RU2201580C2 - Device measuring small-scale flow rate of gas - Google Patents
Device measuring small-scale flow rate of gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2201580C2 RU2201580C2 RU99105505/28A RU99105505A RU2201580C2 RU 2201580 C2 RU2201580 C2 RU 2201580C2 RU 99105505/28 A RU99105505/28 A RU 99105505/28A RU 99105505 A RU99105505 A RU 99105505A RU 2201580 C2 RU2201580 C2 RU 2201580C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- gas
- heat
- conduits
- heaters
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерению массового расхода газа и к устройству тепловых расходомеров газа, предназначенных для использования в системах контроля и регулирования расхода газа в диапазоне 0-100 мг/с при широком варьировании входной температуры газа и температуры внешней среды. The invention relates to measuring technique, namely to measuring the mass flow of gas and to the device of heat gas flow meters intended for use in monitoring and control of gas flow in the range of 0-100 mg / s with a wide variation of the inlet gas temperature and the ambient temperature.
Известны тепловые расходомеры, основанные на учете эффекта теплового воздействия на среду [1]. Known heat flow meters based on taking into account the effect of thermal effects on the environment [1].
Такие расходомеры содержат корпус, трубопровод с расположенными (расположенным) на нем нагревателями (нагревателем) [2, 3]. Датчиками температуры на участках трубопровода, являющегося измерительным элементом (ИЭ), служат или сами нагреватели [2], или термодатчик, размещенный на выходном конце ИЭ [3]. Such flowmeters contain a housing, a pipeline with heaters (heater) located (located) on it [2, 3]. The temperature sensors in the sections of the pipeline, which is the measuring element (IE), are either the heaters themselves [2], or the temperature sensor located at the output end of the IE [3].
Для исключения влияния температуры окружающей среды корпус расходомера [2] термостатируется с помощью отдельного нагревателя. Корпус расходомера [3] теплоизолируется, причем теплоизолирующий участок снабжен устройством регулировки его температуры. To eliminate the influence of ambient temperature, the body of the flowmeter [2] is thermostatically controlled using a separate heater. The body of the flow meter [3] is insulated, and the insulating section is equipped with a device for adjusting its temperature.
Для уменьшения влияния температуры входящего в ИЭ газа термостатируемый корпус расходомера [2] снабжен теплообменником, протекая по которому газ прогревается до некоторой неконтролируемой температуры, необязательно равной температуре корпуса. To reduce the influence of the temperature of the gas entering the IE, the thermostatically controlled body of the flowmeter [2] is equipped with a heat exchanger, flowing through which the gas warms up to some uncontrolled temperature, not necessarily equal to the temperature of the body.
Влияние температуры газа, входящего в расходомер [4], частично компенсируется электронными устройствами, вырабатывающими компенсирующими сигнал как функцию температуры входящего газа. The influence of the temperature of the gas entering the flow meter [4] is partially compensated by electronic devices that generate a compensating signal as a function of the temperature of the incoming gas.
Известен тепловой расходомер, содержащий корпус, измерительный газопровод с расположенным в нем теплочувствительным элементом (ТЧЭ) с металлической проводимостью, средства автоматики для поддержания температуры ТЧЭ постоянной. Подаваемое на ТЧЭ напряжение характеризует расход газа [5]. Known heat flow meter containing a housing, a measuring gas pipe with a heat-sensitive element (TEC) located in it with metal conductivity, automation equipment to maintain the temperature of the TEC constant. The voltage supplied to the HSE characterizes the gas flow rate [5].
Общим недостатком расходомеров [2]-[5] является недостаточная чувствительность систем термостабилизации корпуса газопровода или ТЧЭ, обусловленная использованием датчиков с металлической проводимостью, обладающих малыми значениями температурного коэффициента сопротивления (ТКС). A common drawback of flow meters [2] - [5] is the insufficient sensitivity of the thermal stabilization systems of the gas pipeline body or TEC, due to the use of sensors with metal conductivity having low values of the temperature coefficient of resistance (TCR).
Известны расходомеры, содержащие корпус-газопровод с измерительным и компенсационным каналом (каналами), в которых расположены ТЧЭ-термисторы [6], пироэлектрические термодатчики [7]. Оба расходомера обладают весьма сложными отслеживающими тепловой режим системы электронными устройствами, что снижает надежность их работы. По числу совпадающих отличительных признаков тепловой расходомер [6] принят за прототип. Known flowmeters containing a gas pipeline body with a measuring and compensation channel (s), in which there are thermoelectric thermistors [6], pyroelectric temperature sensors [7]. Both flowmeters have very complex electronic devices that monitor the thermal regime of the system, which reduces the reliability of their operation. By the number of matching distinctive features, the heat flow meter [6] is adopted as a prototype.
