RU2305288C2 - Device for measuring parameters of gas flow - Google Patents
Device for measuring parameters of gas flow Download PDFInfo
- Publication number
- RU2305288C2 RU2305288C2 RU2005106537/28A RU2005106537A RU2305288C2 RU 2305288 C2 RU2305288 C2 RU 2305288C2 RU 2005106537/28 A RU2005106537/28 A RU 2005106537/28A RU 2005106537 A RU2005106537 A RU 2005106537A RU 2305288 C2 RU2305288 C2 RU 2305288C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow
- output
- measuring
- input
- channel
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения параметров потока газа в открытых и закрытых каналах.The invention relates to the field of instrumentation, in particular to devices for measuring gas flow parameters in open and closed channels.
Для измерения параметров потоков газа известно большое число технических решений и вариантов построения измерителей расхода. Среди них к наиболее перспективным и широко применяемым относятся расходомеры на основе тепловых эффектов.To measure the parameters of gas flows, a large number of technical solutions and construction options for flow meters are known. Among them, the most promising and widely used are flow meters based on thermal effects.
К группе аналогов заявленного технического решения относятся расходомеры, защищенные авторскими свидетельствами СССР и патентами РФ №591698, №669195, №2086921.The group of analogues of the claimed technical solution includes flowmeters protected by copyright certificates of the USSR and RF patents No. 591698, No. 669195, No. 2086921.
Тепловой расходомер по А.С. №591698, G 01 F 1/68, опубликованный в бюл. №5 05.02.78 - [1], имеет следующую совокупность существенных признаков: напорное сопло, создающее струю, отклоняемую измеряемым контролируемым потоком, чувствительные элементы со значительными линейными размерами, источник питания и измерительные схемы. При этом терморезисторы установлены в потоке: один за пределами действия струи, а другой в зоне ее действия. В этом расходомере терморезисторы размещены непосредственно в измерительном канале расходомера, что приводит к искажению структуры потока и существенной нелинейности функции преобразования. Кроме того, здесь присутствует необходимость определения средней точки терморезисторов, а также необходимость юстировки положения измерительного терморезистора относительно оси струи при установке нуля в начале работы расходомера.Thermal flow meter according to A.S. No. 591698, G 01
Тепловой расходомер по а.с. №669195, G 01 F 1/68, опубликованный в бюл. №23 25.06.79 - [2], содержит патрубок со встроенными в него измерительным и компенсационным полупроводниковыми термисторами, включенными в смежные плечи моста для компенсации температурной погрешности, обусловленной зависимостью коэффициента теплоотдачи измерительного термистора от величины расхода. Используемый в этом решении метод компенсации позволяет решить поставленную задачу в узком диапазоне измеряемых расходов, а постоянная корректировка коэффициента теплоотдачи требует применения системы регулирования, имеющую достаточно сложные конструкторское и схемотехническое решения.Thermal flow meter by A.S. No. 669195, G 01
Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению, взятым за прототип, является термоанемометрический датчик расхода воздуха по патенту РФ №2086921, G 01 F 1/68, опубликованный в бюл. №26 20.09.96 - [3], который содержит корпус приемника потока с расположенной внутри него воздуховода трубы Вентури, байпасный канал с сужающим устройством, измерительный термоанеморезистор, рабочая зона которого расположена в сужающем устройстве, и выпрямитель потока. Последний выполнен в виде каналов на поверхностях сужающего устройства, обращенных к рабочим плоскостям измерительного терморезистора, ориентированным вдоль потока. Датчик работает следующим образом. Протекающий внутри датчика измеряемый воздух через кольцевую щель попадает в камеру повышенного давления. Под действием перепада давления между камерами создается движение воздуха внутри сужающего устройства байпасного канала с продольными каналами. При обтекании потоком воздуха измерительного терморезистора происходит его охлаждение и связанное с этим изменение значения сопротивления терморезистора. В результате на выходе электрической схемы термоанемометрического датчика расхода воздуха формируется сигнал, однозначно связанный с измеряемым расходом.The closest in technical essence to the claimed technical solution, taken as a prototype, is a hot-wire air flow sensor according to the patent of the Russian Federation No. 2086921, G 01 F 1/68, published in bull. No. 26 09/20/96 - [3], which contains the body of the flow receiver with a Venturi pipe duct located inside it, a bypass channel with a constricting device, a measuring thermoanemoresistor whose working area is located in the constricting device, and a flow rectifier. The latter is made in the form of channels on the surfaces of the constricting device, facing the working planes of the measuring thermistor oriented along the flow. The sensor operates as follows. The measured air flowing inside the sensor through the annular gap enters the pressure chamber. Under the action of a pressure differential between the chambers, air movement is created inside the narrowing device of the bypass channel with longitudinal channels. When the measuring thermistor flows around the air stream, it cools and the resistance value of the thermistor changes accordingly. As a result, at the output of the electrical circuit of the hot-wire air flow sensor, a signal is generated that is uniquely associated with the measured flow.
