Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(12) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(72) Авторы Карпов Владимир Александрович Мурашко Сергей Александрович Ростокина Ольга Михайловна(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный технический университет имени П.О.Сухого(57) Тепловой расходомер, содержащий выполненный с возможностью установки в магистраль измерительный участок трубопровода с расположенными на нем первым и вторым измерительными и компенсационным термоэлементами, первый, второй и третий резисторы, дифференциальный усилитель, выход которого соединен с первым входом блока определения мощности, а также через последовательно соединенные первый резистор и первый измерительный термоэлемент с шиной нулевого потенциала и со входом, соединенного с шиной нулевого потенциала, резистивного делителя, выход которого через последовательно соединенные повторитель напряжения, второй резистор и масштабный усилитель соединен со входом дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с общей точкой первого резистора и первого измерительного термоэлемента, отличающийся тем, что в него введены блок вычитания, дополнительные блок определения мощности, дифференциальный усилитель, масштабный усилитель, повторитель напряжения, резистивный делитель, четвертый, пятый и шестой резисторы, при этом компенсационный термоэлемент выполнен в виде двух идентичных гальванически несвязанных между собой полуэлементов, один из которых имеет первый и второй контактные 35872007.06.30 выводы, а другой - третий и четвертый соответственно, причем вход масштабного усилителя через третий резистор, первый и второй контактные выводы компенсационного термоэлемента соединен с шиной нулевого потенциала, а инвертирующий вход дополнительного дифференциального усилителя соединен со вторым входом дополнительного блока определения мощности и общей точкой четвертого резистора и второго измерительного термоэлемента, при этом дополнительный резистивный делитель соединен с шиной нулевого потенциала, выход дополнительного дифференциального усилителя через последовательно соединенные четвертый резистор и второй измерительный термоэлемент соединен с шиной нулевого потенциала, с первым входом дополнительного блока определения мощности и с входом дополнительного резистивного делителя, выход последнего через последовательно соединенные дополнительный повторитель напряжения,пятый резистор и дополнительный масштабный усилитель соединен со входом дополнительного дифференциального усилителя, вход дополнительного масштабного усилителя через последовательно соединенные шестой резистор, третий и четвертый контактные выводы компенсационного термоэлемента соединен с шиной нулевого потенциала, а выходы блока определения мощности и дополнительного блока определения мощности соединены с входами блока вычитания.(56) 1. Френкель Б.А. Измерение малых и микрорасходов продуктов нефтехимических производств. - М. ЦНИИТЭнефтехим, 1973. - С. 73. 2. А.с. СССР 960538, МПК 01 1/68 // Бюл.35. - 1982. Полезная модель относится к области измерительной техники, а именно к тепловым устройствам для измерения расхода жидкости или газа, и может быть использована в химической, энергетической и других отраслях промышленности. Известен тепловой расходомер 1, содержащий выполненный с возможностью установки в магистраль измерительный участок трубопровода с расположенными на нем компенсационным и измерительным термоэлементами, образующими совместно с двумя резисторами мостовую схему, в измерительную диагональ которой включен дифференциальный усилитель, вход которого соединен со входом блока определения мощности и с нагревателем, расположенным поверх измерительной обмотки. В расходомере реализован принцип измерения мощности, выделяемой в нагревателе, при стабилизации разности температур между компенсационным и измерительным термоэлементами. Недостатком расходомера является невысокая точность, обусловленная изменением температуры окружающего воздуха и измеряемой среды. Наиболее близким к заявленному техническому решению является тепловой расходомер 2, содержащий выполненный с возможностью установки в магистраль измерительный участок трубопровода с расположенными на нем измерительными и компенсационным термоэлементами, три резистора, дифференциальный усилитель, выход