SU767525A1 - Тепловой расходомер - Google Patents

Description

1

Изобретение.относитс  к приборострЪению и может быть использовано дл  измерени  скорости или расхода потока газа либо жидкости.j

Известны устройства с термозависмшмк датчиками,, которые могут быть использованы дл  измерени  расхода и скорости различных сред Cll

Из известных устройств наиболее .10 близким по технической сущности .к изобретению  вл етс  устройство, содержащее измерительный и компенсационный термочувствительные кварцевые элементы, расположенные один у стен- 5 ки трубопровода, а второй в контролируемом потоке. Термозависимые кварцевые резонаторы (ТКР) осуществл ют стабилизацию автогенераторов, выходы которых через блок вьщелени  разност-20 ной частоты, выполненный по схеме смесител .и демодул тора, и преобразователь частота-напр жение подключены ко входу вычитающего устройства, выполненного в виде дифференциально- IS го усилител , второй вход которого подключен к источнику опорного напр жени , а выход через усилитель мощности - к нагревателю стенки трубопровода .30

Это устройство представл ет собой самобалансирующуюс  схему, обеспечивающую постЬ нстйо перепада температур между кварцевыми элементами за счет наличи  цепи обратнрй св зи.

Известное устройство имеет узкий рабочий диапазон, так как термочастотные характеристики (ТЧХ) обоих ТКР имеют линейные участки конечной длины. Нейдентичность ТЧХ вносит дополнительную погрешность в результат измерени . Устройство имеет недостаточную чувстви±ельность, так как ориентировано на использование ТКР с линейной ТЧХ, которые не могут иметь максимальный температурный коэффициент частоты и максимальную чувствительность 2 .

Цель изобретени  - увеличение чувстви-цёльности и точности измерени .

Это достигаетс  тем, что расходомер снабжен источником опорной частоты , к выходу автогенератора компенсационного канала подключены дополнительно введенные в схему и последовательно соединенные блок выделени  разностной частоты, преобразователь частота-напр жение и интегратор, в измерительном канале между блоком

частота-напр жение и усилителем включён введенный в схему второй интёг™ paTtip, выходы интеграторов каждого К§й - подключены к нагревател м со ответственно измерительного и комйёйШиЩйного Резонаторов, выходы измерительного и компенсационного каналов подключены к введенному в схёу -второму аналаг эвЬму:в.ычи:такйцШу стройству..

Измерительный и компенсационный ТКР используютс  в качестве частотных, датчиков, которые могут работать в области максимальной чувствительности j температуре на нелинейной ТЧХ. Компенсационный ТКР предназначен дл .комленсации вли ни  колебаний

температуры окружающей среды на точностные характеристики прибора.

Формирователь опорной частоты может быть выполнен, например, в виде автогенератора, синхронизированного тёрмбзавйсимым кварцевым резонатором. Устройства аналогового вычитани 

могут быть выполнены в виде дифференциального усилител .

Нагреватель каждого ТКР может быть выполнен , например, в виде пленочного нагревательного эдемента, совмеtueftt oro конструктивно с одним из

9JTeW EJbSoB; -:-;--- -- ;-.:---:-. На чертеже представлена функциональна  схема описываемого теплового расходомера..

Тепловой расходомер состоит из измерительного 1 и .компенсационного 2. ТКР-пометенньох в трубопровод 3 с измер емым потоком. Измерительный ТКР 1 установлен в измер емом потоке, а компенсационный 2 -; в у1лублении труёопрбвода 3. Измерительный ТК1Р 1 подключен к автогенератору-4, а компенсационный ТКР 2 - к автогенератору 5 , выходы которых подключе 1ы к первьм входам блоков б й 7 выделёни  разностной частоты, у которых вторые йходы подключены совместно к выходу

формировател  8 опорной частоты, а выходы через преобразователи 9 и 10

частота-напр жение и интеграторы 11 и 12 - к йагрева тел м соответственно измерительного 1 и компенсационного 2 ТКР. Выходы интеграторов дополнительно подключены в измерительном ка нале через усилитель 13 и аналоговое вычитающее устройство 14, второй вход которого подключен к источнику i5 bnopHdtO напр жени  ив компенсационном канале непосредственно ко входам BTOjporp аналогового вычитающего устройства 16, .йыход которого  вл етс  выходом расходомера.