К основным недостаткам прототипа следует отнести такие, как низкая точность измерения расхода (скорости) в диапазоне сверхмалых его значений (около 0,1..0,2 л/мин), обусловленная существенной нелинейностью функции преобразования термоанемометрического датчика; ограниченные функциональные возможности, в частности отсутствует информация о направлении движения газового потока, его плотности, объемном расходе; ограниченная надежность получаемой информации вследствие одноканального принципа построения измерителя, а также низкие эксплуатационные характеристики анемочувствительного элемента из-за высокой интенсивности износа и загрязнения пленочного преобразователя при работе с различными газовыми средами, например, в топливной аппаратуре.The main disadvantages of the prototype should include such as low accuracy of flow (velocity) measurement in the range of its extremely low values (about 0.1..0.2 l / min), due to the significant non-linearity of the conversion function of the hot-wire anemometer; limited functionality, in particular, there is no information on the direction of gas flow, its density, volumetric flow rate; the limited reliability of the information received due to the single-channel principle of the meter construction, as well as the low operational characteristics of the anemosensitive element due to the high wear rate and contamination of the film converter when working with various gas media, for example, in fuel equipment.
Все это определяет низкую эффективность расходомера. Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое решение, заключается в повышении эффективности устройства: повышении точности, расширении функциональных возможностей, повышении надежности функционирования.All this determines the low efficiency of the flow meter. The technical result, the achievement of which the claimed solution is directed, is to increase the efficiency of the device: increasing accuracy, expanding functionality, increasing the reliability of operation.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения параметров газового потока, содержащем приемник потока, в корпусе которого выполнен проточный пневматический канал, внутри которого размещено сужающее устройство, профилированное по контуру Вентури, сообщенный с одной стороны с объектом контроля, а с другой стороны с атмосферой, при этом полости повышенного и пониженного давления сообщены с соответствующими байпасными каналами, содержащими измерительные анемочувствительные элементы канала измерения массового расхода, включенные в электрическую схему измерения параметров газового потока, новым является то, что байпасные каналы выполнены в пневмоэлектрическом преобразователе, имеющем проточную камеру. Проточная камера сообщена байпасными каналами с полостями повышенного давления приемника потока, с глухой полостью, содержащей компенсационный анемочувствительный элемент канала измерения массового расхода, и с полостью пониженного давления приемника потока через возвратный канал, в котором размещены приемные и излучающий элементы канала измерения объемного расхода. При этом компенсационный анемочувствительный элемент, излучающий и приемные элементы включены в электрическую схему измерения параметров газового потока. Электрическая схема измерения параметров газового потока состоит из электрических схем канала измерения массового расхода, канала измерения объемного расхода, блока вторичной обработки и канала стабилизации опорного расхода. Входом электрической схемы измерения параметров газового потока являются входы электрических схем каналов измерения массового и объемного расхода, а выходами являются выход по направлению движения измеряемого газового потока из электрической схемы измерения массового расхода, выходы электрической схемы блока вторичной обработки по сигналам массового, объемного расходов и плотности. Выходы электрических схем канала измерения массового расхода и канала измерения объемного расхода подключены к первому и второму входам электрической схемы блока вторичной обработки соответственно.The technical result is achieved in that in a device for measuring the parameters of a gas stream containing a flow receiver, in the housing of which a flowing pneumatic channel is made, inside of which there is a constricting device, profiled along the Venturi circuit, communicated on the one hand with the control object, and on the other hand with atmosphere, while the cavities of high and low pressure are in communication with the corresponding bypass channels containing measuring anemosensitive elements of the channel for measuring mass races stroke included in the electrical circuit for measuring gas flow parameters, it is new that the bypass channels are made in a pneumoelectric converter having a flow chamber. The flow chamber is communicated by bypass channels with cavities of high pressure of the flow receiver, with a blind cavity containing the compensation anemosensitive element of the mass flow measurement channel, and with a cavity of reduced pressure of the flow receiver through the return channel, in which the receiving and emitting elements of the volume flow measurement channel are located. In this case, a compensating anemosensitive element emitting and receiving elements are included in the electrical circuit for measuring gas flow parameters. The electrical circuit for measuring gas flow parameters consists of electrical circuits for the mass flow metering channel, the volumetric flow metering channel, the secondary processing unit, and the reference flow stabilization channel. The input of the electric circuit for measuring the gas flow parameters are the inputs of the electric circuits of the channels for measuring mass and volume flow, and the outputs are the output in the direction of movement of the measured gas stream from the electric circuit for measuring the mass flow, the outputs of the electric circuit of the secondary processing unit according to the signals of mass, volume flow and density. The outputs of the electrical circuits of the mass flow measurement channel and the volume flow measurement channel are connected to the first and second inputs of the electrical circuit of the secondary processing unit, respectively.
В пневмоэлектрическом преобразователе расположен источник опорного пневматического расхода - микронагнетатель, управляемый каналом стабилизации опорного расхода. Первый и второй пневматические выходы повышенного давления микронагнетателя сообщены с байпасными каналами, а пневматический выход пониженного давления сообщен с проточной камерой, в которой расположены приемные и излучающий элементы проточной камеры, включенные в электрическую схему канала стабилизации опорного расхода.The source of the reference pneumatic flow is located in the pneumoelectric transducer - a micro-supercharger controlled by the stabilization channel of the reference flow. The first and second pneumatic outputs of the overpressure of the micro-supercharger are in communication with the bypass channels, and the pneumatic output of the reduced pressure is communicated with the flow chamber, in which the receiving and radiating elements of the flow chamber are located, included in the electrical circuit of the channel for stabilizing the reference flow rate.
