с другим входом первого и второго термостабильных резисторов, выход сумматора соединен со входом блока управления.(56) 1. Патент РБ на полезную модель 743, 2002. 2. Патент РБ на полезную модель 5971, 2010. 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 двумя термочувствительными элементами, два блока определения мощности, два термостабильных резистора и сумматор. В данном расходомере снижено влияние температуры окружающего воздуха, однако изменение температуры измеряемой среды влияет на результат преобразования. Наиболее близким к заявленному техническому решению является тепловой расходомер 2, содержащий измерительный участок трубопровода в виде двух магистралей с расположенными на них двумя термочувствительными элементами, два термостабильных резистора, один из выводов которых соединен с шиной нулевого потенциала, две схемы стабилизации сопротивления термочувствительного элемента, два блока определения мощности и сумматор. В данном расходомере снижено влияние изменения температуры окружающего воздуха и измеряемой среды, однако предъявляются очень высокие требования к идентичности электрических и теплофизических параметров термочувствительных элементов прямого подогрева, что обеспечить не всегда возможно. В целом, неидентичность термочувствительных элементов ведет к потере точности измерения. Задачей полезной модели является повышение точности измерения расхода. Поставленная задача решается тем, что в тепловой расходомер, содержащий измерительный участок трубопровода, выполненный в виде двух магистралей с расположенными на них первым и вторым термочувствительными элементами, выводы которых соединены соответственно с первой и второй схемами стабилизации сопротивления термочувствительного элемента, выходы которых соответственно через первый и второй блоки определения мощности соединены со входами сумматора, первый и второй термостабильные резисторы, одни из выводов которых соединены с шиной нулевого потенциала, согласно полезной модели дополнительно введены первый и второй коммутаторы, первый и второй дополнительные термостабильные резисторы, блок управления, выход которого соединен с управляющими входами первого и второго коммутаторов, выходы которых соединены соответственно с одним из выводов первого и второго термочувствительных элементов,один из входов первого и второго коммутаторов соответственно через первый и второй дополнительные термостабильные резисторы соединен с шиной нулевого потенциала,другой вход первого и второго коммутаторов соединен соответственно с другим входом первого и второго термостабильных резисторов, выход сумматора соединен со входом блока управления. На фигуре 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 термочувствительными элементами, выводы которых соединены со входами первой 6 и второй 7 2 93602013.08.30 схем стабилизации сопротивления термочувствительных элементов, выходы которых через первый 8 и второй 9 блоки определения мощности соединены со входами сумматора 10, первый 11 и второй 12 коммутаторы, входы первого 11 коммутатора соединены соответственно через первый 13 и первый дополнительный 14 термостабильные резисторы с шиной нулевого потенциала, входы второго 12 коммутатора соединены соответственно через второй 15 и второй дополнительный 16 термостабильные резисторы с шиной нулевого потенциала, управляющие входы коммутаторов 11, 12 соединены с выходом блока управления 17, со входом которого соединен выход сумматора 10, выходы коммутаторов 11, 12 соединены соответственно с одним из выводов первого 4 и второго 5 термочувствительных элементов. Встроенный в магистраль тепловой расходомер работает следующим образом. Термочувствительный элемент 4 и схема стабилизации сопротивления термочувствительного элемента 6 совместно с первым термостабильным резистором 13 и первым дополнительным термостабильным резистором 14 поддерживают сопротивление термочувствительного элемента 4 на неизменном уровне, определяемом сопротивлением, подключенным к схеме термостабильного резистора 13, 14. Соответственно для левого положения коммутатора 11 электрическая мощность, рассеиваемая на термочувствительном элементе 4, будет равна 444 ( 4)4 ( 4) ,444444, где,- электрическая мощность, рассеиваемая на термочувствительном элементе 4 для различных положений коммутатора 11, соответствующих температуре 4 и 44 коэффициент теплоотдачи от термочувствительного элемента 4 в поток 4 - эффективная площадь теплообмена термочувствительного элемента 4 4 - эффективный коэффициент теплопотерь в окружающую среду термочувствительного элемента 4 ж - температура потока 0 - температура окружающего воздуха. Аналогичным образом работает и другая часть схемы. При этом для термочувствительного элемента 5 будут справедливы следующие соотношения 555555,где 5, 5, 5 - соответственно коэффициент теплоотдачи, эффективная площадь теплообмена, эффективный коэффициент теплообмена с окружающей средой термочувствитель ного элемента 55 и 5 - температура стенки под термочувствительным элементом 5 для различных положений коммутатора 12. Выходные напряжения блоков определения мощности 8, 9 для различных положений коммутаторов 11, 12 будут иметь вид где 8, 9 - коэффициенты преобразования блоков определения мощности 8, 9. В сумматоре 10 производится вычитание напряжений с выходов блоков определения мощности 8, 9. В случае идентичного исполнения термочувствительных элементов 4 и 5 можно записать 45, 45, 45, тогда, обеспечивая равенство 890, можно получить выходное напряжение сумматора 10 для одного из положений коммутаторов 11, 12 в следующем виде 93602013.08.30 Данное преобразование реализовано в прототипе. Из него видно, что в случае идентичности термоэлементов 4, 5 влияние температуры потока ж и окружающего воздухаустранено. Однако при изготовлении термочувствительных элементов 4, 5 в силу технологических ограничений имеется разбаланс электрических и теплофизических параметров термоэлементов. Положим, что 44 где ,- разность в эффективных коэффициентах теплообмена с потоком и окружающей средой для термочувствительных элементов 4 и 5. Подставляя (2) в (1), можно получить 10890 ( 45 )( 5)4 ( 45 )( 5) . Откуда видно, что выходное напряжение сумматора 10 из-за неидентичности термочувствительных элементов 4, 5 зависит от температуры потока ж и окружающего воздуха. В этом заключается основной недостаток прототипа. С учетом (2) выходные напряжения сумматора 10 для различных положений коммутаторов 11 и 12 можно записать в следующем виде 40 Блок управления 17 фиксирует напряжения с выхода сумматора 10 и вычисляет их разность, что и является выходным результатом измерения Из последнего выражения видно, что оно не зависит от температуры потока ж и окружающего воздуха , а зависит от- коэффициента теплопередачи, то есть от расхода. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4