Расходомер

 

Использование: в контрольной медицинской технике, в частности в устройствах расходомера для измерения кровотока в сердечно-сосудистой системе . Сущность изобретения: расходомер содержит пробник, имеющей две термопары, образованные медной проволокой и проволокой из константана. Спаи термопар соединены с медными стержнями , установленными в трубке с измерительной жидкостью Пробник окружен материалом, который является тепловым и электрическим изолятором. Вторая схема содержит источник питания переключатель , усилитель, таймер и схему выборки-хранения бзлф-лы, бия

К ПАТЕНТУ

1ф

Комитет Рассийской Федерации но натентам и товарным знакам

1 (21) 4831649/10 (22) 05.1190 (31) 88 2523 (32).06.05.88 (33) ОК (46) 30.1 1.93 Бюл. hh 43И (76) Пауль Вернер Нильсен(ОК) (ae) ОК 88/00225 (29.1 2.88) (54) РАСХОДОМЕР (И) Использование: в контрольной медицинской технике, в частности в устройствах расходомера для! (В) RU (11) 2ОО3945 С1 (51) 5 G01P1 68 А6185 028 измерения кровотока в сердечно-сосудистой системе. Сущность изобретения: расходомер содер— жит пробник, имекхцей две термопары, образован— ные медной проволокой и проволокой нз константана. Спаи термопар соединены с медными стержнями, установленными в трубке с измерительной жидкостью. Пробник окружен материалом, который является тепловым и алектрическим изоляторо

Вторая схема содержит источник пи ания. переключатель, усилитель, таймер и схему выборки-хранения, 6зл.ф — лы,б ил.

2003945

15

25

40

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в медицине для создания миниатюрных прабникав для измерения кровотока в сердечна-сосудистой системе.

Известен расхадамер, содержащий две термапары, спаи которых установлены в потоке измеряемой жидкости, их первые электроды соединены между собой и выполнены из одинакового материала, а вторые соединены с входами усилителя, источник питания, первый выход которого связан с вторым электродом второй термапары, а второй выход является выходом с положительным направлением тока, переключатель, управляющее устройство и вторичный прибор, первый вход которого соединен с выходом усилителя, а второй — с источником питания.

Недостаток устройства заключается в малой чувствительности и больших габаритах, Целью изобретения является повышение чувствительности и снижение габаритов устройства.

Цель достигается тем, чта в расхадомере источник питания выполнен в виде источника постоянного тока, при этом ега второй выход связан с вторым электродом первой термапары, а переключатель установлен на ега выходе, вторичный прибор выполнен па схеме выборки — хранения, а управляющее устройство — в виде таймера, первый вход которого соединен с переключателем, а второй — с вторым входом схемы выборки-хранения, сваи первой и второй термопар снабжены наконечниками иэ теплаправодящего материала, первые электроды термопар выполнены из канстантана, а вторые— иэ меди, первый электрод второй термапары выполнен в виде спирали, намотанной с образованием теплового контакта на наконечнике. Цель достигается также тем, что вторичный прибор и управляющее устройство выполнены па схема аналого-цифравага преобразователя, соединенного с первым входом микропроцессора, второй вход которого соединен с генератором синхранизирующих импульсов, первсчй выход соединен с переключателем, а второй выход является выходом вторичного прибора.

На фиг.1 показана схема реализации расхадомера па п.1 формулы; на фиг.2— диаграмма зависимости входного напряжения ат времени; на фиг,3 — график температуры в пробнике ат расположения спаев термопар; на фиг.4 — схема реализации расхадамера па п.5 формулы изобретения; на фиг.5 — график распределения температуры в прабнике, выполненном в соответствии с фиг,4; на фиг.6 — вариант реализации пробника.

Пробник 1 содержит медную проволоку

2, приваренную к одному концу толстой проволоки 3 из константана в точке спая 4, Противоположный конец толстой проволоки из константана приварен к другому концу медной проволоки 5 в точке второго спая 6.

Спаи 4,6 соединены с теплопроводными материалами, такими как медные стержни 7.

Каждый медный стержень 7 проходит .в трубку 8 с протекающей жидкостью, скорость потока которой должна быть измерена.

Весь пробник окружен материалом 9, 10, который электрически является изолятором, а также тепловым изолятором.

Проволока 8 из канстантана именуется как "толстая" поэтому, что она должна быть рассчитана на ток, при котором температура спаев значительно изменяется, Однако практически проволока иэ константана не является фактически толстой.