Электрическая схема канала измерения массового расхода состоит из первого и второго измерительных и одного компенсационного анемочувствительных элементов со своими измерительными схемами, устройства коррекции и последовательно соединенных усилителя, фильтра нижних частот и нормирующего устройства, выход которого является выходом этой электрической схемы. Устройство коррекции состоит из первого и второго сравнивающих элементов, первые входы которых соединены с выходами первой и второй измерительных схем включения измерительных анемочувствительных элементов, а вторые их входы с выходом измерительной схемы включения компенсационного анемочувствительного элемента. При этом выходы сравнивающих элементов соединены с первым и вторым входами третьего сравнивающего элемента, выход которого является выходным сигналом устройства по направлению движения измеряемого газового потока. Выход с третьего сравнивающего устройства также соединен с первым входом делительного устройства, второй вход которого соединен с выходом измерительной схемы включения компенсационного анемочувствительного элемента, выход делительного устройства соединен с входом усилителя.The electric circuit of the mass flow metering channel consists of the first and second measuring and one compensating anemosensitive elements with their own measuring circuits, a correction device and a series-connected amplifier, a low-pass filter and a normalizing device, the output of which is the output of this electric circuit. The correction device consists of the first and second comparing elements, the first inputs of which are connected to the outputs of the first and second measuring circuits for activating the measuring anemosensitive elements, and their second inputs with the output of the measuring circuit for enabling the compensating anemosensitive element. The outputs of the comparison elements are connected to the first and second inputs of the third comparison element, the output of which is the output signal of the device in the direction of movement of the measured gas stream. The output from the third comparison device is also connected to the first input of the dividing device, the second input of which is connected to the output of the measuring circuit for switching on the compensation anemosensitive element, the output of the dividing device is connected to the input of the amplifier.
Электрическая схема канала измерения объемного расхода содержит генератор и излучатель с приемными элементами возвратного канала пневмоэлектрического преобразователя, первую и вторую измерительные схемы включения приемных элементов, и последовательно соединенные дифференциальный преобразователь, детектор и нормирующее устройство, выход которого является выходом этой электрической схемы. Излучатель возвратного канала пневмоэлектрического преобразователя акустически связан с приемными элементами возвратного канала пневмоэлектрического преобразователя, выходы электрических схем включения которых соединены со входами дифференциального преобразователя.The electric circuit of the volumetric flow measurement channel contains a generator and a radiator with receiving elements of the return channel of the pneumoelectric transducer, the first and second measuring circuits for switching on the receiving elements, and a differential transducer, detector, and normalizing device connected in series, the output of which is the output of this electric circuit. The emitter of the return channel of the pneumoelectric transducer is acoustically connected to the receiving elements of the return channel of the pneumoelectric transducer, the outputs of the electrical circuits of which are connected to the inputs of the differential transducer.
Электрическая схема канала стабилизации опорного расхода содержит генератор с излучателем проточной камеры пневмоэлектрического преобразователя, приемные элементы проточной камеры пневмоэлектрического преобразователя, акустически связанные с излучателем и включенные в свои измерительные схемы включения, и последовательно соединенные дифференциальный преобразователь, детектор, сравнивающий элемент, блок управления работой микронагнетателя, выход которого является выходом электрической схемы канала по сигналу управления работой микронагнетателя. При этом второй вход сравнивающего элемента соединен с задатчиком опорного расхода, а выходы измерительных схем включения приемных элементов подключены к соответствующим входам дифференциального преобразователя.The electric circuit of the channel for stabilizing the reference flow rate includes a generator with a radiator of the flow chamber of the pneumoelectric transducer, receiving elements of the flow chamber of the pneumoelectric transducer, acoustically connected to the emitter and included in their measuring switching circuits, and a differential transducer, a detector, a comparing element, and a micropressor operation control unit, the output of which is the output of the channel circuitry according to the operation control signal th microcharger. In this case, the second input of the comparing element is connected to the reference flow master, and the outputs of the measuring circuits for switching on the receiving elements are connected to the corresponding inputs of the differential transducer.
