Тепловой расходомер

 

Изобретение может быть использовано для измерения расхода потока жидкости и газа и позволяет уменьшить погрешности измерений. Последовательность импульсов на выходе задающего генератора 19 определяет время цикла измерения и является опорной для форш рования сигналов блока 1 управления. Мультивибраторы 20 и 21 формируют управлягопше импульсы на переключатель 2 потока и переключатель 9, что приводит к прекращению обдува терморезистора 6 газовым потоком, который перекоммутируется переключателем 2 потока с измерительной ветви трубопровода 3 на дополнительную ветвь 4, а также мультивибраторы 20 и 21 формируют сигнал установки начальных условий интегратора 14. Схемы 22 и 23 задержки обесС; SS печивают необходимый сдвиг по времени импульса с выхода ждущего мульти (Л вибратора 21 и тем самым формируют сигналы управления реверсивным счетчиком 17 и ключом 13 соответственно. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (50 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3785623/24-10 (22) 30.08 ° 84 (46) 15.10,86. Бюл. 9 38 (71) Московский институт электронной техники (72) А.Л.Гостик, Н,Д.Дубовой и В.И,Осокин (53) 681.121.83 (088.8) (56) Коротков П.A. Тепловые расходомеры, М., 1969, с. 111-113.

Авторское свидетельство СССР

9 465551, кл. G 01 F 1/00, l972. (54) ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР (57) Изобретение может быть использо-, вано для измерения расхода потока жидкости и газа и позволяет уменьшить погрешности измерений. Последовательность импульсов на выходе задающего генератора 19 определяет время цикла измерения и является опорной для формирования сигналов блока 1 управления. Мультивибраторы

20 и 21 формируют управляюшие импульсы на переключатель 2 потока и переключатель 9, что приводит к прекращению обдува терморезистора б газовым потоком, который перекоммутируется переключателем 2 потока с измерительной ветви трубопровода 3 на дополнительную ветвь 4, а также мультивибраторы 20 и 21 формируют сигнал установки начальных условий интегратора 14. Схемы 22 и 23 задержки обеспечивают необходимый сдвиг по времени импульса с выхода ждущего мультивибратора 21 и тем самым формируют сигналы управления реверсивным счетчиком 17 и ключом 13 соответственно.

2 ил.

1264003

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения расхода потока жидкости и газа.

Цель изобретения — уменьшение по- 5 грешности измерений.

На фиг. 1 изображена структурная схема расходомера; на фиг.2 — временные диаграммы его работы.

Расходомер содержит блок программного управления 1, переключатель потока 2, измерительную ветвь трубопровода 3, дополнительную ветвь трубопровода 4, мостовую измерительную схему 5 с термочувствительным элементом 6 в одной из плеч, усилитель разбаланса моста 7, преобразователь напряжение †т 8, электронный переключатель 9, аналоговое запоминающее устройство 10, компаратор 11, источник опорного напряжения 12. электронный ключ 13, интегратор 14, генератор управляемой частоты 15, формирователь прямоугольных импульсов 16„. реверсивный счетчик 17 и блок индикации 18, при этом выходы блока программного управления 1 соединены соответственно с входом обнуления интегратора 14, с управляющими входами переключателя потока 2, электрон- ЗО ного переключателя 9,реверсивного счетчика 17 и электронного ключа 13, термочувствительный элемент 6, мост 5,, усилитель 7 и преобразователь 8 образуют автобалансную мостовую схему, выход которой соединен через электронный переключатель 9 с первым вхоцом компаратора 11, второй вход которого соединен с вторым выходом электронного переключателя 9 через аналоговое запоминающее устройство 10, выход компаратора 1 соединен с управляющим входом электронного ключа 13 вход которого соединен с выходом Источника опорного напряжения 12, а выход электронного ключа 13 через последовательно соединенные интегратор 14, генератор управляемой частоты 15.и формирователь прямоугольных .импульсов 16 связан с диагональю питания моста 5 и с входом реверсивного счетчика 17, выход которого соединен с входом блока индикации 18.

Устройство работает в два этапа следующим образом.

На первом этапе с выхода ждущего мультивибратора 20 блока управления 1 на переключатель потока 2 приходит управляющее напряженae U II>, отпирающее переключатель потока 2, т.е. обеспечивающее, коммутацию газового потока, поступающего на входной штуцер . переключателя потока 2, с измерительной ветвью трубопровода 3, тем самым обеспечивается воздействие измеряемого потока на терморезистор К вЂ” 6 (фиг.2б).