Задачей настоящего изобретения является предложение и реализация наиболее простого устройства для измерения расхода газа, обеспечивающего, в то же время, автономность расходомера (т.е. независимость его показаний от значений температур входящего газа Твх и окружающей среды Тср), повышение его точности, чувствительности и надежности при одновременном расширении диапазона измерений массового расхода, газа.The present invention is the proposal and implementation of the simplest device for measuring gas flow, providing, at the same time, the autonomy of the flow meter (i.e. the independence of its readings from the values of the temperature of the incoming gas T I and the environment T cf ), increasing its accuracy, sensitivity and reliability while expanding the range of measurements of mass flow, gas.
Предлагаемое техническое решение изобретения состоит в том, что в известном способе измерения расхода газа, заключающемся в помещении нагретого ТЧЭ в охлаждающий его поток газа (см. [5], [6], [7]), для обеспечения автономности расходомера осуществляется термостабилизация газового потока на фиксированном температурном уровне Тп, независящем от Твх и Тср, с помощью нагревателей, мощность которых управляется другим ТЧЭ-термистором, идентичным измерительному ТЧЭ, и находящемся в компенсационном канале, идентичном рабочему каналу. Разделение газового потока на два одинаковых по расходу (G/2) и температуре (Тп) потока осуществляется с помощью газораспределительной камеры (ГРК).The proposed technical solution of the invention lies in the fact that in the known method of measuring gas flow rate, which consists in placing the heated TFE in the gas flow cooling it (see [5], [6], [7]), the gas flow is thermally stabilized to ensure the flowmeter is autonomous at a fixed temperature level T p , independent of T I and T cf , with the help of heaters, the power of which is controlled by another TFC thermistor, identical to the measuring TEC, and located in the compensation channel identical to the working channel. Separation of the gas stream into two identical flow (G / 2) and temperature (T p ) flow is carried out using a gas distribution chamber (GRK).
На чертеже изображен общий вид предложенного расходомера газа. Он содержит: теплоизолированный (внутри и снаружи в зависимости от условий эксплуатации) герметичный металлический корпус 1 с входным и выходным отверстиями под штуцеры; нагреватель - теплообменник (ТО) 2 с нихромовой спиралью 10 внутри него; газораспределительную камеру (ГРК) 3, герметично соединенную с ТО и с двумя идентичными каналами 4, 5; измерительный ТЧЭ 6 (полупроводниковый термистор) с косвенным подогревом током Iк.п., включенный в схему преобразователя 7 выходного сигнала в электрический; термокомпенсационный ТЧЭ 8 (термистор полупроводниковый), включенный в электронную схему блока 9 управления мощностью нагревателя ТО (БУМ), нагрузкой которого служат спираль 10 теплообменника и нагреватели 11 и 12 на внешних поверхностях каналов 4,5.The drawing shows a General view of the proposed gas flow meter. It contains: heat-insulated (inside and outside, depending on operating conditions) sealed metal housing 1 with inlet and outlet openings for fittings; heater - heat exchanger (TO) 2 with a nichrome spiral 10 inside it; gas distribution chamber (GRK) 3, hermetically connected to and with two identical channels 4, 5; measuring TEC 6 (semiconductor thermistor) with indirect current heating I c.p. included in the circuit of the converter 7 of the output signal to electric; thermal compensation TCHE 8 (semiconductor thermistor), included in the electronic circuit of the heater heater power control unit 9 (BOOM), the load of which is the coil 10 of the heat exchanger and the heaters 11 and 12 on the outer surfaces of the channels 4,5.
Расходомер работает следующим образом. Через входной штуцер (не показан) газ температуры Твх поступает в теплообменник 2, в котором нагревается до температуры Тr и попадает в газораспределительную камеру (ГРК) 3, делящую газовый поток на два одинаковых по расходу (G/2) и температуре потока, поступающие затем в измерительный 4 и в термокомпенсационный 5 каналы соответственно.The flow meter operates as follows. Through an inlet fitting (not shown) a gas of temperature T in enters a heat exchanger 2, in which it is heated to a temperature T r and enters a gas distribution chamber (GRK) 3, dividing the gas stream into two identical in flow rate (G / 2) and flow temperature, then entering the measuring 4 and thermocompensating 5 channels, respectively.