Электрическая схема блока вторичной обработки содержит первый и второй делительные устройства, первые входы которых являются первым входом электрической схемы, а второй вход первого делителя является вторым входом электрической схемы блока вторичной обработки, устройство умножения, первый вход которого подключен к выходу первого делительного устройства и ко второму входу второго делительного устройства и является выходом устройства по сигналу плотности газового потока, а второй вход устройства умножения подключен к выходу второго делителя. Кроме того, электрическая схема содержит устройство статистической обработки сигнала по массовому расходу, устройство статистической обработки вычисленного значения массового расхода, подключенные через первое устройство сравнения к первому устройству управления коммутатором, выход которого подключен к управляющему входу коммутатора, выход которого является выходом устройства по сигналу массового расхода. При этом вход устройства статистической обработки сигнала по массовому расходу соединен с первым входом первого делительного устройства и с одним из входов первого коммутатора, а вход устройства статистической обработки вычисленного значения массового расхода подключен к выходу устройства умножения и на второй вход первого коммутатора. Электрическая схема также содержит устройство статистической обработки сигнала по объемному расходу, устройство статистической обработки вычисленного значения объемного расхода, подключенные через второе устройство сравнения ко второму устройству управления коммутацией, выход которого подключен к управляющему входу второго коммутатора, выход которого является выходом устройства по сигналу объемного расхода. При этом вход устройства статистической обработки сигнала по объемному расходу соединен с выходом второго делительного устройства и с первым входом второго коммутатора, а вход устройства статистической обработки вычисленного значения объемного расхода подключен ко второму входу первого делительного устройства и ко второму входу второго коммутатора.The electrical circuit of the secondary processing unit contains the first and second dividing devices, the first inputs of which are the first input of the electrical circuit, and the second input of the first divider is the second input of the electrical circuit of the secondary processing unit, a multiplication device, the first input of which is connected to the output of the first dividing device and to the second the input of the second dividing device and is the output of the device according to the gas density signal, and the second input of the multiplication device is connected to the output of the second elitelya. In addition, the electrical circuit includes a device for statistical processing of the signal by mass flow rate, a device for statistical processing of the calculated value of mass flow rate, connected through the first comparison device to the first control device of the switch, the output of which is connected to the control input of the switch, the output of which is the output of the device according to the mass flow signal . In this case, the input of the device for statistical processing of the signal for mass flow is connected to the first input of the first dividing device and with one of the inputs of the first switch, and the input of the device for statistical processing of the calculated value of the mass flow is connected to the output of the multiplication device and to the second input of the first switch. The electrical circuit also includes a device for statistical processing of the signal for volumetric flow rate, a device for statistical processing of the calculated value of volumetric flow rate, connected through a second comparison device to the second switching control device, the output of which is connected to the control input of the second switch, the output of which is the output of the device according to the volumetric flow signal. At the same time, the input of the device for statistical processing of the signal by volume flow is connected to the output of the second dividing device and to the first input of the second switch, and the input of the device for statistical processing of the calculated value of the volume flow is connected to the second input of the first dividing device and to the second input of the second switch.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1 - 4, гдеThe invention is illustrated in figures 1 to 4, where
фиг.1 - конструкция приемника потока;figure 1 - design of the receiver flow;
фиг.2 - конструкция пневмоэлектрического преобразователя;figure 2 - design of a pneumatic-electric converter;
фиг.3 - структурная схема электрической схемы измерения параметров газового потока;figure 3 is a structural diagram of an electrical circuit for measuring gas flow parameters;
фиг.4. - структурная схема электрической схемы канала стабилизации опорного расхода источника опорного расхода.figure 4. - block diagram of the electrical circuit of the channel stabilization of the reference flow rate of the source of the reference flow rate.
Здесь:Here:
1 - приемник потока; 2 - проточный пневматический канал приемника потока 1; 3 - сужающее устройство приемника потока 1; 4 - отвод в критическом сечении сужающего устройства 3 приемника потока 1; 5, 6 - первый и второй отводы полостей 7 и 8 повышенного давления приемника потока 1; 7, 8 - полости повышенного давления приемника потока 1; 9, 10 - пневматические каналы связи отводов 5 и 6 от полостей 7 и 8 повышенного давления приемника потока 1; 11 - полость пониженного давления приемника потока 1; 12 - пневматический канал связи отвода 4 от полости пониженного давления 11 приемника потока 1; 13 - пневмоэлектрический преобразователь; 14, 15 - байпасные каналы пневмоэлектрического преобразователя 13; 16 - возвратный канал пневмоэлектрического преобразователя 13; 17 - проточная камера пневмоэлектрического преобразователя 13; 18 - глухая полость пневмоэлектрического преобразователя 13; 19 - микронагнетатель (источник опорного пневматического расхода); 20 - первый измерительный анемочувствительный элемент; 21 - второй измерительный анемочувствительный элемент; 22 - излучающий элемент проточного канала; 23, 24 - первый и второй приемные элементы проточного канала; 25 - излучающий элемент возвратного канала; 26, 27 - первый и второй приемные элементы возвратного канала; 28 - компенсационный анемочувствительный элемент; 29, 30 - первый и второй пневматические выходы повышенного давления микронагнетателя 19; 31 - пневматический выход пониженного давления микронагнетателя 19; 32 - электрическая схема канала измерения массового расхода; 33 - электрическая схема канала измерения объемного расхода; 34 - электрическая схема блока вторичной обработки; 35 - электрическая схема канала стабилизации опорного расхода источника опорного расхода; 36, 37 - первая и вторая измерительные схемы включения измерительных анемочувствительных элементов; 38 - измерительная схема включения компенсационного анемочувствительного элемента; 39 - устройство коррекции электрической схемы 32 канала измерения массового расхода; 40, 41, 42 - первый, второй и третий сравнивающие устройства коррекции; 43 - делительное устройство устройства коррекции 39; 44 - усилитель электрической схемы 32 канала измерения массового расхода; 45 - фильтр низких частот электрической схемы 32 канала измерения массового расхода; 46 - нормирующее устройство электрической схемы 32 канала измерения массового расхода; 47 - генератор электрической схемы 33 канала измерения объемного расхода; 48, 49 - первая и вторая измерительные схемы включения приемных элементов электрической схемы 33 канала измерения объемного расхода; 50 - дифференциальный преобразователь электрической схемы 33 канала измерения объемного расхода; 51 - детектор электрической схемы 33 канала измерения объемного расхода; 52 - нормирующее устройство электрической схемы 33 канала измерения объемного расхода; 53 - первое делительное устройство электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 54 - второе делительное устройство электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 55 - устройство умножения электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 56 - устройство статистической обработки сигнала по массовому расходу; 57 - устройство статистической обработки вычисленного значения массового расхода; 58 - первое устройство сравнения электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 59 - первое устройство управления коммутатором электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 60 - первый коммутатор блока вторичной обработки электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 61 - устройство статистической обработки сигнала по объемному расходу; 62 - устройство статистической обработки вычисленного значения объемного расхода; 63 - второе устройство сравнения электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 64 - второе устройство управления коммутатором электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 65 - второй коммутатор электрической схемы 34 блока вторичной обработки; 66 - выход устройства измерения параметров газового потока по сигналу плотности; 67 - выход устройства измерения параметров газового потока по сигналу массового расхода; 68 - выход устройства измерения параметров газового потока по сигналу объемного расхода; 69 - генератор электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода; 70, 71 - первая и вторая измерительные схемы включения приемных элементов электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода; 72 - дифференциальный преобразователь электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода; 73 - детектор электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода; 74 - задатчик опорного расхода электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода; 75 - сравнивающий элемент электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода; 76 - блок управления работой микронагнетателя электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода.1 - stream receiver; 2 - flowing pneumatic channel of the
Конструктивное выполнение основных блоков раскрыто на фиг.1 и 2.The structural implementation of the main blocks is disclosed in figures 1 and 2.
