Проточний тепловий витратомір

Проточний тепловий витратомір, що містить відрізок трубопроводу, на зовнішній поверхні котрого встановлені нагрівач з джерелом теплової енергії, компенсатор з напівпровідниковим терморезистором, та підключений до підсилювача коректувальний дільник напруги, виконаний у вигляді послідовно з'єднаних першого змінного резистора, напівпровідникового терморезистора і другого змінного резистора, який відрізняється тим, що в ньому паралельно напівпровідниковому терморезистору підключений третій змінний резистор. (19) (21) u201007633 (22) 18.06.2010 (24) 27.12.2010 (46) 27.12.2010, Бюл.№ 24, 2010 р. (72) ДЯЧЕНКО ВАЛЕРІЙ ЄВГЕНОВИЧ, ЛИСТОВ ВІКТОР ВОЛОДИМИРОВИЧ, МОКІН АНДРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, МОКІН ОЛЕКСАНДР ВАСИЛЬОВИЧ, РОЖКО ВАСИЛЬ ІВАНОВИЧ, ТІМОШИН ІГОР ЮРІЙОВИЧ (73) ДЯЧЕНКО ВАЛЕРІЙ ЄВГЕНОВИЧ, ЛИСТОВ ВІКТОР ВОЛОДИМИРОВИЧ, МОКІН АНДРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ, МОКІН ОЛЕКСАНДР ВАСИЛЬО 3 чити підвищення його експлуатаційних якостей шляхом уведення в нього нових елементів і технічних рішень, таких як: паралельно напівпровідниковому терморезистору підключається третій змінний резистор, що дозволяє підвищити чутливість корегуючого дільника напруги. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованому проточному тепловому витратомірі, який містить відрізок трубопроводу, на зовнішній поверхні котрого встановлені нагрівач з джерелом теплової енергії компенсатор з напівпровідниковим терморезистором, та підключений до підсилювача корегуючий дільник напруги, виконаний у вигляді послідовно з'єднаних першого змінного резистора, напівпровідникового терморезистора і другого змінного резистора, в ньому паралельно напівпровідниковому терморезистору підключений третій змінний резистор. Для пояснення конструкції витратоміру і його роботи додаються креслення та його детальний опис. Запропонований витратомір складається з відрізку циліндричного трубопроводу 1, виготовленого з теплопровідного матеріалу (наприклад, сталі), корпусів нагрівача 2 і компенсатора 3, виготовлених з теплопровідного матеріалу (наприклад, міді, латуні, алюмінію) та приєднаних до зовнішньої поверхні трубопроводу 1 (наприклад, пайкою), у корпусі нагрівача 2 встановлюються і закріплюються теплопровідним і електроізолюючим матеріалом 4 (наприклад, теплостійким теплопровідним клеєм) джерело 5 теплової енергії та вимірювальний спай 6 термопари, у корпусі компенсатора 3 таким же чином встановлюються і закріплюються матеріалом 4 вільні кінці 7 термопари і напівпровідниковий терморезистор 8, вільні кінці 7 термопари електрично з'єднуються з входом підсилювача 9, до виходу якого підключений корегуючий дільник напруги, який складається з послідовно з'єднаних першого змінного резистора 10, напівпровідникового терморезистора 8 і другого змінного резистора 11. Для спрощення настроювання витратоміра для рідин з дуже слабкою залежністю коефіцієнта теплообміну від температури рідини у коректувальний дільник напруги паралельно напівпровідниковому терморезистору 8 додатково підключають третій змінний резистор 12. Корпус компенсатора 3 встановлюється на стінці трубопроводу 1 поза зоною 13 прогрівання стінки, яка утворюється біля корпусу нагрівача 2. Зовні трубопровід 1, включаючи зону прогрівання 13 стінки, разом з корпусами нагрівача 2, компенсатора 3 і розміщеними в них елементами вкривається суцільним шаром 14 теплоізоляції (наприклад, пінопластом) і закривається захисним кожухом 15. Робота запропонованого проточного теплового витратоміру здійснюється наступним чином. Джерело 5 теплової енергії безперервно виділяє постійну теплову