RU1746U1

RU1746U1 - HEAT FLOW METER

Info

Publication number: RU1746U1
Application number: RU94023798/28U
Authority: RU
Inventors: А.Ю. Иваненко; А.Н. Камразе
Original assignee: Акционерное общество закрытого типа - Научно-производственное предприятие "Фрактал"
Priority date: 1994-06-22
Filing date: 1994-06-22
Publication date: 1996-02-16

Abstract

ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР, содержащий корпус, трубку для пропускания газа с расположенными на ней нагревателем и двумя терморезисторами, расположенными по обе стороны нагревателя и образующими с двумя постоянными резисторами мостовую измерительную схему, источник питания нагревателя, источник питания мостовой измерительной схемы и измерительный усилитель, отличающийся тем, что нагреватель подключен к выходу стабилизированного источника питания, а мостовая измерительная схема подключена к входу измерительного усилителя, выход которого через переменный резистор подключен к входу источника питания мостовой измерительной схемы.THERMAL FLOW METER, comprising a housing, a gas transmission pipe with a heater located on it and two thermistors located on both sides of the heater and forming a bridge measurement circuit with two constant resistors, a heater power supply, a bridge measurement power supply and a measuring amplifier, characterized in that the heater is connected to the output of the stabilized power source, and the bridge measuring circuit is connected to the input of the measuring amplifier, the output of which is Res variable resistor connected to the input power source of the measuring bridge circuit.

Description

Изобретение относится к измерению расхода жидкостей и газов и может быть использовано в химической, нефтяной, нефтегазовой и других отраслях промышленности.The invention relates to measuring the flow rate of liquids and gases and can be used in the chemical, oil, oil and gas and other industries.

Известные тепловые расходомеры содержат трубопровод с расположенными на нем нагревателем и термочувствительными элементами, установленными до и после нагревателя, измерительную схему. Измерение расхода в известных устройствах осуществляется с подводом к нагревателю постоянной мощности и измерением разности температур термочувствительных элементов или с поддержанием постоянной разности температур и измерением мощности, расходуемой на нагрев Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. М-Л, Машиностроение, 1975, глава 19.Known heat flow meters contain a pipeline with a heater located on it and heat-sensitive elements installed before and after the heater, a measuring circuit. The flow measurement in known devices is carried out with a constant power supply to the heater and measuring the temperature difference of the thermosensitive elements, or maintaining a constant temperature difference and measuring the power spent on heating Kremlevsky P. Flow meters and quantity counters. ML, Engineering, 1975, chapter 19.

В частности, известен тепловой расходомер газа,In particular, a heat gas flow meter is known,

).)

содержащий теплоизоляционный корпус, трубцсу для пропусканияcontaining heat-insulating casing

у-.-- . , i .-.y.--. , i .-.

измеряемого потока газа и расположенный на ней нагреватель и терморезисторы, включенные в измерительную схему авт. св-во СССР No , кл. G01F1/00,1974 .the measured gas flow and the heater and thermistors located on it, included in the measuring circuit ed. USSR Union No, cl. G01F1 / 00.1974.

Недостатком этого расходомера является нелинейность градуировочных характеристик.The disadvantage of this flow meter is the nonlinearity of the calibration characteristics.

Известен тепловой расходомер газа, содержащий теплоизоляционный корпус и трубку для пропускания газа с расположенными на ней нагревателем и двумя терморезйсторами, расположенными на трубке по обе стороны от нагревателя и включенными в мостовую схему, два других плеча которой образованы постоянными резисторами. Питание мостовой схемы и нагревателя осуществляется от источников напряжения пат. США No 2586060, кл.73-202,опубл. 1952.A known gas flow meter comprising a heat-insulating casing and a tube for passing gas with a heater located on it and two thermoresistors located on the tube on both sides of the heater and included in the bridge circuit, the other two arms of which are formed by constant resistors. The power supply of the bridge circuit and the heater is carried out from voltage sources pat. USA No. 2586060, cl. 73-202, publ. 1952.