Приемник потока 1, выполненный в корпусе цилиндрической формы, имеет проточный пневматический канал 2, внутри которого размещено сужающее устройство 3, профилированное по контуру Вентури, в критическом сечении которого и до и после сужающего устройства 3 выполнены отводы 4, 5, 6 для восприятия информативного перепада давления. Отводы 5 и 6 с одной стороны сообщены с полостями 7 и 8 повышенного давления, а с другой стороны - с пневматическими каналами связи 9 и 10. Отвод 4 критического сечения сужающего устройства 3 замкнут на полость пониженного давления 11 с одной стороны, а с другой стороны сообщен с пневматическим каналом 12 связи.The
Пневмоэлектрический преобразователь 13 выполнен единым конструктивом и имеет байпасные каналы 14 и 15, возвратный канал 16, проточную камеру 17, глухую полость 18 и микронагнетатель 19. При этом входы байпасных каналов 14 и 15 соединены посредством пневматических каналов 10 и 9 связи соответственно с полостями 8 и 7 повышенного давления приемника потока 1, а выход возвратного канала 16 пневмоэлектрического преобразователя 13 соединен посредством пневматического канала 12 связи с полостью 11 пониженного давления приемника потока 1. Помимо этого байпасные каналы 14 и 15, в которых расположены первый 20 и второй 21 измерительные анемочувствительные элементы, сообщены с проточной камерой 17, имеющей излучательный 22 и первый 23 и второй 24 приемные элементы проточной камеры 17 пневмоэлектрического преобразователя 13, выход которой соединен со входом возвратного канала 16, в котором расположены излучательный 25 и первый 26 и второй 27 приемные элементы возвратного канала 16 пневмоэлектрического преобразователя 13. Выход глухой камеры 18, в которой расположен компенсационный анемочувствительный элемент 28, соединен с проточной камерой 17. Первый 29 и второй 30 пневматические выходы повышенного давления микронагнетателя 19 соединены с байпасными каналами 14 и 15 соответственно, а пневматический выход 31 пониженного давления микронагнетателя - со входом проточной камеры 17.The
Электрическая схема измерения параметров газового потока состоит из электрических схем канала измерения массового расхода 32, канала измерения объемного расхода 33, блока 34 вторичной обработки и канала 35 стабилизации опорного расхода. Входом электрической схемы измерения параметров газового потока являются входы электрических схем каналов измерения массового 32 и объемного 33 расходов, а выходом электрической схемы являются выходы блока 34 вторичной обработки по сигналам массового, объемного расходов, плотности и направлению потока.The electrical circuit for measuring gas flow parameters consists of electrical circuits for the
Электрическая схема 32 канала измерения массового расхода состоит из первого измерительного 20 анемочувствительного элемента, подключенного в первую 36 измерительную схему (Солдаткин В.М. Методы и средства измерения аэродинамических углов летательных аппаратов. Казань: Изд-во Казан, гос. техн. ун-та, 2001. 448 с.) - [4] канала измерения массового расхода, второго 21 анемочувствительного элемента, подключенного во вторую 37 измерительную схему включения, компенсационного 28 анемочувствительного элемента, подключенного в измерительную 38 схему включения компенсационного анемочувствительного элемента, устройства коррекции 39, состоящего из трех сравнивающих устройств 40, 41, 42 и делительного устройства 43, и последовательно включенных усилителя 44, фильтра 45 низких частот и нормирующего усилителя 46. При этом выход первой измерительной схемы 36 подсоединен к одному из входов сравнивающего устройства 40 устройства коррекции 39, а выход второй измерительной схемы 37 подсоединен к одному из входов сравнивающего устройства 41, ко вторым входам сравнивающих устройств 40 и 41 подсоединен выход измерительной схемы 38 включения компенсационного анемочувствительного элемента 28. Выходы сравнивающих устройств 40 и 41 подсоединены к первому и второму входам сравнивающего устройства 42, выход которого подключен к одному из входов делительного устройства 43. Второй вход делительного устройства 43 подсоединен к выходу измерительной схемы 38 включения компенсационного анемочувствительного элемента 28. Выход делительного устройства 43 посредством последовательно включенных усилителя 44, фильтра низких частот 45, нормирующего усилителя 46, выход которого является выходом электрической схемы 32 канала измерения массового расхода по массовому расходу, подключен к одному из входов электрической схемы 34 блока вторичной обработки.The
Электрическая схема 33 канала измерения объемного расхода состоит из генератора 47, излучателя 25, приемников 26 и 27, измерительных схем 48 и 49 их включения (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. Изд. 3-е, перераб. и доп. Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1975. - 776 с.) - [5], дифференциального преобразователя 50, детектора 51 и нормирующего усилителя 52. При этом входом канала является выход с приемных элементов 26 и 27, а выходом является выход нормирующего усилителя 52, подключенный к другому входу электрической схемы 34 блока вторичной обработки. При этом выход генератора 47 подключен к излучателю 25 возвратного канала, который направляет луч в измеряемый газовый поток, параметры которого являются входом для приемных элементов 26 и 27 возвратного канала, выходы которых подключены в измерительные схемы 48 и 49 соответственно. Выходы измерительных схем 48 и 49 подключены ко входам дифференциального преобразователя 50, выход которого подключен к последовательно включенным детектору 51 и нормирующему усилителю 52, выход которого является выходом канала измерения объемного расхода по объемному расходу.The