которого соединен с одним из входов блока определения мощности, на другой вход которого подан сигнал, пропорциональный току, протекающему через измерительный термоэлемент, масштабный усилитель, резистивный делитель и повторитель напряжения. В данном расходомере реализован принцип подогрева измерительного термоэлемента, выполняющего одновременно и роль нагревателя, что упрощает конструкцию теплового датчика расходомера. Однако и в данном техническом решении имеется зависимость показаний от изменения температуры измеряемой среды и окружающего воздуха, что влияет на точность измерений. Задачей полезной модели является повышение точности измерения расхода. 2 35872007.06.30 Поставленная задача решается тем, что в тепловой расходомер, содержащий выполненный с возможностью установки в магистраль измерительный участок трубопровода с расположенными на нем первым и вторым измерительными и компенсационным термоэлементами, первый, второй и третий резисторы, дифференциальный усилитель, выход которого соединен с первым входом блока определения мощности, а также через последовательно соединенные первый резистор и первый измерительный термоэлемент с шиной нулевого потенциала и со входом соединенного с шиной нулевого потенциала резистивного делителя, выход которого через последовательно соединенные повторитель напряжения, второй резистор и масштабный усилитель соединен со входом дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен с общей точкой первого резистора и первого измерительного термоэлемента, согласно полезной модели в него дополнительно введены блок вычитания, дополнительные блок определения мощности, дифференциальный усилитель, масштабный усилитель, повторитель, резистивный делитель, четвертый,пятый и шестой резисторы, а расположенный на измерительном участке трубопровода компенсационный термоэлемент выполнен в виде двух идентичных гальванически не связанных между собой полуэлементов, один из которых имеет первый и второй контактные выводы, а другой - третий и четвертый соответственно, причем вход масштабного усилителя через третий резистор, первый и второй контактные выводы компенсационного термоэлемента соединен с шиной нулевого потенциала, а инвертирующий вход дифференциального усилителя соединен со вторым входом блока определения мощности, при этом дополнительный резистивный делитель соединен с шиной нулевого потенциала, выход дополнительного дифференциального усилителя через последовательно соединенные четвертый резистор и второй измерительный термоэлемент соединен с шиной нулевого потенциала, с первым входом дополнительного блока определения мощности и со входом дополнительного резистивного делителя, выход последнего через последовательно соединенные дополнительный повторитель напряжения, пятый резистор и дополнительный масштабный усилитель соединен со входом дополнительного дифференциального усилителя, инвертирующий вход которого соединен со вторым входом дополнительного блока определения мощности, с общей точкой четвертого резистора и второго измерительного термоэлемента, вход дополнительного масштабного усилителя через последовательно соединенные шестой резистор, третий и четвертый контактные выводы компенсационного термоэлемента соединен с шиной нулевого потенциала, а выходы блока определения мощности и дополнительного блока определения мощности соединены со входами блока вычитания. На чертеже представлена функциональная схема заявленного теплового расходомера. Тепловой расходомер содержит измерительный участок трубопровода 1 с расположенными на нем первым 2, вторым 3 измерительными и компенсационным 4 термоэлементами, две схемы 5, 6 поддержания разности температур, первая из которых содержит первый 7, второй 8, третий 9 резисторы, дифференциальный усилитель 10, повторитель напряжения 11, масштабный усилитель 12, соединенный с шиной нулевого потенциала,резистивный делитель 13, состоящий из резисторов 14, 15, первый измерительный термоэлемент 2 и компенсационный полуэлемент 16 с контактными выводами а, , причем выход дифференциального усилителя 10 соединен со входом резистивного делителя 13 и через последовательно соединенные первый резистор 7 и первый измерительный термоэлемент 2 - с шиной нулевого потенциала. Выход резистивного делителя 13 через последовательно соединенные повторитель напряжения 11 и второй