Расположенный в канале 5 теплочувствительный ТЧЭ 8 принимает температуру набегающего потока газа, и его омическое сопротивление становится равным R(Tr). Если Тr≠Тп - максимальной из возможных по условиям эксплуатации значениям Твх и Тср, то под действием сигнала рассогласования ΔR (Тr, Тп) с блока управления 9 к нагревательным спиралям 10, 11, 12 подводится мощность, сводящая ΔR к нулю. Это приводит к термостабилизации газового потока на фиксированном уровне Тп, чем и обеспечивается независимость показаний расходомера от значений Твх и Тср, т.е. его автономность. Дополнительные спирали 11, 12 на стенках каналов 4, 5 компенсируют остывание газа при его протекании по ГРК и способствуют более быстрому достижению фиксированного температурного уровня Тн теплоносителя. Дополнительный подогрев стенок каналов 4, 5 улучшает защиту ТЧЭ от температуры Тср и одновременно снижает поправку на радиационный теплообмен ТЧЭ со стенками этих каналов.Located in the channel 5, the heat-sensitive TCE 8 takes the temperature of the incoming gas flow, and its ohmic resistance becomes equal to R (T r ). If T r ≠ T p is the maximum possible value of T I and T cf , which is possible under operating conditions, then under the influence of a mismatch signal ΔR (T r , T p ) from the control unit 9, a power reducing ΔR is supplied to the heating spirals 10, 11, 12 to zero. This leads to thermal stabilization of the gas flow at a fixed level T p , which ensures the independence of the flow meter readings from the values of T I and T cf , i.e. its autonomy. Additional spirals 11, 12 on the walls of channels 4, 5 compensate for the cooling of the gas as it flows along the GDS and contribute to the more rapid achievement of a fixed temperature level T n of the coolant. An additional heating of the walls of the channels 4, 5 improves the protection of the HSE from the temperature T cf and at the same time reduces the correction for the radiative heat exchange of the HSE with the walls of these channels.
Теплочувствительный элемент ТЧЭ 6 в измерительном канале 4 перегрет током косвенного подогрева Iк.п. на величину ΔT - 20 К относительно фиксированного уровня Тп омывающего его газового потока с расходом G/2. При взаимодействии с охлаждающим газовым потоком температура термистора ТЧЭ изменяется, что вызывает изменение его омического сопротивления и, тем самым, величины преобразованного схемой 7 выходного электрического сигнала, являющегося мерой расхода газа через измерительный канал (т.е. G/2).The heat-sensitive element TCE 6 in the measuring channel 4 is overheated by an indirect heating current I c.p. by ΔT - 20 K relative to a fixed level T p washing the gas stream with a flow rate of G / 2. When interacting with the cooling gas stream, the temperature of the thermoelectric thermistor changes, which causes a change in its ohmic resistance and, therefore, the value of the output electrical signal converted by circuit 7, which is a measure of the gas flow through the measuring channel (i.e., G / 2).
Из каналов 4, 5 газовые потоки, расходом G/2 каждый, поступают во внутренний объем герметичного корпуса 1 расходомера и газ расходом G уходит в газовую сеть через выходной штуцер (не показан). From channels 4, 5, gas flows, with a flow rate of G / 2 each, enter the internal volume of the sealed housing 1 of the flowmeter and the gas flows with the flow rate G into the gas network through an outlet fitting (not shown).
Таким образом, термостабилнзация газового потока на фиксированном уровне позволяет выделить расход как единственную и однозначную функцию влияния на энтальпию ТЧЭ независимо от значений температур входящего газа Твх и внешней среды Тср. В отличие от прототипа постоянной поддерживается не температура ТЧЭ, а температура газового потока на уровне Тп с помощью нагревателей, мощность которых управляется схемой термостабилизации.Thus, the thermal stabilization of the gas flow at a fixed level allows us to distinguish the flow rate as the only and unambiguous function of the influence on the enthalpy of TEC, regardless of the values of the temperature of the incoming gas T in and the external environment T cf. In contrast to the prototype, the constant temperature is not maintained at TCE, but at the temperature of the gas stream at the level of T p with the help of heaters, the power of which is controlled by the thermal stabilization circuit.
Повышение точности и чувствительности заявляемого расходомера обеспечивается, как и у прототипа, использованием в качестве датчиков температур полупроводниковых термисторов. Improving the accuracy and sensitivity of the inventive flowmeter is provided, as in the prototype, using semiconductor thermistors as temperature sensors.
В отличие от прототипа предлагаемый расходомер имеет два канала, выполненных идентичными, в силу чего любой из них может рассматриваться как байпасная линия с расходом G/2. У прототипа неодинаковость каналов по сечению требует знания коэффициента деления потока между каналами. Этот же недостаток присущ и расходомеру [7]. Unlike the prototype, the proposed flow meter has two channels made identical, due to which any of them can be considered as a bypass line with a flow rate of G / 2. The prototype of the uneven channel cross-section requires knowledge of the coefficient of division of the flow between the channels. The same drawback is inherent in the flow meter [7].