потужність, основна її частина проходить крізь корпус нагрівача 2, стінку трубопроводу 1 і відбирається потоком рідини. При цьому у стінці трубопроводу 1 під корпусом 2 і у 55840 4 прилеглих ділянках створюється зона 13 прогрівання, розміри і температура якої залежать від коефіцієнта теплообміну між стінкою трубопроводу 1 і рідиною. Усереднена температура корпусу нагрівача tH, температури корпусу компенсатора tK, вимірювального спаю tc, вільних кінців tCK та рідини tP зв'язані між собою співвідношенням tH = tc = tp + tH; (1) tK = tcK = tP; (2) tH = tH-tp = tc-tCK, (3) де tH , °С - різниця між усередненою температурою корпусу нагрівача 2 і температурою рідини, що дорівнює різниці температур вимірювального спаю 6 термопари і вільних кінців 7 термопари. При постійній потужності джерела 5 теплової енергії і при відомому перерізі трубопроводу 1 величина tH сильно залежить від величини витрачання Q і слабо залежить від температури рідини tP (на кресленнях напрямок руху рідини у трубопроводі 1 зображений стрілкою). На вільних кінцях 7 термопари утворюється термічна електрорушійна сила (термо-ЕРС), пропорційна tH. Ця термо-ЕРС поступає на вхід підсилювача 9 і підсилюється, вихідна напруга UП підсилювача, аналогічно, сильно залежить від величини витрачання Q і слабо залежить від температури рідини tP. Корегуючий дільник напруги, який складається з резисторів 10, 11 (відповідно R1, R2) і напівпровідникового терморезистора 8 (Rt), забезпечує коефіцієнт передавання напруги Кк з виходу підсилювача 9 на вихід витратоміра Ubиx відповідно рівнянню KK = UBих/UП = R2/(R1+Rt + R2), (4) Rt = АеВ/Т, де R1, R2 - опір, Ом; А, В - відомі параметри терморезистора Rt; Т = 273 + tP , К - температура терморезистора. З (4) та (5) видно, що коефіцієнт передавання напруги Кк є нелінійною функцією температури рідини tP і при відомих значеннях параметрів А, В терморезистора 8 вигляд залежності Кк (tP) змінюється при різних комбінаціях величин R1, R2 . Оскільки для кожного конструктивного варіанту витратоміра, призначеного для вимірювання заданої рідини (наприклад, води) у заданому інтервалі значень витрачань (Qmin - Qmax) і в заданому інтервалі робочих температур (tPMiN - tpmax X криві U3 (Q3 tP) відомі (вони визначаються експериментальним шляхом), то можна для такого витратоміра, при відомих значеннях параметрів А і В терморезистора 8, підібрати значення величин R1 і R2 , при яких Кк (tP) приймає такі значення, що Uвиx = UП(Q3tp)KK(tP) = UBих (Q). (6) Тобто вихідна напруга витратоміра UВИХ стає тільки функцією витрачання Q і не залежить від температури рідини tP (вплив tP не виходить за межі допуску, наприклад не перевищує ±1% від Qmax ) Для спрощення настроювання витратоміра для рідин з дуже слабкою залежністю коефіцієнта теплообміну від температури tP в корегуючий дільник напруги додатково підключають третій змінний резистор 12 (R3), у цьому випадку коефі 5 55840 цієнт передавання напруги Кк визначається рівнянням Кк = UВИХ / UП = R2 / [R1 + R3 Rt / (R3 + Rt) + R2] . (7) Схема інженерного обчислення витратоміра наведена у статті Игумнов Н.И. "Термопреобразователь скорости потока". - "Измерительная техника", 1966, №6, с.76-78. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 6 Таким чином, корегуючий дільник напруги, підключений на виході підсилювача, дозволяє для кожного конструктивного варіанту витратоміра підібрати такий коефіцієнт передавання Кк, при якому виконується умова (6) і вихідний сигнал витратоміра - напруга на другому резисторі дільника - стає тільки функцією витрачання і не залежить від температури рідини tP, що протікає. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601