Пристрій для вимірювання витрати газу з частотним виходом

Пристрій для вимірювання витрати газу з частотним виходом, який містить джерело випромінювання, дві напівпрозорі пластини на оптичній осі променя, чотири оптичні скляні пластини, три дзеркала, два основних і одне додаткове, які разом із напівпрозорими пластинами розміщено на одній оптичній осі з джерелом випромінювання, який відрізняє ться тим, що в нього введено перетворювач оптичного сигналу в частотний, який містить два біполярних транзистори, два конденсатори, індуктивність, три резистори, фотодіод і два джерела постійної напруги, причому перший вивід 3 34121 Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для вимірювання витрат газу з частотним виходом, який містить джерело випромінювання, дві напівпрозорі пластини на оптичній осі променю, чотири оптичні скляні пластини, три дзеркала, два основних і одне додаткове, які разом із напівпрозорими пластинами розміщено на одній оптичній осі з джерелом випромінювання, введено перетворювач оптичного сигналу в частотний, який містить два біполярних транзистори, два конденсатора, індуктивність, три резистори, фотодіод і два джерела постійної напруги, причому перший вивід першого резистора з'єднаний з першим полюсом першого джерела постійної напруги, першим виводом першого конденсатора, а другий вивід резистора з'єднаний з базою першого біполярного транзистора, емітер першого біполярного транзистора з'єднаний з емітером другого біполярного транзистора, причому колектор першого біполярного транзистора з'єднаний з анодом фотодіода, першим виводом другого резистора та першим виводом індуктивності, другий вивід якої під'єднаний до першого виводу др угого конденсатора та першого полюса другого джерела постійної напруги, катод фотодіода з'єднано з базою другого біполярного транзистора, другим виводом другого резистора та першим виводом третього резистора, другий вивід першого конденсатора з'єднаний з колектором біполярного транзистора, другим виводом третього резистора, другим виводом другого конденсатора та з другими полюсами першого та другого джерел постійної напруги. На кресленні подано схему пристрою для вимірювання витрат газу з частотним виходом. Пристрій містить джерело випромінювання 1, оптичні скляні пластини 4, 5, дзеркала 6, 12, додаткове дзеркало 9, яке разом із напівпрозорими пластинами 8 і 2 розміщені на одній оптичній осі з джерелом світлового випромінювання 1, оптичні скляні пластини 10, 11, промінь світла 3, є відбитим напівпрозорою пластиною 2, а промінь світла 7 проходить через напівпрозору пластину 2, відбиті від дзеркал 6 і 12 промені приймаються введеним в пристрій, перетворювачем оптичного сигналу в частотний 13, що складається з конденсаторів 16, 23, фотодіода 19, резисторів 15, 20, 21, біполярних транзисторів 17, 18, індуктивності 22, джерел постійної напруги 14, 24. Вихід пристрою утворений анодом фотодіода 19 і загальною шиною. Оптичний витратомір газу з частотним виходом працює таким чином. Промінь світла від джерела випромінювання 1 падає на напівпрозору пластину 2, одна половина променя 3 відбивається напівпрозорою пластиною 2 у напрямку дзеркала 6, друга половина 7 проходить через напівпрозору пластину 8 та розповсюджується в напрямку додаткового дзеркала 9. Промінь 3 проходить через оптичні скляні пластини 4 і 5, відбивається від дзеркала 6 повертається до напівпрозорої пластини 2, двічі проходячи через обсяг газу, що характеризується тиском р 1 коефіцієнтом заломлення n1. Потім промінь 3 повертається і, проходячи крізь напівпрозору пластину 2, поширюється в напрямку перетворювача оптичного сигналу в частотний 13. Промінь 7 від 4 бивається від додаткового дзеркала 9, проходить через оптичні скляні пластини 10 і 11, відбивається від дзеркала 12, двічі проходячи через обсяг газу, що характеризується тиском р 2, коефіцієнтом заломлення п ь відбивається від додаткового дзеркала 9 і повертається до напівпрозорої пластини 2. Промінь 7, що відбився