Переключатель потока 2 предназначен для поочередной коммутации по сигчалу с блока программного управления 1 газового потока, поступающего на его входной штуцер, с измерительной ветвью трубопровода 3 и дополнительной ветвью 4, которые соединены с его выходными штуцерами. При этом во втором такте измерительного цикла, когда закрыта измерит чьная ветвь трубопровода 3 с термочувствительным элементом 6 переключатель потока 2 перекоммутирует поток на дополнительную ветвь 4, имеющую такое же гидродинамическое сопротивление, что и из-, мерительная ветвь трубопровода 3. За счет этого обеспечивается неразрывность и отсутствие флуктаций измеряемого потока в трубопроводе.

Элементы 5, 6, 7, 8 образуют автобалансную мостовую схему, обеспечивающую постоянство рабочей точки терморезистора (т,е. постоянство его температуры). В этом случае удается значительно повысить быстродействие расходомера, так как для системы с обратной связью, которой является самобалансируюшая мостовая схема, быстродействие увеличивается почти в К раз, где К - коэффициент усиления усилителя разбаланса 5, по сравнению с быстродействием разомкнутой системы, Поэтому для терморезистора 6 можно записать уравнение баланса мощностей, воздействуюших на него

Ра Рпос1- + -Ркрп где Р— мощность, соответствующая, выбранной рабочей точке терморезистора (т.е. обеспечивающей сопротивление RI, равное сопротивлениям плеч мостa) при нормальной температуре окружающей среды (20 С);

Р— мощность, отбираемая от К, обдуваемым его потоком и пропорциональная скорости потока;

Рт — мощность, эквивалентная воздействию на К отклонения температу1264003

pb> окружающей среды от нормального значения (+Р. = с, ьТ) в случае превышения температуры окружающей среды Т на Т своего номинального значения и -P = с,4Т, если температура окружающей среды меньше на dT номиналь— ного значения; . с, — коэффициент пропорциональности

P — мощность импульсного сигна- 10 имп ла, поступающего с формирователя прямоугольных импульсов 16 на В.,;

Р— мощность рассеиваемая на пост У

R, под действием постоянного тока I преобразователя 8, обеспечивающего постоянство рабочей точки терморезистора R — б, т.е. поддерживающего мост 5 в сбалансированном состоянии.

Причем Ри „= с U2 с Р, 20 где с — коэффициент пропорциоа нальнасти

Ц вЂ” соответственно амплитуда

N> и длительность импульсов формирователя 16;

Р— частота импульсов, равная выходной частоте генератора 15.

При постоянстве значений Б и мощность Р„м„ является линейной и связана со значением выходного нап30 ряжения интегратора 14. с U2 пост 3 ьыкf фф и р опор цио нальности, U — выходное напряжение усиВык,ц лителя разбаланса моста 7.

Мощность импульсного сигнала P M„ предназначена для компенсации влияния на терморезистор 6 потока газо- 40 вой среды.

На первом этапе цикла измерения (при обдуве R потоком) блок управления 1 задает начальные условия интегратору 14, обеспечивая начальное напряжение на его выходе значения, при котором мощность Р равна или несимп колькопревышает мощность, отбираемую проходящим потоком от терморезистара 6 в случае максимальной скорости пото- 50 ка (т.е. при максимальном расходе газа) . В этом случае Р«п =с Цп, F и уравнение баланса мощностей имеет вид

Р = Р + Р— Р +Ð, (1) 55 о поет пмп Q — т

При этом на выходе усилителя разбаланса 7 устанавливается напряжение

U „„„„, „, обеспечивающее баланс моста 5 (фпг.2е). Это напряжение через контакты ТХ переключателя 9 поступает в аналоговое запоминающее устройства 10, Установившаяс " частота Г на выходе генератора управляемой частоты 15 заносится в реверсивный счет— чик 17, Во втором такте измерительного цикла в момент времени t переключатель 9 переводится в состояние I u одновременно прекращается подача управляющего сигнала на переключатель потока 2, что приводит к прекращению обдува терморезистора 6 газовым потоком, который переЖммутируется переключателем потока 2 с измерительной ветви трубопровода 3 на дополнительную ветвь 4 (фиг.2б), В результате прекращается отбор мощности Р@ от терморезистара 6, что вызывает разбаланс моста 5 и уменьшение напряжения на выходе усилителя разбаланса моста 7 до

l значения U „,,„„ „,,при котором мост 5 вновь приходит в сбалансированное состояние (фиг,2е). По окончании переходного процесса в момент времени с помощью блока управления 1 замыкается ключ 13 и на вход интегратора 14 подается напряжение с источника опорнога напряжения 12. Под действием входного напряжения выходное напряжение интегратора 14 начинает уменьшаться, обеспечивая уменьшение выходной частоты генератора управляемой частоты 15, а следовательно, и мощности Р„„„ . Уменьшение значения

