CN2036660U - 热电阻流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型为利用被加热物体的冷却率来求流速的流量仪表。组成电桥两个臂的热电阻都由铜丝绕制并由电热元件[16]进行旁热。流体自导流管[21]上的流入孔[22]进入而自流出孔[23]流出，补偿元件[13-2]周围的介质仍处于静止状态，由电桥输出电阻得到流体流速。本实用新型与现有的热线风速计相比，其主要优点是特别适用于工矿企业中液体或气体的大流量计量。该流量计体积小重量轻成本低，使用方便费用省。

Description

本实用新型为热式流量计，即一种利用热量的变化来测得介质流量的流量仪表。

热式流量计按原理可分为两大类：

a.利用被加热物体的冷却率和流速的关系，由测量被加热物体的温度来求流速。

b.利用加热流体时使温度上升所需要的能量和流量之间的关系来求质量流量。

现有技术中，前一类热式流量计为热线风速计，其原理是用电流直接对放置在流动流体中的金属热线或热敏电阻进行加热，采用恒定电阻法或恒定电流法，把金属热线或热敏电阻作为惠斯登电桥的一臂接入测量线路，并由放大器把电桥的不平衡电压放大。无论是金属热线还是热敏电阻，都采用铂丝或钨丝制作，其温度与阻值间的线性关系较差，因而需采用较为复杂的电子线路进行补偿。此外，热线风速计虽动态响应好，但只能测量局部流速。可见热线风速计不适用于工矿企业的大流量计量。同时它也极少用于液体流速的测量，主要用于测量瞬变的风速。

本实用新型的目的在于为工矿企业中液体或气体的大流量计量提供一种利用被加热物体的冷却率来求流速的流量仪表，并且要求其成本低，使用方便。

本实用新型的技术方案见图1和2。处于流动流体中的热电阻〔13－1〕和处于静止流体中的热电阻〔13－2〕组成惠斯登电桥的两个臂，两个热电阻的阻值相同。电阻〔24－1〕和电阻〔24－2〕组成电桥的另外两个臂，这两个电阻的阻值也相同。图1中虚线框内为二次仪表中的电路。热电阻〔13－1〕和〔13－2〕分别由两个电热元件〔16〕进行旁热式加热。由于加热是旁热式，因而加热电源可直接采用220V交流电。两个热电阻均使用铜电阻丝绕制。铜丝不但比铂丝、钨丝价廉，而且在一定温度范围内，其阻值与温度的关系基本上是线性的，即

R_t＝R₀·（1＋αt） （1）

式中        Rt——t℃时铜电阻丝的阻值，Ω；

R₀——0℃时铜电阻丝的阻值，Ω；

α——铜电阻的温度系数，1／℃。

当流体处于静止状态时，

R_13－1R_24－2＝R_13－2R_24－1（2）

桥路平衡，输出为零。

而当流体从静止过渡到某一稳定流动状态后，由于流体自导流管〔21〕上的流入孔〔22〕进入而自流出孔〔23〕流出，处于导流管〔21〕内的热电阻〔13－1〕的热量被流体带走了一部分，因而温度降低阻值减少。位于补偿器外套〔18〕内的热电阻〔13－2〕是介质温度补偿元件，其周围的流体介质虽通过补偿器外套上逆流向的背孔〔19〕而与管道〔25〕内的流体相通，但仍处于静止状态。因此桥路失衡，有一阻值ΔRt输出：

Rt_3－1＝R₀（1＋αt₁） （3）

Rt_13－2＝R₀（1＋αt₂） （4）

（4）式减去（3）式得：

ΔRt＝R₀α（t₂－t₁） （5）

式中 t₁——Rt_13－1的温度；

t₂－－Rt_13－2的温度。

这时，热电阻R_13－1和R_13－2被流体带走的热量分别为：

Q₁＝（C＋C₁ $\sqrt{U}$ ）（t₁－t₀₁） （6）

Q₂＝C（t₂－t₀₂） （7）

式中 Q₁，Q₂——热电阻被流体带走的热量；

U－流体流速；

t₀₁——R_13－1所处的介质温度；

t₀₂——R_13－2所处的介质温度；

C、C₁——常数。

（7）式减去（6）式得：

Q₂－Q₁＝ΔQ＝C〔（t₂－t₁）－（t₀₂－t₀₁）〕－C₁ $\sqrt{U}$ ·（t₁－t_3－1），

$\sqrt{U}=\frac{{\mathrm{C\; 〔(t}}_2{\mathrm{-\; t}}_1{\mathrm{)\; -\; (t}}_{\mathrm{02}}{\mathrm{-\; t}}_{\mathrm{01}}\mathrm{)〕\; -\; △Q}}{C_1{\mathrm{(t}}_1{\mathrm{-\; t}}_{\mathrm{01}})}$

把（5）式代入，则

$\sqrt{U}=\frac{\mathrm{C\; 〔}\frac{{\mathrm{△R}}_t}{\mathrm{R·\alpha }}{\mathrm{-\; (t}}_{\mathrm{02}}{\mathrm{-\; t}}_{\mathrm{01}}\mathrm{)〕\; -\; △Q}}{C_1{\mathrm{(t}}_1{\mathrm{-\; t}}_{\mathrm{01}})}\mathrm{(8)}$

一旦被测流体的具体种类确定，则对其某一流速U，两个热电阻被流体带走的热量的差ΔQ便是确定的。这样，对每一种具体的流体就可用试验办法来标定流速U与输出电阻ΔRt之间的关系。仪表使用时，便可根据标定由ΔRt得U，从而得出流体的容积流量Q或质量流量M：