Электрическая схема 34 блока вторичной обработки состоит из первого 53 и второго 54 делительных устройств, устройства умножения 55, устройства 56 статистической обработки сигнала по массовому расходу, устройства 57 статистической обработки вычисленного значения массового расхода, первого устройства 58 сравнения, первого устройства 59 управления коммутатором, первого коммутатора 60, устройства 61 статистической обработки сигнала по объемному расходу, устройства 62 статистической обработки вычисленного значения объемного расхода, второго устройства 63 сравнения, второго устройства 64 управления коммутатором, второго коммутатора 65. При этом первые входы первого 53 и второго 54 делительных устройств являются первым входом электрической схемы 34 блока вторичной обработки, а второй вход делительного устройства 53 является вторым входом электрической схемы 34 блока вторичной обработки. Первый вход устройства умножения 55 подключен к выходу первого 53 делительного устройства и ко второму входу второго 54 делительного устройства и является выходом 66 устройства по сигналу плотности газового потока Uвых=ƒ(ρ), а второй вход устройства 55 умножения подключен к выходу второго делителя 54.The
Выходы устройства 56 статистической обработки сигнала по массовому расходу и устройства 57 статистической обработки вычисленного значения массового расхода подключены через первое устройство 58 сравнения к первому устройству 59 управления коммутатором. Выход устройства 59 подключен к управляющему входу первого коммутатора 60, выход которого является выходом 67 устройства по сигналу массового расхода Uвых=f(Gm). При этом вход устройства 56 статистической обработки сигнала по массовому расходу соединен с первым входом первого 53 делительного устройства и с одним из входов первого коммутатора 60, а вход устройства 57 статистической обработки вычисленного значения массового расхода подключен к выходу устройства 55 умножения и на второй вход первого коммутатора 60.The outputs of the
Устройство 61 статистической обработки сигнала по объемному расходу и устройство 62 статистической обработки вычисленного значения объемного расхода подключены через второе устройство 63 сравнения ко второму устройству 64 управления коммутацией. Выход устройства 64 управления коммутацией подключен к управляющему входу второго коммутатора 65, выход которого является выходом 68 устройства по сигналу объемного расхода Uвых=f(GV). При этом вход устройства 61 статистической обработки сигнала по объемному расходу соединен с выходом второго делительного устройства 54 и с первым входом второго коммутатора 65, а вход устройства 62 статистической обработки вычисленного значения объемного расхода подключен ко второму входу первого делительного устройства 53 и ко второму входу второго коммутатора 65.The
Электрическая схема 35 канала стабилизации опорного расхода состоит из генератора 69, излучающего элемента 22 проточной камеры 17, первого 23 и второго 24 приемных элементов проточного канала 17, первой 70 и второй 71 измерительных схем включения приемных элементов, дифференциального преобразователя 72, детектора 73, задатчика 74 опорного расхода, сравнивающего устройства 75, блока 76 управления работой микронагнетателем. Выходом электрической схемы 35 канала стабилизации опорного расхода является выход блока 76 управления работой микронагнетателя по управляющему сигналу работой микронагнетателя. Излучающий 22 элемент проточной камеры акустически связан с приемными элементами 23 и 24 проточной камеры 17 пневмоэлектрического преобразователя 13. Выходы приемных 23 и 24 элементов подключены в измерительные схемы 70 и 71 включения соответственно, выходы которых через дифференциальный преобразователь 72 подключены к детектору 73. При этом выход детектора 73 подключен к одному из входов сравнивающего устройства 75, ко второму входу которого подсоединен выход задатчика 74 опорного расхода. Выход сравнивающего устройства 75 подключен ко входу блока 76 управления работой микронагнетателя, выход которого, являющийся сигналом управления микронагнетателя, подается на микронагнетатель 19, выход которого является пневматическим сигналом опорного расхода Gоп.The
Устройство работает следующим образом. Поток воздуха, поступающий в проточный канал 2 приемника потока 1, поступает в сужающее устройство 3 приемника потока 1, и в результате этого в критическом сечении сужающего устройства, а также на входе и выходе формируются давления p1 в области повышенного давления 7, p2 в области пониженного давления 11, p3 в области повышенного давления 8, которые определяются измеряемым расходом G и направлением потока. При направлении потока, указанного на фиг.1, информативными являются сигналы на отводах 5 и 4, при обратном направлении потока информативными являются сигналы на отводах 6 и 4. Давления р1, p2, р3 по пневматическим каналам 9 и 10 связи поступают в пневмоэлектрический преобразователь 13. Потоки воздуха, обусловленные перепадом давлений Δрпр=р1-р2 или Δробр=p3-p2, посредством пневматических каналов связи 9, 12 и 10 поступают в байпасные каналы 14 и 15 и омывают расположенные в них первый 20 и второй 21 измерительные анемочувствительные элементы (АЧЭ), включенные в измерительные схемы 36 и 37 включения измерительных АЧЭ электрической схемы 32 канала измерения массового расхода, и через возвратный канал 16 посредством пневматического канала связи 12 поступают в полость 11 пониженного давления приемника потока 1. В зависимости от направления потока в приемнике потока 1 информативным является либо первый АЧЭ 20, либо второй АЧЭ 21, что обусловлено тем, что Δрпр>Δробр. Такое соотношение используется как информационный признак определения направления газового потока.The device operates as follows. The air flow entering the flow channel 2 of the
