Устройство для измерения расхода газа

 

Изобретение относится к измерительной технике, к измерению массового расхода газа с помощью тепловых расходомеров газа. Устройство для измерения расхода газа содержит корпус, измерительный газопровод с расположенным в нем проволочным нагреваемым электрическим током теплочувствительным элементом. Наружные стенки газопровода теплоизолированы от влияния внешней среды, в стенке газопровода расположено оптическое окно. Регистрация спектральной энергетической светимости поверхности теплочувствительного элемента производится преобразователем оптического излучения через оптическое окно. Достигаемым техническим результатом является уменьшение влияния температур входящего газа и внешней среды на показания расходомера, упрощение конструкции при одновременном повышении чувствительности и надежности устройства. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно - к измерению массового расхода газа и к устройству тепловых расходомеров газа, предназначенных для использования в системах контроля и регулирования в диапазоне расходов 0-300 мг/с при широком варьировании входной температуры газа и температуры внешней среды.

Известны способ измерения расхода газа и тепловые расходомеры, основанные на учете эффекта теплового воздействия на среду [1].

Такие расходомеры содержат корпус, трубопровод с расположенными на нем нагревателем и терморезистором, включенным в мостовую схему.

Измерение температуры рабочего газа в таких расходомерах приводит к появлению дополнительной температурной погрешности, обусловленной величиной входной температуры газа и температуры внешней среды.

Эта дополнительная температурная погрешность уменьшена в тепловых расходомерах, в которых влияние изменения температуры входного газа частично компенсируется электронными устройствами, вырабатывающими компенсирующий сигнал как функцию температуры входящего газа [2].

Известен тепловой расходомер [3], принятый как прототип, содержащий корпус, измерительный газопровод с расположенным в нем проволочным нагреваемым теплочувствительным элементом (ТЧЭ) и средствами автоматики для поддержания температуры ТЧЭ постоянной и отслеживания величины напряжения на нем, характеризующей расход газа.

Известный способ измерения расхода газа заключается в том, что нагреваемый ТЧЭ помещается в поток газа, который охлаждает его, а для поддержания температуры ТЧЭ постоянной (на уровне - 470-570 К), увеличивают напряжение на нем, которое и характеризует расход.

Недостатками прототипа являются: влияние изменений температуры входящего газа и температуры внешней среды на показания расходомера, что требует наличия соответствующих средств компенсации в расходомере, сложность конструкции из-за наличия средств автоматики и недостаточная надежность.

Целью настоящего изобретения является исключение влияний температур входного газа и внешней среды на показания расходомера; обеспечение его безинерционности; упрощение конструкции и повышение ее надежности.

Указанная цель достигается тем, что, как и в известном способе измерения расхода газа, теплочувствительный элемент помещается в охлаждающий его поток газа, но нагрев ТЧЭ осуществляется до высокой (порядка 1200 К) температуры, а значение расхода газа определяется по величине спектральной энергетической светимости поверхности высокотемпературного ТЧЭ, регистрируемой бесконтактным способом с помощью преобразователя оптического облучения (ПОИ).

На чертеже изображен общий вид предложенного устройства измерения расхода газа. Оно содержит: нагретый до высокой температуры (≈ 1200 К) теплочувствительный элемент (проволочная спираль) - излучатель 1; корпус - газопровод 2 с оптически прозрачным окном 3; токоподводы 4; преобразователь оптического излучения 5 (ПОИ).

Устройство работает следующим образом. Подаваемый по газопроводу газ обтекает расположенный на расстоянии ≈ 0,8-0,9 длины газопровода от входного сечения теплочувствительный элемент, нагретый проходящими по нему электрическим током до температуры 1200 К, и уходит через выходное сечение газопровода в газовую систему подачи. Значительный перегрев высокотемпературного ТЧЭ относительно температуры газа, которую он приобрел при конвективном взаимодействии со стенками газопровода, нагретыми излучением от ТЧЭ, позволяет стабилизировать процесс теплоотдачи на поверхности ТЧЭ и тем самым исключить влияние температуры газа, которой он обладал на входе в устройство. Влияние температуры внешней среды исключается теплоизоляцией наружных стенок газопровода, нагреваемых изнутри излучением от ТЧЭ. Регистрация спектральной плотности энергетической светимости ТЧЭ осуществляется через оптическое окно в стенке газопровода преобразователем оптического излучения (ПОИ).

Таким образом, перегрев спирали-излучателя относительно температуры газа, подогрев газа стенками газопровода, теплоизолированного от влияния внешней среды, позволяют практически полностью исключить влияние на показания помехосоздающих факторов (температур входного газа и внешней среды), а бесконтактная регистрация спектральной энергетической светимости поверхности ТЧЭ, определяемой температурой именно поверхности ТЧЭ, а не его среднеобъемной температурой, обеспечивает безинерционность устройства, т.к. инерционность ПОИ составляет пренебрежимо малую величину ≈ 10^-6 с.

В сравнении с прототипом конструкция устройства значительно упрощена. Одновременно обеспечены высокие точность, чувствительность и надежность, т. к. рабочая и измерительная цепи при бесконтактном способе регистрации информативного сигнала разъединены и в устройстве не используются следящеконтролирующие электронные схемы с обратными связями для поддержания температуры ТЧЭ постоянной и отслеживания величины напряжения на нем.

Литература 1. Коротков П.А. и др. Тепловые расходомеры. - Л.: Машиностроение, 1969.

2. Пат. ФРГ N 2929427, МКИ G 1 F 1/68.

3. Пат. Франции N 2459962, МКИ G 01 F 1/68.

Формула изобретения

Устройство для измерения расхода газа, содержащее корпус, измерительный газопровод с расположенным в нем проволочным нагреваемым электрическим током теплочувствительным элементом, отличающееся тем, что наружные стенки газопровода теплоизолированы от влияния внешней среды, в стенке газопровода расположено оптическое окно, через которое производится регистрация спектральной энергетической светимости поверхности теплочувствительного элемента преобразователем оптического излучения.

РИСУНКИ

Рисунок 1