Q＝SU        M＝ρQ

式中        S——流体管道的截面积；

ρ——流体的密度。

本实用新型体积小、重量轻，成本低，能用交流市电加热，使用方便费用省。输出电信号大，因此受外界干扰小。仪器本身具有温度自动偿功能，易于保证测量精度。本实用新型与现有的热线风速计相比，其主要优点是特别适用于工矿企业中液体或气体的大流量计量。

图1为电原理图。图2为结构原理图。图3为实施例机芯总结构图。图4为实施例整机外形图。

实施例：见图3给出的机芯总结构，两个热电阻及其相应的电热元件的结构和电学参数完全相同，二者的轴线平行呈对称配置。在空心瓷管〔17〕的外周绕有电热丝〔16〕，其功率视需要而定，以220V交流电作为电热丝电源。电热丝外面套有瓷管或耐温玻璃管〔15〕，〔15〕的外面又紧套有金属管（如钢管、铜管等）〔14〕。金属管的外边涂布一层薄薄的绝缘物质（如环氧树脂等）后，再双线绕上铜电阻丝〔13〕，绕完后再涂上一层保护物质（树脂等）形成壳层〔12〕以保护电阻丝。导流管〔21〕的壁上，迎着流向开有一排流入孔〔22〕而在背后开有两排流出孔〔23〕。补偿器外套〔18〕的壁上逆流向开有一排背孔〔19〕。背孔〔19〕的孔径及孔距与流入孔〔22〕相同。用耐温橡胶板〔11〕固定电阻体并隔热，用下接板〔20〕固定导流管和补偿器外套，并通过〔20〕使机芯下半部与机芯固定板〔10〕相联接。〔9〕是橡胶垫片。通过上接环〔8〕使机芯上半部与机芯固定板〔10〕相联接，上机芯外套〔4〕与上接环由螺纹联接。机芯由法兰〔3〕与整机外壳联接。〔2〕是引线开口螺管。〔1〕是手柄。在液体管道拆换时，用抓起（专用工具）抓住〔1〕（以防高压液体将机芯冲出）把机芯从管道及整机外壳中拉出或插进。〔5〕为接线螺栓，〔6〕为接线板，〔7〕为接线板座。该实施例的整机外形见图4。

瓷管〔17〕的外径为3mm。电阻丝〔16〕的线径为0.1～0.5mm。耐温玻璃管〔15〕外径7mm。金属管〔14〕外径9mm。铜电阻丝〔13〕的线径0.1～0.2mm。树脂壳层〔12〕的厚度为0.2～0.5mm。流入孔〔22〕和流出孔〔23〕的直径均为3～6mm，它们各自的孔距分测液体和气体两种规格，测液体时孔距为10～20mm，测气体时孔距不大于10mm。

Claims (6)

1、一种利用被加热物体的冷却率来求流速的热电阻流量计，其特征在于：

a.处于流动流体中的热电阻[13-1]和处于静止流体中的热电阻[13-2]组成惠斯登电桥的两个臂，两个热电阻的阻值相同，电阻[24-1]和电阻[24-2]组成电桥的另外两个臂，这两个电阻的阻值也相同。

b.热电阻[13-1]和[13-2]分别由两个电热元件[16]进行旁热式加热，两个热电阻都用铜电阻丝绕制，

c.热电阻[13-1]处于导流管[21]内，热电阻[13-2]处于补偿器外套[18]内，流动流体自导流管[21]上的流入孔[22]进入而自流出孔[23]流出，补偿器外套上有逆流向的背孔[19]。

2、如权利要求1所述的热电阻流量计，其特征在于电热元件〔16〕由220V交流电加热。

3、如权利要求2所述的热电阻流量计，其特征在于：两个热电阻及其相应的电热元件的结构和电学参数完全相同，二者的轴线平行呈对称配置，在空心瓷管〔17〕的外周绕有电热丝〔16〕，电热丝外面套有瓷管或耐温玻璃管〔15〕，〔15〕的外面又紧套有金属管〔14〕，〔14〕的外面涂布绝缘物质薄层后，再双线绕上铜电阻丝〔13〕，绕完后再涂上一层保护物质形成壳层〔12〕，导流管〔21〕的壁上，迎流向开有一排流入孔〔22〕而在背后开有两排流出孔〔23〕，补偿器外套的壁上逆流向开有一排背孔〔19〕，〔19〕的孔径及孔距与〔22〕相同，用耐温橡胶板〔11〕固定电阻体并隔热，用下接板〔20〕固定导流管和补偿器外套，并通过〔20〕使机芯下半部与机芯固定板〔10〕联接，由上接环〔8〕使机芯上半部与机芯固定板联接，上机芯外套〔4〕与上接环由螺纹联接，机芯由法兰〔3〕与整机外壳联接。

4、如权利要求3所述的热电阻流量计，其特征在于：瓷管〔17〕的外径为3mm，电热丝〔16〕的线径为0.1～0.5mm，耐温玻璃管〔15〕外径7mm，金属管〔14〕外径9mm，铜电阻丝〔13〕的线径0.1～0.2mm，树脂壳层〔12〕的厚度为0.2～0.5mm，流入孔〔22〕和流出孔〔23〕的直径均为3～6mm。

5、如权利要求4所述的热电阻流量计，其特征在于：测液体时流入孔和流出孔的孔距为10～20mm。

6、如权利要求4所述的热电阻流量计，其特征在于：测气体时流入孔和流出孔的孔距不大于10mm。

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