Две медные проволоки 2, 5 соединены с их соответствующими проводниками 11, 12, в свою очередь соединенными с входным портом усилителя 13. Выходной порт усилителя 13 соединен со схемой выборки-хранения 14. Выходное напряжение Ч схемы 14 представляет собой измерение перепада температур Т = Тг-Т1, где Т> и Т вЂ” температуры двух спаев 4 и 6. Управляющее устройство 15, выполненное в виде таймера, управляет переключателем 16, включающим и выключающим ТоК в проводниках 11, 12. которые соединены с источником 17 постоянного тока, Переключатель 16, как правила, является электронным переключателем, таким как транзистор, и может быть, например, полевым транзистором. Вариант реализации на фиг,4 отличается от варианта на фиг.1 тем, что толстая проволока 3 из константана продолжается более тонкой проволокой 18, намотанной вокруг теплаправодного стержня 7, причем проволока 18 является нагревательным элементом с заданным сопротивлением, Нагревательная проволока 18 соединена с медной проволокой 5 в спае 6. Проволока 3 из константана может быть и длинной относительно тонкой проволокой по существу постоянного диаметра. Переключатель 16 здесь показан как однополюсный, просто прерывающий цепь тока источника тока.

Практический вариант реализации пробника описан фиг.б. В пробнике используется измерительный принцип, описанный схематично в вышеприведенном примере, Вариант реализации на фиг.6 используется для измерения скорости потока в тонких

2003945

30

45

55 трубках, таких как сердечно-сосудистая система организма человека.

На фиг.6 показан только пробник, расположенный на конце коаксиального кабеля. Внутренняя жила 20 кабеля соединена в одном спае 21 с одним концом медного стержня или трубки, являющейся "толстой" относительно внутренней жилы, с диамет; ром, например, около 1 мм, образуя теплои роводный материал 22. На противоположном конце медного стержня в

"горячем" спае 3 медный стержень соединен с проволокой 24 из константана, намотанной вокруг медного стержня и образующей нагревательную спираль. Проволока 24 из константена оканчивается в

"холостом" спае 25, где соединяется с наружным проводником 26 из меди. Наружная жила 26 и внутренняя жила 20 изолированы друг от друга обычным образом с помощью изоляционного материала 27 и окружены наружной пластиковой кабельной оболочкой 28. Нагревательная спираль 24 и медный стержень 22 также электрически изолированы, как показано на чертеже, посредством слоя 29, который может быть изоляционным лаком или тонким пластиковым покрытием. Для обеспечения требуемой теплопередачи от нагревательной спирали

24 к медному стержню 22 электрически изоляционный слой должен быть выбран таким тонким. чтобы он не препятствовал передаче тепла в значительной степени.

Конец пробника окружен тонким электрически изоляционным теплопроводным слоем 30, а весь пробник окружен кабельной оболочкой 28, полностью или частично, которая является пластиковой кабельной оболочкой кабеля.

Противоположный конец кааксиального кабеля соединен с электронным источником тока и измерительной схемой, которая может быть выполнена аналогично схеме на фиг.1, но в которой проводники 2, 5 заменены кабелем 26, 20. Кабель, включающий в себя пробник расходомера, может использоваться для измерения артериального кровотока в организме человека, Такое измерение, наряду с другим, может использоваться для определения, насколько далеко прогрессировал атеросклероз.

Расходомер работает следующим образом.

Таймер 15 замыкает переключатель 16, . после чего ток течет от источника 17 тока через проводник 12, медную проволоку 6, спай 6, проволоку 3 из константана, спай 4, медную проволоку 2 и проводник 11 обратно к источнику 17 тока. Когда ток течет в этой цепи, первый спай нагревается и второй спай охлаждается благодаря эффекту

Зеебвка. Количество тепла и холода, соответственно, образуемое в секунду, пропорционально электрическому току !к= Если температуру текущей жидкости обозначить как Тр, температуру холодного спая — T> и температуру горячего спая — Т2, то применяется следующее отношение:

То - Т) = Т2 - Tp = K3 х 1к, где Кз — константа, зависимая от тепловых условий на месте измерения и используемой термопары; 1к — ток через термопару.

После заданного периода времени таймер 15 разомкнет переключатель 16 и ток на спаи 4, 6 прекратится. Теперь соответствующие температуры Т1 и Tz двух спаев 4, 6 соответственно отличаются друг от друга и, как следствие, термопара образует электродвижущую силу, в результате чего образуются напряжение между проводниками 11 и 12 и тем самым на входном порте усилителя 13.

Разность напряжений усиливается в усилителе 13, усиленный сигнал подается из схему выборки-хранения 14, Схема 14 управляется таймером 15 таким образом, что она сохраняет сигнал, т.е. тепловое напряжение U>, только в течение временного интервала 19, когда переключатель 16 разомкнут. Напряжение Ц на входном порте усилителя показано в зависимости от времени на диаграмме на фиг.2 и непосредственно под этой диаграммой показаны соответствующие периоды S замеров и периоды Н блокировки схемы выборки-хранения. Относительно низкое напряжение U> является термоэлектродвижущей силой, вырабатываемой в короткие временные интервалы 19, когда переключатель 16 разомкнут, Как показано на фиг,1, два спал 4 и 6 связаны теплопроводностью с внутренней частью трубки 8, На фиг,З показаны температуры на спаях 4, 6 в виде сплошной кривой линии на диаграмме, когда скорость поfOK3 жидкости или газа в трубке равна нулю. Протекающая жидкость (газ) снижает перепад температур между двумя,спаями, когда скорость потока отличается от нуля. Ненулевая скорость потока выражается в температурной кривой, показанной пунктирной линией. Чем выше будет ток, тем ниже будет достигаемый перепад температур. Поэтому перепад температур может использоваться как мера скорости потока внутри трубки 8.