Выходной сигнал первого 20 и второго 21 измерительных АЧЭ и компенсационного посредством измерительных схем 36, 37 и 38 подаются на сравнивающие элементы 40 и 41 для уменьшения температурной погрешности, а их выходные сигналы подаются на сравнивающий элемент 42 для идентификации направления потока. Затем выходной сигнал сравнивающего элемента 42 подается на первый вход делителя 43, на второй вход которого подается сигнал с измерительной схемы 38 включения компенсационного анемочувствительного элемента. Выходной сигнал делителя 43 в значительной степени освобождается от мультипликативной составляющей температурной погрешности.The output signal of the first 20 and second 21 measuring AEC and compensation through measuring
В дальнейшем этот сигнал для увеличения его уровня и снижения влияния помех проходит последовательно через усилитель 44, фильтр низких частот (ФНЧ) 45 и нормирующее устройство 46 (НУ). В результате на выходе НУ 46 формируется сигнал по массовому расходу потока воздуха, воспринимаемого приемником, который затем поступает на один из входов блока вторичной обработки 34, выходные сигналы которого являются выходами заявляемого устройства.Subsequently, this signal, in order to increase its level and reduce the influence of interference, passes sequentially through an
В качестве источника информации по объемному расходу используется ультразвуковой преобразователь. Излучающий элемент 25 возвратного канала 16, управляемый генератором 47, формирует луч, взаимодействующий с измеряемой средой. Отраженный от среды луч воспринимается первым 26 и вторым 27 приемными элементами возвратного канала 16. При появлении потока измеряемой среды скорость звука с и осредненная по длине ультразвукового луча скорость потока V геометрически суммируются, и направление распространения ультразвукового луча отклоняется от начального на угол θ, величина которого определяется соотношением . При этом V - объемная скорость, которая определяет объемный расход, поэтому угол θ в результате является мерой объемного расхода. Сигналы с приемных элементов 26 и 27 поступают на измерительные схемы 48 и 49 включения приемных элементов соответственно. Выходные сигналы измерительных схем 48 и 49 включения приемных элементов посредством дифференциального преобразователя 50 подаются на детектор 51, на выходе которого формируется сигнал U=f(GV), который передается на один из входов электрической схемы 34 блока вторичной обработки выходных сигналов.An ultrasonic transducer is used as a source of information on volumetric flow. The radiating
Сигнал по массовому расходу U=f(Gm) с выхода электрической схемы 32 канала измерения массового расхода подается на один из входов первого делительного устройства 53 электрической схемы 34 блока вторичной обработки, на второй вход устройства 53 подается сигнал по объемному расходу Gv с выхода электрической схемы 33 канала измерения объемного расхода. На выходе делительного устройства 53 получается сигнал, пропорциональный плотности ρ, который затем подается на один из входов устройства 55 умножения и на один из входов второго делительного устройства 54. Вычисленный сигнал по объемному расходу на выходе делителя 54 формируется путем деления поданного на один из его входов сигнала по массовому расходу на сигнал по плотности. Затем вычисленный сигнал по объемному расходу со второго делительного устройства 54 подается на устройство 55 умножения, где умножается на сигнал по плотности, полученный в устройстве 53. Таким образом, на выходе устройства 55 умножения получается вычисленное значение по массовому расходу , которое затем подается на устройство 57 статистической обработки вычисленного значения массового расхода (Мирский Г.Я. Электронные измерения. - М.: Радиосвязь, 1986. -С.276-278.) - [6], а также на один из входов первого коммутатора 60 блока 34 вторичной обработки. На выходе второго делительного устройства 54 получается вычисленное значение по объемному расходу , которое подается на вход устройства 62 статической обработки вычисленного значения по объемному расходу и на один из входов второго коммутатора 65 блока 34 вторичной обработки.The signal for the mass flow U = f (G m ) from the output of the
Таким образом, на вход устройства 56 статистической обработки сигнала по массовому расходу подаются сигналы массового расхода Gm, а на вход устройства 57 статистической обработки вычисленного значения массового расхода - вычисленное значение массового расхода . На выходе блоков 56 и 57 формируются дисперсии погрешностей сигналов D(Gm) и , которые затем поступают в первое устройство сравнения 58. На выходе устройства 58 формируется сигнал, сигнатура которого управляет первым коммутатором 60 через устройство управления коммутатором 59 таким образом, что на выход электрической схемы 34 блока вторичной обработки поступает сигнал с наименьшей дисперсией погрешности измерения расхода, которую в данный момент имеет канал измерения Gm массового расхода или канал вычисленного значения массового расхода. Формирование выходного сигнала по объемному расходу GV осуществляется аналогичным образом. Таким образом, на выходе электрической схемы 34 блока вторичной обработки формируются сигналы массового расхода Gm, объемного расхода GV и плотность ρ.Thus, the mass flow signals G m are supplied to the input of the