Ри„п обуслов ивает возрастание выходного усилителя разбаланса моста 7, сохраняющего баланс моста 5. В момент времени t, когда выходное напряжение усилителя разбаланса моста 7

I достигает значения U„,„,,ранее запомненного устройством IO, срабатывает кампаратар 11, размыкая ключ

13 и прекращая подачу напряжения на вход интегратора 14. Это приводит к прекращению изменения выходного напряжения интегратора 14, а следовательно, к прекращению изменения частоты Е генератора управляемой частоты 15 и мощности Р„,„ . При этом на выходе генератора управляемой частоты 15 установится частота F (фиг.2ж) и мощность импульсного сиги нала в этом случае ранна P

MM g

3 1М4ооз

Уравнение баланса мощностей при си этом имеет вид ви поскольку при отсутствии расхода газа P = О.

Принимая во внимание, что выходное напряжение усилителя разбаланса ! моста 7 для отрезка времени t = -t » 10 которому соответствует выражение (2), равно значению выходного напряжения этого усилителя для отрезка времен ни и = tt — О, которому соответствует (1), следует вывод, что мощность 15 постоянного тока Рпосг в уравнениях (1) и (2) имеет одно и то же значение. Учитывая также, что отрезок времени t = — t, в течение ко/! торого осуществляется операция замещения мощности Р мощностью импульсного сигнала Р д, невелик и за это время температура окружающей среды практически не изменится, следует вывод, что величина Р в уравнениях 25 (1) и (2) имеет одно и то же значение, Вычитая из выражения (1) выражение (1), получим:

Ю

Р =Р -р -с О2 (F -F )=a(F -F ) ..

0 реп нма

Поскольку значение мощности Pg является функцией расхода газа g то разД костная частота AF = Р— F однозначно

5 определяет расход газовой среды в магистрали.

Для получения числа, пропорциональногс значению bF, реверсивный счетчик

17 по сигналу с блока управления 1 переводится в режим вычитания и из

1 записанной ранее частоты F осущест/I вляется вычитание частоты Г (фиг.2д) .

Результирующее число, накопленное в реверсивном счетчике 17, заносится в блок индикации 18. По окончании процесса измерения в момент происходит подача на терморезистор 6 газового потока, в интегратор 14 заносятся начальные условия к устройство готово к проведению повторных измере-. ний.

Блок управления 1 работает следующим образом, Последовательность на выходе за55 дающего генератора 19 (фиг. 2а) определяет время цикла измерения и является опорной для формирования

Ь гналов блока управления 1, мульт::.— браторы 20 и 21 формируют управляющие импульсы на переключатель потока 2 и переключатель 9, а также сигнал установки начальных условий интегратора 14 соответственно (фиг.2б,в) . Схемы задержки 22 и 23 обеспечивают необходимый сдвиг по времени импульса с выхода ждущего мультивибратора 21 и тем самым формируют сигналы управления реверсивным счетчиком 17 и ключом 13 соответственно (фиг.2д и 2г) .

Формула изобретения

Тепловой расходомер, содержащий трубопровод с термочувствительным элементом, включенным в плечо электрического моста, усилитель разбаланса моста и блок индикации, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений, в него дополнительно введены блок програмного управления, переключатель потока, электронный переключатель, запоминающее устройство, компаратор, источник опорного напряжения, электронный ключ, интегратор, преобразователь напряжение-частота и реверсивный счетчик, при этом переключатель потока включен своим входом в трубопровод, причем трубопровод за переключателем потока выполнен из двух одинаковых по сечению ветвей, подклю" ченных соответственно к выходам переключателя потока, и термочувствительный элемент установлен в одной из ветвей, выходы блока программного управления соединены соответственно с входом обнуления интегратора, с управляющими входами переключателя потока, электронного переключателя, реверсивного счетчика и электронного ключа, термочувствительный элемент, мост и усилитель образуют автобалансную мостовую схему, выход которой соединен через электронный переключатель с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с выходом запоминающего устройства, вход которого соединен с вторым выходом электронного переключателя, выход кокпаратора соединен с управляющим входом электронного ключа, вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а выход электронного ключа через последовательно

Г

Уу!р

Составитель С. Ковыршин

Техред В. Кадар

Редактор В.Ковтун

Корректор В.Синицкая

Заказ 5549/40 Тираж 705 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 соединенные интегратор и преобразо.ватель напряжение-частота связан с диагональю питания моста и с входом е

Ьых

Ур /хФ

1264003 8 реверсивного счетчика, выход которого соединен с входом блока индикации,