резистор 8 соединен со входом масштабного усилителя 12 и, через последовательно соединенные третий резистор 9 и компенсационный полуэлемент 16 посредством контактных выводов а, , с шиной нулевого потенциала. Выход масштабного усилителя 12 соединен с входом дифференциального усилителя 10, инвертирующий вход которого соединен с общей точкой первого резистора 7 и первого измерительного элемента 2. Вторая схема 6 поддержания разности температур содержит четвертый 17, пятый 18, шестой 19 резисторы, дополнительный усилитель 20, дополнительный повторитель напряжения 21, дополнительный масштабный 3 35872007.06.30 усилитель 22, соединенный с шиной нулевого потенциала дополнительный резистивный делитель 23, состоящий из резисторов 24, 25, второй измерительный термоэлемент 3 и компенсационный полуэлемент 26 с контактными выводами с, , причем выход дополнительного дифференциального усилителя 20 соединен со входом дополнительного резистивного делителя 23 и, через последовательно соединенные четвертый резистор 17 и второй измерительный термоэлемент 3, с шиной нулевого потенциала. Выход дополнительного резистивного делителя 23, через последовательно соединенные дополнительный повторитель напряжения 21 и пятый резистор 18, соединен со входом дополнительного масштабного усилителя 22 и, через шестой резистор 19 и компенсационный полуэлемент 26 посредством контактных выводов с, , с шиной нулевого потенциала. Выход дополнительного масштабного усилителя 22 соединен со входом дополнительного дифференциального усилителя 20, инвертирующий вход которого соединен с общей точкой четвертого резистора 17 и второго измерительного термоэлемента 3. Выход дифференциального усилителя 10 и его инвертирующий вход соединены со входами блока определения мощности 27, выход дополнительного усилителя 20 и его инвертирующий вход соединены со входами дополнительного блока определения мощности 28. Выходы соответствующих блоков определения мощности 27, 28 соединены со входами блока вычитания 29. Первый 2 и второй 3 измерительные термоэлементы, так же как и компенсационный 4 термоэлемент, реализованы с использованием проволоки с большим температурным коэффициентом (медь, никель, вольфрам, платина и пр.) путем ее намотки поверх измерительного участка трубопровода 1. Причем компенсационный термоэлемент 4 выполнен, например,путем намотки двойным проводом, каждый из которых образует полуэлемент 16 и 26 с соответствующими выводами (,и с, ). Полуэлементы 16 и 26 гальванически не связаны между собой. Встроенный в магистраль тепловой расходомер работает следующим образом. Компенсационный термоэлемент 4, находящийся выше по потоку, воспринимает температуру измеряемой среды. В измерительных термоэлементах 2, 3 реализован принцип прямого подогрева. Посредством схем 5, 6 поддержания разности температур температуры измерительных термоэлементов 2 и 3 поддерживаются большими, чем температура компенсационного термоэлемента 4. Причем разность температур 2 между компенсационным термоэлементом 4 и измерительным термоэлементом 2 задается больше, чем разность 3 температур между компенсационным и измерительным 3 термоэлементами. Условие теплового балансадля измерительных термоэлементов 2, 3 имеет вид 22222(20) 33333(30),где Р 2, Р 3 - электрическая мощность, рассеиваемая в измерительных терморезисторах 2, 3 2- 2, 3- 3 - разность между температурой измеряемой среды и температурой соответствующего термоэлемента 2, 3 - коэффициенты теплопередачи от измерительных термоэлементов 2, 3 в поток, зависящие от измеряемого расхода 2, 3 - эффективные площади теплообмена измерительных термоэлементов 2, 3 К 2, К 3 - эффективные коэффициенты теплопотерь в окружающую среду измерительных термоэлементов 2, 3 0 - температура окружающего воздуха. Выполняя измерительные термоэлементы 2, 3 идентичными 2323 К 2 К 3 К, можно записать 2(2-)(2-0) 3(3-)(3-0). Определяя разность РР 2 - Р 3, можно записать(1)(2 - 3)(2 - 3). Откуда видно, что в полученном выражении первое слагаемое зависит только от коэффициента теплопередачи , т.е. от расхода, т.к. разность температур 2 - 32 3. Второе слагаемое является постоянной величиной. Таким образом значение разности мощностей, выделяемых в измерительных термоэлементах, не зависит от температуры измеряемой средыи окружающего воздуха 0. 