Такой расходомер имеет нелинейную градуировочную характеристику. Нелинейность градуировочных характеристик известного расходомера объясняется тем, что при увеличении расхода газа происходит снижение температуры терморезисторов и нагревателя, что приводит к уменьшению чувствительности расходомера и, следовательно, к искривленроо градуировочнойSuch a flow meter has a nonlinear calibration characteristic. The nonlinearity of the calibration characteristics of the known flow meter is explained by the fact that with an increase in gas flow, the temperature of the thermistors and heater decreases, which leads to a decrease in the sensitivity of the flow meter and, therefore, to a distorted calibration

-ь 5 5

характеристики. Второй причиной нелинейности градуировочных характеристик является нелинейное распределение потока через байпасный канал и трубку с обмотками расходомера.specifications. The second reason for the nonlinearity of the calibration characteristics is the nonlinear distribution of the flow through the bypass channel and the tube with the flowmeter windings.

Известен расходомер, содержащий теплоизоляционный корпус и трубку для пропускания газа с расположенными на ней нагревателем и двумяргерморезисторами, расположенными на трубке по обе стороны от нагревателя и включенными в мостовую схему, два других плеча которой образованы постоянными резисторами, содержит также измерительный усилитель, включенный в измерительную диагональ мостовой схемы и источник тока, вход которого через переменный резистор соединен с выходом измерительного усилителя, а выход - с нагревателем авт. св-во No 1108331, кл. G01F1/68, 1981.A known flowmeter containing a heat-insulating casing and a tube for passing gas with a heater and two hermetic resistors located on it located on the tube on both sides of the heater and included in the bridge circuit, the other two arms of which are formed by constant resistors, also contains a measuring amplifier included in the measuring diagonal bridge circuit and a current source, the input of which is connected through an alternating resistor to the output of the measuring amplifier, and the output to the heater St. No 1108331, class G01F1 / 68, 1981.

На фиг.1 представлена схема расходомера, на фиг.2 градуировочные характеристики расходомера при различных значениях температуры перегрева.Figure 1 presents the flowmeter diagram, figure 2 calibration characteristics of the flow meter for various values of the superheat temperature.

Как показали исследования, градуировочные характеристики тепловых расходомеров зависят от начальной температуры перегрева терморезисторов и нагревателя относительно окружающей среды при отсутствии расхода газа (Т). Температура перегрева определяется подводимой и отбираемой от терморезисторов и нагревателя мощностью. Подводимая мощность прямо пропорциональна квадрату тока через нагреватель. Отбираемая мощность определяется величиной расхода газа. В результате этого градуировочные характеристики расходомера при постоянном токе через нагреватель описываются функциями в виде:Studies have shown that the calibration characteristics of heat flow meters depend on the initial temperature of the superheat of the thermistors and the heater relative to the environment in the absence of gas flow (T). The superheat temperature is determined by the power input and taken from the thermistors and the heater. The input power is directly proportional to the square of the current through the heater. The power taken is determined by the gas flow rate. As a result of this, the calibration characteristics of the flow meter at constant current through the heater are described by functions in the form of:

Если увеличить ток через нагреватель пропорционально увеличению расхода газа, то рабочая точка расходомера будетIf you increase the current through the heater in proportion to the increase in gas flow, then the operating point of the flow meter will be

переходить с одногозначения лТх до другого жТГ , Тз и т.д. (фиг.2), что приведет к линеаризации градуировочной характеристики.go from one value lTx to another zTG, Tz, etc. (figure 2), which will lead to the linearization of the calibration characteristics.

которой{расположвны первый 3 и в.торой 4 терморезисторы и нагреватель 5. Терморезисторы 3 и 4 образуют два плеча мостовой схемы, двумя другими плечами которой являются постоянные резисторы б. Мостовая схема питается от источника 7 напряжения.Измерительная диагональ мостовой схемы подключена к входам измерительного усилителя 8, выход которого через переменный резистор 9 подключен к входам источника 10 тока, управляемого напряжением с измерительного усилителя. К выхода источника 10 тока подключен нагреватель 5.which {the first 3 and the second 4 are thermistors and heater 5. The thermistors 3 and 4 form two arms of the bridge circuit, the other two arms of which are constant resistors b. The bridge circuit is powered by a voltage source 7. The measuring diagonal of the bridge circuit is connected to the inputs of the measuring amplifier 8, the output of which through a variable resistor 9 is connected to the inputs of the current source 10, which is controlled by the voltage from the measuring amplifier. A heater 5 is connected to the output of the current source 10.