Для обеспечения высокой чувствительности в диапазоне малых значений расхода и линейности функции преобразования канала измерения массового расхода Gm в структуру пневмоэлектрического преобразователя 13 введен микронагнетатель 19, включение которого управляется электрической схемой 35 канала стабилизации опорного расхода.To ensure high sensitivity in the range of small flow rates and linearity, the conversion function of the mass flow metering channel G m is introduced into the structure of the
Информация с приемных элементов 23 и 24 посредством измерительных схем 70 и 71 их включения, дифференциального преобразователя 72 и детектора 73 поступает на сравнивающее устройство 75. На это же устройство подается сигнал с задатчика опорного расхода 74. Сигнал разбаланса с выхода сравнивающего устройства 75 поступает в блок управления работой микронагнетателя 76. Таким образом, сигнал с выхода электрической схемы 34 канала стабилизации опорного расхода управляет величиной опорного расхода Gоп на выходе микронагнетателя источника опорного расхода.Information from the receiving
Заявляемое изобретение позволяет одновременно получать информацию по нескольким параметрам: массовому, объемному расходам, плотности и направлению измеряемого потока. При этом полученная информация характеризуется высокой точностью, достоверностью и метрологической надежностью, а конструкция устройства для измерения параметров газового потока достаточно проста в реализации и надежна в работе.The claimed invention allows to simultaneously obtain information on several parameters: mass, volumetric flow rates, density and direction of the measured flow. Moreover, the information obtained is characterized by high accuracy, reliability and metrological reliability, and the design of the device for measuring gas flow parameters is quite simple to implement and reliable in operation.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005106537/28A RU2305288C2 (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Device for measuring parameters of gas flow |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005106537/28A RU2305288C2 (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Device for measuring parameters of gas flow |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005106537A RU2005106537A (en) | 2006-08-10 |
RU2305288C2 true RU2305288C2 (en) | 2007-08-27 |
Family
ID=37059460
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005106537/28A RU2305288C2 (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Device for measuring parameters of gas flow |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2305288C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2445582C1 (en) * | 2010-10-27 | 2012-03-20 | Николай Леонидович Егоров | Device with turning bypass for measuring water-gas-oil flows |
-
2005
- 2005-02-28 RU RU2005106537/28A patent/RU2305288C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005106537A (en) | 2006-08-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4020433B2 (en) | Transmitter with average pitot tube type primary element and method of use thereof | |
JP4724714B2 (en) | Acoustic flow meter calibration method | |
US2772567A (en) | Mass flowmeter | |
CA1131342A (en) | Acoustic flowmeter with reynolds number compensation | |
US11555721B2 (en) | Flow meter including a combined ultrasonic flow sensing arrangement and a non-ultrasonic flow sensor arrangement for measuring wide range of flow rates | |
US6895813B2 (en) | Low-flow extension for flow measurement device | |
CN114088151B (en) | External clamping type multichannel ultrasonic flow detection device and detection method | |
RU2305288C2 (en) | Device for measuring parameters of gas flow | |
CN103674146A (en) | Mass flow meter based on ultrasonic flow meter | |
CN112964323B (en) | Saturated wet steam mass flow and dryness measuring device and measuring method | |
JP7037883B2 (en) | Exhaust flow rate measuring device, fuel consumption measuring device, program for exhaust gas flow rate measuring device, and exhaust gas flow rate measuring method | |
JP3398251B2 (en) | Flowmeter | |
JPH07260532A (en) | Ultrasonic flowmeter | |
JP3252187B2 (en) | Flowmeter | |
KR101195491B1 (en) | Hybrid-type gas flowmeter | |
RU2778209C1 (en) | Apparatus for determining the mass flow rate and the degree of dryness of wet vapour | |
JP2735678B2 (en) | Flow sensor type flow meter | |
JP3528436B2 (en) | Ultrasonic flow meter and current meter | |
JP2000002567A (en) | Composite type mass flow meter | |
JP3757009B2 (en) | Split flow meter | |
RU2106640C1 (en) | Device measuring speed of flow | |
JPS5819510A (en) | Hot wire type airflow meter | |
JPS6033372Y2 (en) | mass flow meter | |
KR20030008899A (en) | The system for measuring the flow rate and the velocity over a chimney by means of multipoints & averaging. | |
JPS6138420A (en) | Preamplifier of vortex flowmeter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120229 |