4 35872007.06.30 Схемы поддержания разности температур работают следующим образом. В момент равновесия напряжение между входами дифференциального усилителя 10 будет равно нулю. Тогда напряжения на его входах имеют вид 2 где 10 , 10 - напряжение на входах дифференциального усилителя 10 Е 10 - выходное напряжение дифференциального усилителя 10 13 - коэффициент деления резистивного делителя 13 12 - коэффициент усиления масштабного усилителя 12 7, 8, 9 - сопротивления соответственно первого, второго и третьего резисторов 2, 16 - сопротивления измерительного термоэлемента 2 и компенсационного полуэлемента 16. Причем 20(12), 60(1), где-материала термоэлементов 0 начальное сопротивление. Обеспечивая равенства 13 121 78, с учетом того, что-, можно записать 22 ср 9 , 0 т.е. разность температур 2 является величиной постоянной. Схема поддержания разности температур 6 работает аналогично. Напряжения на входах дополнительного дифференциального усилителя 20,будут равны 20 20, 181926 где Е 20 - выходное напряжение дополнительного дифференциального усилителя 20 23 коэффициент деления дополнительного резистивного делителя 23 22 - коэффициент усиления масштабного усилителя 22 17, 18, 19 - сопротивления четвертого, пятого и шестого резисторов соответственно 3, 26 - сопротивления измерительного термоэлемента 3 и компенсационного полуэлемента 26. Причем 30(13), 260(1). Выполняя равенство 23221 и 1718,можно получить 33 ср 19 .0 Из полученного видно, что значения поддерживаемых разностей температур 2 и 3 являются постоянными величинами. Блок определения мощности 27 работает следующим образом. На его входы поступают напряжения Е 10 и 2, где 2 - напряжение на измерительном термоэлементе 2 102. 272 Блок определения мощности работает в соответствии со следующим алгоритмом 102 7 , 2727 (102 )227 27 где 27 - коэффициент передачи блока определения мощности 27, а поскольку Е 10/(27) - это ток, протекающий по первому измерительному термоэлементу 2, то напряжение 27 - пропорционально электрической мощности, выделяемой в первом измерительном термоэлементе 2. 272277. Аналогичным образом работает и дополнительный блок определения мощности 28, для которого можно записать 2023 20 35872007.06.30 2828(203)320 3,3173 где К 28 - коэффициент передачи дополнительного блока определения мощности 28, 3 падение напряжения на измерительном термоэлементе 3. Тогда 2032817 3 , 282817317 В блоке вычитания 29 получается разность напряжений 27 - 28,292277 - 32817,при соблюдении равенства 2772870 можно представить выходное напряжение блока вычитания 29 в виде 290(2-3)0. Из сравнения полученного выражения с (1) видно, что выходное напряжение блока вычитания 29 пропорционально коэффициенту теплопередачи , т.е. является мерой расхода и не зависит от изменения температуры измеряемой среды и окружающего воздуха. В прототипе электрическая мощность, выделяемая в измерительном термоэлементе,зависит как от температуры измеряемой среды, так и от температуры окружающего воздуха. Для входных напряжений дифференциального усилителяи- можно записатьк,,к 21 где Е - выходное напряжение дифференциального усилителя- коэффициент деления резистивного делителя, К - коэффициент усиления масштабного усилителя , к - сопротивления измерительного (в котором реализован режим прямого подогрева) и компенсационного (воспринимающего температуру измеряемой среды) термоэлементов, причем 0(1) , к 0(1) , 1, 2 - сопротивления резисторов. При значительном коэффициенте дифференциального усилителя можно считать, что-. Обеспечивая К 1, имеемк 22 Из последнего следует, что температура измерительного термоэлемента линейно зависит от температуры измеряемой среды, т.е. разность-не является постоянной. Уравнение теплового баланса имеет вид( - )( - 0),или с учетом выражения дляможно записать 2 1 Откуда видно, что выходное напряжение блока определения мощности пропорционально Р и зависит как от температуры измеряемой среды, так и от температуры окружающего воздуха 0. Таким образом, заявленная полезная модель по сравнению с известной обеспечивает повышение точности измерения. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6

МПК / Метки

МПК: G01F 1/68

Метки: тепловой, расходомер

Код ссылки

<a href="https://by.patents.su/6-u3587-teplovojj-rashodomer.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Тепловой расходомер</a>

Похожие патенты