Работа расходомера, изображенного на фиг.4, практически не отличается от вышеописанной.

Сплошная кривая на графике фиг.5 показывает температуру жидкости или газа внутри трубки 8 при скорости потока, равной нулю. Температура на холодном спае

2003945 ника для пробника в противоположность аналогичному известному пробнику, где перепад температур между двумя спаями вызывается нагревательным элементом, расположенным на одном спае. Известный нагревательный элемент требует отдельной подачи напряжения по отдельным провод. никам. (56) Патент США N. 3485099, кл. G 01 F 1/00, 1967.

Формула изобретения,30

1. РАСХОдОМЕР, содержащий уста- . но в виде тай еРа, первый выход котоРого ,соединен с. переключателем, а второй - с новленные последовательно в направлевторым входом схемы выборки-хранения. нии потока среды спаи первой и второй термопар, соединенных между собой пер- 35: 4 "асходомер по п.1, отличающийся выми электродами, выполненными из оди- тем что вторичныи р боР и УпРавлЯющее накового материала, вторые электроды устройство выполнены по схеме аналогокоторых соединены с входами усилителя,,цифрового преобразователя, соединенного источник электрического питания, первый «ep»M входом микропроцессора, второй, выход которого связан с вторым электро- 40 вход котоРого соединен с генератором дом второй термопары, а второй выход яв- синхронизирующих импульсов, первый вы-( ляется выходом с положительным ход соединен с пеРеключателем, а второй . направленным тока, переключатель, управ- выход является выходом BTopN Hom flpM-, ляющее устройство и вторичный прибор; бора первый вход которогосоединен с выходом 45 5. Расходомер по п.1, отличающийся усилителя; отличающийся тем, что источ- тем, что спаи первой и второй термопар ник электрического питания выполнен в снабжены наконечниками, выполненными виде источника постоянного тока, при этом из теплопроводящего материала. второй выход источника питания связан с 6. Расходомер по п.5, отличающийся вторым электродом первой термопары, а 50 тем, что первый электрод второй термопапереключатель установлен на входе источ- Ры выполнен в виде спирали, образующей ника постоянного тока. тепловой контакт с наконечником второй

2. Расходомер по п.1, отличающийся термопары. тем, что вторичный прибор выполнен по 7. Расходомер по п.1, отличающийся схеме выборки-хранения. тем, что первые электроды термопар вы3. Расходомер no n.2, отличающийся полнены из константана, а вторые- из метем, что управляющее устройство выполне- ди, определяется уравнением То - Т1 = l4 1к, и температура Тг на горячем спае будет определяться уравнением

Т2 To = Ка к+ K5(R lê2), где Ка является. постоянной, зависимой от 5 вида используемой термопары и тепловых условий из места измерения; К вЂ” вторая постоянная, зависимая от тепловых условий вокруг стержня 7; R — сопротивление по длине проволоки из константана, образую- 10 щей нагревательный элемент вокруг стержня 7. Скорость потока, превышающая нуль, ведет к уменьшению перепада температур (см. пунктирную кривую), Как следствие этого и подобно предыдущему примеру, пере- 15 пад температур, достигнутый между двумя спаями, пропорционален скорости потока.

Вторичная измерительная схема в этом варианте может быть идентичной схеме на фиг.1. Пробник, показанный на фиг,4, явля- 20 ется более чувствительным, чем пробник на фиг.1. Он также требует только двух проводников между пробником и измерительной схемой, На измерительную жидкость подается меньше тепловой энергии, чем в изве- 25 стном расходомере.

Описанный расходомер является выгодным, так как требует только два проводОсобое преимущество расходомера в том, что общая подача тепловой энергии на поток протекающей среды, равна нулю, т.е. один спай охлаждается настолько, насколько нагревается другой.

Расходомер согласно изобретению может использоваться во. многих областях. Он может быть очень небольшим и поэтому приемлемым для использования в медицине. Высоковзрывоопасные зоны представляют другую потенциальную область использования, потому что пробник сам по себе питается очень низким напряжением, а измерительная электронная схема может располагаться эа пределами высоковзрывоопасной зоны.

2003945

2003945

2003945

Составитель Н. Бурбело

Редактор Т, Лошкарева Техред М.Моргентал Корректор О. Густи

Тираж Подписное

НПО "Поиск", Роспатента

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

Заказ 3321

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101