від напівпрозорої пластини 2, розповсюджується в напрямку перетворювача оптичного сигналу в частотний 13. При дотриманні умов когерентності пучки 3 і 7 будуть інтерферувати. Результат інтерференції залежить від оптичної різниці ходу променів від напівпрозорої пластини 2 до дзеркал 6 і 12 і назад. Тому що промінь 3 проходить товщу напівпрозорої пластини 2 тричі, а промінь 7 - тільки один раз, то в конструкцію витратоміра вводять додаткову напівпрозору пластину 8, щоб компенсувати виникаючу оптичну різницю ходу. Оптичні довжини шляху, який проходять перший і другий промені через обсяг газу, різні при проходженні газу по трубопроводу. Витрата газу пов'язана з різницею тисків у двох перетинах трубопроводу визначається рівнянням p -p Q = 1 2 × pR4 , 8m × l де Q - ви трата газу; р1-р2 - різниця тисків у двох перетинах трубопроводу; m - динамічна в'язкість газу; l - відстань між перетинами; R - радіус трубопроводу. Рівняння стану ідеального газу має вигляд p = N×k0×T, де N - число молекул в одиниці об'єму речовини; k0 - стала Больцмана; Т - абсолютна температура. Коефіцієнт переломлення газу дорівнює n2 = 1+ N e0 å K e2 / m w2 + w2 OK , де n - коефіцієнт заломлення газу; e 0 - діелектрична проникність; e - заряд електрона; m - маса електрона; ОК - власні частоти коливань електронів; w - часто та світлового випромінювання. Різниця оптичного ходу променів 3 і 7 визначається за формулою L = (n1 - n2)2R. При використанні інтерферометра максимуми інтенсивностей інтерферуючих хвиль спостерігаються при виконанні наступної умови (n1 - n2 )2R = l0k, де l 0 - довжина хвилі випромінювання; k = 0,1,2...- визначається вузлом вимірювання оптичної різниці ходу променів. Таким чином, залежність витрати газу від показань лічильника має вид Q = z×P×k, де z - коефіцієнт пропорційності. Показник різниці ходу променів пропорційний одиниці вимірювання витрати газу (м 3/с). Коефіцієнт пропорційності визначений методом торирування витрати до числа, що виражає відношення оптичної різниці ходу променів до довжини хвилі світла, тобто показанню вузла вимірювання опти 5 34121 чної різниці ходу променів. Результат вимірів у м 3/с. Після того як промінь світла приймається фото діодом 19 перетворювача оптичного сигналу в частотний 13, він зумовлює пропорційну до витрат газу зміну напруги на виході фотодіода, яка у свою чергу змінює ємність коливального контуру, а це викликає ефективну зміну резонансної частоти, при цьому можлива лінеаризація функції перетворення шляхом вибору величини постійної напруги живлення. Через резистори 15, 20, 21 і конденсатори 16, 23 здійснюється електричний режим живлення пристрою від джерел постійної напруги 14, 24. Конденсатор 16 запобігає проходженню змінного струму через джерело постійної напруги 14, а конденсатор 23 запобігає проходженню змінного струму через джерело постійної напруги 24. Підвищення напруги джерел постійної напруги 14, 24 до величини, коли на електродах емітера біполярного транзистора 18 і емітера біполярного транзи Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 6 стора 17 виникає від'ємний опір, який приводить до виникнення електричних коливань в контурі, який утворений паралельним включенням повного опору з ємнісним характером на електродах емітер-емітер біполярних транзисторів 17 і 18 та повним опором з індуктивним характером 22. При наступній дії світлового потоку, змінюється вихідна напруга на фотодіоді, яка змінює ємнісну складову повного опору на електродах емітер-емітер біполярних транзисторів 17 і 18, а це викликає зміну резонансної частоти коливального контур у. Використання запропонованої корисної моделі для вимірювання витрат газу суттєво підвищує чутливість і точність вимірювання інформативного параметру за рахунок виконання ємнісного елемента коливального контуру у вигляді біполярного і польового транзисторів, а індуктивного елемента коливального контур у у вигляді пасивної індуктивності. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601