Расходомер работает следующим образом: при отсутствии расхода газа через терморезисторы 3 и 4 и нагреватель 5 проходят токи, задаваемыми источником 7 напряжения иThe flowmeter works as follows: in the absence of gas flow through the thermistors 3 and 4 and the heater 5 pass currents specified by the voltage source 7 and

источником 10 тока. Проходящие токи разогревают нагреватель до температуры на 60-70 С больше температуры среды и10 current source. Passing currents heat the heater to a temperature of 60-70 C more than the temperature of the medium and

термосопротивления до температуры на 20-30 С больше температуры среды. При отсутствии расхода газа температуры первого и второго терморезисторов одинаковы. Мост сбалансирован, и входной сигнал с измерительного усилителя 8 равен О.thermoresistance to a temperature of 20-30 C more than the temperature of the medium. In the absence of gas flow, the temperatures of the first and second thermistors are the same. The bridge is balanced, and the input signal from the measuring amplifier 8 is equal to O.

Когда появляется поток газа, то первый терморезистор 3 охлаждается газом, а второй терморезистор 4 нагревается газом, так как на него поступает газ, нагретый в области нагревателя 5.When a gas flow appears, the first thermistor 3 is cooled by gas, and the second thermistor 4 is heated by gas, since it receives gas heated in the region of the heater 5.

Изменение температуры терморезисторов 3 и 4 приводит к изменению величины их сопротивления, вызывающей разбаланс мостовой схемы и приводит к появлению выходного сигнала на выходе измерительного усилителя 8. Если бы движок резистора 9 находился точно посередине, то выходной ток источника 10 тока не изменялся бы и происходило бы снижение температуры нагревателя, приводящее к нелинейности градуировочной характеристики. Но положение движка резистора 9 выбирается при регулировке расходомера таким, что увеличение выходного напряжения измерительного усилителя 8 вызывает увеличение тока нагревателя, что компенсирует отбираемую газом мощность от нагревателя.Changing the temperature of thermistors 3 and 4 leads to a change in their resistance, causing an imbalance in the bridge circuit and leads to the appearance of an output signal at the output of the measuring amplifier 8. If the resistor 9 engine was exactly in the middle, the output current of the current source 10 would not change and would occur decrease in heater temperature, leading to non-linearity of the calibration characteristic. But the position of the resistor 9 engine is selected when the flowmeter is adjusted so that an increase in the output voltage of the measuring amplifier 8 causes an increase in the heater current, which compensates for the power taken by the gas from the heater.

fc fc

о about

8 увеличивается линейно с увеличением расхода газа.8 increases linearly with increasing gas flow.

Линеаризация градуировочной характеристики позволяет упростить и сделать более удобной эксплуатацию расходомеров. Нелинейность расходомеров не более 2%.The linearization of the calibration characteristic allows us to simplify and make more convenient the operation of flowmeters. Non-linearity of flowmeters no more than 2%.

Но недостатком этого расходомера является увеличение погрешности измерения, вызванное тем, что при изменении температуры нагревателя изменяются теплофизические свойства газов, соответственно меняется и градуировочная характеристика приборов. То есть изменение мощности нагревателя, применяемое для линеаризации градуировочной характеристики приводит к уменьшению точности измерения.But the disadvantage of this flow meter is the increase in measurement error, due to the fact that when the temperature of the heater changes, the thermophysical properties of the gases change, and the calibration characteristic of the devices changes accordingly. That is, the change in heater power used to linearize the calibration curve results in a decrease in measurement accuracy.

Кроме того, ухудшаются динамические характеристики расходомера, так как начинает сказываться тепловая инерционность нагревателя и трубки.In addition, the dynamic characteristics of the flowmeter are deteriorating, since the thermal inertia of the heater and the tube begins to affect.

Линеаризация градуировочной характеристики расходомера при постоянной мощности нагревателя позволит уменьшить погрешность измерения и улучшить динамические характеристики расходомера.The linearization of the calibration characteristics of the flowmeter at a constant heater power will reduce the measurement error and improve the dynamic characteristics of the flowmeter.

Эта техническая задача решается тем, что линеаризуют градуировочную характеристику расходомера путем изменения напряжения питания неуравновешенной мостовой схемы в зависимости от ее выходного сигнала.This technical problem is solved by linearizing the calibration characteristic of the flowmeter by changing the supply voltage of an unbalanced bridge circuit depending on its output signal.