Надежность устройства зависит от количества и сложности управляющих систем. В предлагаемом расходомере такая система - система термостабилизации газового потока - одна, в то время как у прототипа их три с положительными и отрицательными обратными связями, управляемыми программно. Использование расходомера [7] с его сложнейшей обслуживающей электронно-тепловой системой оправдано только в специальных случаях быстрых пульсаций температуры и скорости (расхода) газового потока. The reliability of the device depends on the number and complexity of control systems. In the proposed flow meter, such a system - the system of thermal stabilization of the gas stream - is one, while the prototype has three with positive and negative feedbacks controlled by software. The use of a flow meter [7] with its most complicated serving electronic-thermal system is justified only in special cases of fast pulsations of the temperature and velocity (flow) of the gas stream.
Литература
1.Коротков П.А. в др. Тепловые расходомеры. - Л.: Машиностроение, 1969.Literature
1.Korotkov P.A. in other. Thermal flow meters. - L.: Mechanical Engineering, 1969.
2. Авторское свидетельство SU 1223065, кл. G 01 F 1/68, 1986. 2. Copyright certificate SU 1223065, cl. G 01 F 1/68, 1986.
3. Авторское свидетельство SU 586330, G 01 F 1/68, 1977. 3. Copyright certificate SU 586330, G 01 F 1/68, 1977.
4. Патент ФРГ 2929427, МКИ G 01 F 1/68. 4. The patent of Germany 2929427, MKI G 01 F 1/68.
5. Патент FR 2459962, МКИ G 01 F 1/68. 5. Patent FR 2459962, MKI G 01 F 1/68.
6. Патент US 4653321, кл. 73-197, 1987. 6. Patent US 4653321, CL 73-197, 1987.
7. Авторское свидетельство SU 870945, М. Кл. 4 G 01 F 1/68, 1981. 7. Copyright certificate SU 870945, M. Cl. 4 G 01 F 1/68, 1981.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99105505/28A RU2201580C2 (en) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | Device measuring small-scale flow rate of gas |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99105505/28A RU2201580C2 (en) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | Device measuring small-scale flow rate of gas |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU99105505A RU99105505A (en) | 2001-01-27 |
RU2201580C2 true RU2201580C2 (en) | 2003-03-27 |
Family
ID=20217318
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99105505/28A RU2201580C2 (en) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | Device measuring small-scale flow rate of gas |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2201580C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2605787C1 (en) * | 2015-10-14 | 2016-12-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский Федеральный Университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | High-sensitivity gas micro-flowmeter |
-
1999
- 1999-03-16 RU RU99105505/28A patent/RU2201580C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2605787C1 (en) * | 2015-10-14 | 2016-12-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийский Федеральный Университет имени Иммануила Канта" (БФУ им. И. Канта) | High-sensitivity gas micro-flowmeter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0370162B1 (en) | Method and apparatus for measuring and controlling a fluid flow rate | |
JP4831879B2 (en) | Mass flow meter | |
US6125695A (en) | Method and apparatus for measuring a fluid | |
US6487904B1 (en) | Method and sensor for mass flow measurement using probe heat conduction | |
US4779458A (en) | Flow sensor | |
JPH07111367B2 (en) | Flow rate sensor and its inspection method | |
EP1477779B1 (en) | Mass flowmeter | |
JP6042449B2 (en) | Apparatus and method for measuring fluid mass flow | |
US4036051A (en) | Heat meters | |
US3680377A (en) | Fluid flow meter | |
US6668642B2 (en) | Apparatus and method for thermal isolation of thermal mass flow sensor | |
EP3803876A1 (en) | Systems and methods for mitigating condensation in a sensor module | |
TWI261666B (en) | Apparatus and method for thermal dissipation in a thermal mass flow sensor | |
RU2201580C2 (en) | Device measuring small-scale flow rate of gas | |
RU2605787C1 (en) | High-sensitivity gas micro-flowmeter | |
RU2362124C1 (en) | Micro gas flow metre with preset sensitivity | |
FI74821B (en) | FLOEDESMAETARE. | |
CN117083509A (en) | Coupling element for a device for determining and/or monitoring a process variable | |
US20220397438A1 (en) | Non-invasive thermometer | |
JP2004069667A (en) | Thermal mass flow meter for liquid | |
RU2262666C1 (en) | Heat micro-flowmeter for gas | |
RU2326350C2 (en) | Thermal microscopic gas meter | |
RU2321830C2 (en) | Thermal flowmeter of gas consumption of alternate power | |
SU1682798A1 (en) | Thermal consumption measuring unit | |
RU2164008C2 (en) | Device measuring gas flow rate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060317 |