Расходомер выполнен структурно в виде измерительного и кбмпенсацион%6го независимых сайобалансируемых Каналов, каж,цый из которых содержит одноименные ТКР, автогенератор,блок ёеделенй  разностной частоты, преобг ;ра:зователь частота-напр жение и интегратор . Выходной сигнал измерительного канала  вл етс  функцией температуры и скЬрости, а компенсационного канала - только температуры контролируемого потока. с Начальный этап процесса преобра- зовани  в самобалансируемых кайалах протекает до того момента, пока не будут достигнуты установившиес  изотермические режимы работы измерительQ ого и компенсационного ТКР. Затем начинаетс  процесс слежени , при котором эти установившиес  режимы поддерживаютс  неизменными. Это достигаетс  путем регулировани  мощности, подводимой к нагревател м ТКР. Пос5 КОЛЬКУ температура измерительного и компенсационного ТКР поддерживаетс  посто нной с помощью астатических след щих систем (астатизм обеспечивает интегратор), то практически ТКР

0 работают в одной точке характеристики . Тем .самым на функцию преобразовани  самобалансирующихс  контуров не вли ет нелинейность характеристик ТКР, что позвол ет испольJ ТКР 1 и 2 в област.и ТЧХ..с максМмаль нымй значени ми чувствительности .

В результате вычитани  выходных

сигнал.ов; этих двух контуров на выхо дё расходомера выдел етс  разностный

0;сигнал, характеризующий скорость или при посто нном сечении трубопровода расход потока. Поскольку используе- , , мые ТКР имеют различные температурные коэффициенты в выбранных рабочих

5 точках в схеме предусмотрен структурный способ исключени  погрешности, обусловленный этим фактором. Это достигаетс  следующим, образом...

- Частота колебаний автогенераторов «4 и 5, синхронизированных врём эадаю-0 щими измерите;1ьн.ым 1 и компенсационHbiM 2 ТКР, поступает совместно с

оп6рной частотой формировател  8 на разноименные входы блоков 6 и 7 выделени  разностной частоты. Разность

5 частот, формируема  на выходах этих блоков, преобразуетс  преобразовател ми 9 и .10 частота-напр жение в пропорциональные уровни напр жени , которые интегрируютс  интеграторами.

Q 11 и 12 и затем поступают в цепи нагревателей ТКР 1 и 2. Из-за неравенства температурных коэффициентов ТКР 1 и 2 при изменении температуры ок , ружак цёй среды изменени  напр жений на выходах интеграторов 11 и 12 бу- дут неодинаковы. Равенство, коэффициентов преобразовани  измерительного и компенсацис)нного каналов достигаетс  регулировкой коэффициента пере- дачи усилител  13.

0 идентичность выходньк сигналов . измерительного и компенсационного каналов достигаетс  с помощью аналогового вычитающего устройства 14 и подбора уровн  опорного напр жени 

5 источ 1ика 15,

Наличие двух след щих астатичес- ких систем исключает нелинейность преобразовани  ТКР за счет обеспечени  узкого диапазона перемещени  их, рабочих точек по ТЧХ,

Исключаетс  вли ние разброса чувствительной ТКР на точность измерени за счет использовани  в тракте одног из контуров усилител  с регулируемым коэффициентом передачи, в результате чего достигаетс  равенство чувствиутельностей след щих систем.

Использование формировател  опорной частоты позвол ет сместить информацию в область низких частот и дополнительно повысить точность преобразовани  след щих системза.,счет сужени  диапазона преобразовани  преобразовател ми частота-напр жение и. обеспечени  идентичности преобразуймых сигналов в обоих системах.

Подбором уровн  опорного напр же-ни  на одном из выходов аналогового вычитающего устройства достйгаетс  равенство выходных сигналов след щих систем в услови х кгшибровки и нулевом расходе.

Ширина диапазона измерени  расходомера определ етс  .в основном широкополосностью блоков преобразовани  след щих систем.

Чувствительность прибора повыщаетс  также за счёт возможности эксплуатации ТКР на отрезках ТЧХ с максимальной крутизной.

Таким образом, предлагаемое устройство позвол ет существенно повысить точность измерени , чувствительность , диапазон измерени  и рабочий диапазон температур, а также обеспечить компенсацию температуры окружающей среды.

Claims (2)

1.Коротков П..А. Тепловые расходомеры . Л., Машгиз. 1969.

2. Academie des Sciences,Comptes

0 rendus hebdomadaires des Seances. 1971, Ser.A, V. 272, № 15, p. 101410 ,17 (прототип).

Ч i.. , ( -.,