Для этого в тепловом расходомере, содержащем теплоизоляционный корпус, трубку для пропускания газа с расположенными на ней нагревателем и двумя терморезисторами, расположенными на трубке по обе стороны от нагревателя и образующие с двумя постоянными резисторами мостовую измерительную схему, нагреватель питается постоянным током, так как подключен к стабили. :зированному источнику питания, а мостовая схема подключена к входу измерительного усилителя, выход которого через переменный резистор подключен к входу источника питания мостовой измерительной схемы и управляет его выходным напряжением.To do this, in a heat flow meter containing a heat-insulating casing, a gas transmission tube with a heater located on it and two thermistors located on the tube on both sides of the heater and forming a bridge measuring circuit with two constant resistors, the heater is supplied with direct current, since it is connected to stab. : a connected power source, and the bridge circuit is connected to the input of the measuring amplifier, the output of which through a variable resistor is connected to the input of the power source of the bridge measuring circuit and controls its output voltage.

На фиг.З представлена схема расходомера, на фиг.4 градуировочная характеристика расходомера.In Fig.3 presents a diagram of the flow meter, in Fig.4 calibration characteristic of the flow meter.

f f

- t/ - - t / -

которой расположены первый 3 и второй 4 терморезисторы и нагреватель 5, терморезисторы 3 и 4 образуют два плеча мостовой измерительной схемы, двумя другими плечами которой являются постоянные резисторы 6 и 7, мостовая схема подключена к входу измерительного усилителя 8, выход которого через переменный резистор 9 подключен к входу источника питания мостовой схемы 10. Нагреватель 5 подключен к выходу стабилизированного источника питания 11.of which the first 3 and second 4 thermistors and heater 5 are located, the thermistors 3 and 4 form two arms of the bridge measurement circuit, the other two arms of which are constant resistors 6 and 7, the bridge circuit is connected to the input of the measuring amplifier 8, the output of which is connected through a variable resistor 9 to the input of the power source of the bridge circuit 10. The heater 5 is connected to the output of the stabilized power source 11.

Расходомер работает следующим образом: проходящий ток разогревает нагреватель до температуры большей температуры среды, тепло от нагревателя распостраняется по трубке в обе стороны одинаково, поэтому при отсутствии расхода температуры терморезисторов 3 и 4 равны. При этом вых одной сигнал неуравновешенной мостовой схемы равен О.The flowmeter works as follows: the passing current heats the heater to a temperature higher than the medium temperature, the heat from the heater is distributed along the tube in both directions equally, therefore, in the absence of flow, the temperature of thermistors 3 and 4 are equal. In this case, the output of one signal of an unbalanced bridge circuit is 0.

При появлении потока температуры терморезисторов 3 и 4 будут уменьшаться, так как температура потока меньше температуры стенки. Но температура первого по ходу потока терморезистора 3 будет уменьшаться сильнее чем второго терморезистора 4, так как ко второму терморезистору подходит поток, нагревшийся от трубки. Это приводит к разбалансу мостовой схемы и появлению выходного сигнала U вых.. Полученный выходной сигнал поступает на измерительный прибор и на переменный резистор, выходное напряжение которого служит для управления источника питания мостовой измерительной схемы.When a flow appears, the temperature of thermistors 3 and 4 will decrease, since the flow temperature is less than the wall temperature. But the temperature of the first in the flow direction of the thermistor 3 will decrease more than the second thermistor 4, since the stream heated from the tube is suitable for the second thermistor. This leads to an imbalance of the bridge circuit and the appearance of the output signal U o .. The resulting output signal is sent to the measuring device and to a variable resistor, the output voltage of which serves to control the power source of the bridge measuring circuit.

Таким образом, с увеличением напряжения питания мостовой измерительной схемы U пит., рабочая точка расходомера будет переходить с меньшего значения U вых. на большее, что приведет к линеаризации градуировочной характеристики расходомера.Thus, with an increase in the supply voltage of the bridge measuring circuit U feed., The working point of the flow meter will move from a lower value of U o. for more, which will lead to the linearization of the calibration characteristics of the flow meter.

/i/ 9dJSf y / i / 9dJSf y

Claims

THERMAL FLOW METER, comprising a housing, a gas transmission pipe with a heater located on it and two thermistors located on both sides of the heater and forming a bridge measurement circuit with two constant resistors, a heater power supply, a bridge measurement power supply and a measuring amplifier, characterized in that the heater is connected to the output of the stabilized power source, and the bridge measuring circuit is connected to the input of the measuring amplifier, the output of which is Res variable resistor connected to the input power source of the measuring bridge circuit.