Патент на изобретение №2276331

(54) ТЕПЛОВОЙ РАСХОДОМЕР

(57) Реферат:

Изобретение относится к области измерительной техники. Расходомер содержит установленные на трубопроводе транзистор-нагреватель и два датчика температуры, включенные в мостовую схему, два источника опорного напряжения, сумматор, индикатор расхода. Изобретение обеспечивает повышение точности измерения за счет используемой в устройстве схемы преобразования напряжения в ток, выполненной на транзисторе-нагревателе, операционном усилителе и токозадающем резисторе, а также благодаря стабилизации напряжения сток-исток транзистора с помощью стабилизатора напряжения и повторителя напряжения. 1 ил.

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к тепловым устройствам для измерения расхода жидкости или газа.

Известный тепловой расходомер [1] состоит из трубопровода, на котором находятся датчики температуры, расположенные по обе стороны от нагревающего транзистора, и измерительной схемы, сигнал на выходе которой с определенной степенью приближения пропорционален мощности отдаваемой нагревающим транзистором потоку. В частности, погрешности измерения обусловлены нестабильностью напряжений база-эмиттер (Uбэ) нагревающего транзистора и транзистора, используемого для преобразования напряжения в ток, которые зависят от тока эмиттера и температуры. Измерительная схема не учитывает ту часть мощности, которая рассеивается на переходе база-эмиттер нагревающего транзистора. В ней использован преобразователь напряжения в ток имеющий низкую точность.

Заявляемое изобретение предназначено для решения задачи повышения точности измерения.

Поставленная задача решается тем, что известный тепловой расходомер, содержащий установленные на трубопроводе транзистор-нагреватель и два датчика температуры, расположенные по обе стороны от нагревателя и включенные в мостовую схему, два других плеча которой образованы постоянными резисторами, усилитель разбаланса, включенный в одну из диагоналей мостовой схемы, источник опорного напряжения, включенный в основную диагональ мостовой схемы, токозадающий резистор и операционный усилитель, согласно изобретению дополнительно содержит сумматор, повторитель напряжения, стабилизатор напряжения, индикатор расхода и второй источник опорного напряжения, к первому входу сумматора подключен выход усилителя разбаланса, ко второму входу сумматора подключен второй источник опорного напряжения, выход сумматора подключен к неинвертирующему входу ОУ, выход ОУ соединен с затвором транзистора-нагревателя, исток транзистора соединен с инвертирующим входом ОУ, со входом повторителя напряжения и, через токозадающий резистор, с общим проводом схемы, выход повторителя напряжения соединен с общим выводом стабилизатора напряжения, выход стабилизатора напряжения соединен со стоком транзистора, вход стабилизатора напряжения соединен с источником питания, а к выходу усилителя разбаланса подключен индикатор расхода.

На чертеже приведена блок-схема расходомера.

Расходомер состоит из трубопровода 1, датчиков температуры 2 и 3, расположенных по обе стороны от нагревающего транзистора 4, припаянного теплоотводом к трубопроводу, резисторов 5, соединенных в мостовую схему с датчиками температуры, источника 6 опорного напряжения, подсоединенного к одной из диагоналей мостовой схемы, усилителя 7 разбаланса, включенного в другую диагональ мостовой схемы, сумматора 8, одним из входов подсоединенного к выходу усилителя разбаланса, а другим – ко второму источнику опорного напряжения 9, операционного усилителя 10 (ОУ), неинвертирующий вход которого соединен с выходом сумматора, выход ОУ соединен с затвором транзистора-нагревателя, исток транзистора соединен с инвертирующим входом ОУ, со входом повторителя напряжения 11 и через токозадающий резистор 12 – с общим проводом схемы, выход повторителя напряжения соединен с общим выводом стабилизатора напряжения 13, выход стабилизатора напряжения соединен со стоком транзистора, вход стабилизатора напряжения соединен с источником питания 14, а к выходу усилителя разбаланса подключен индикатор расхода 15.

Расходомер работает следующим образом.

Усилитель разбаланса усиливает сигнал, поступающий с мостовой схемы, образованной датчиками температуры 2 и 3, резисторами 5. Датчик температуры 2 установлен рядом с транзистором, а датчик 3 должен располагаться со стороны входа потока вещества в трубопровод на достаточно большом расстоянии от транзистора, поскольку при симметричном относительно транзистора расположении датчиков 2 и 3 невозможно получить заданную разность T температур датчиков при нулевой скорости потока вещества. Мост разбалансирован таким образом, чтобы при выбранном значении разности температур датчиков T напряжение на выходе усилителя разбаланса равнялось нулю. При нулевой скорости потока (U=0) при первоначальной настройке устройства устанавливается такая величина напряжения V_a на выходе источника опорного напряжения 9, при которой напряжение V_b на выходе усилителя разбаланса 7 будет равно нулю. При этом на транзисторе 4 рассеивается стационарная составляющая мощности P_a.

При движении жидкости по трубопроводу часть тепла отбирается потоком от транзистора-нагревателя 4, напряжение разбаланса V_b с выхода усилителя разбаланса поступает на первый вход сумматора 8. На второй вход сумматора подается напряжение V_a от источника 9. Напряжение V_c=V_a+V_b с выхода сумматора поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя 10, выходное напряжение ОУ поступает на затвор транзистора и открывает его таким образом, чтобы напряжение на токозадающем резисторе 12 и на инвертирующем входе ОУ было равно напряжению на выходе сумматора. При этом ток стока транзистора 4 устанавливается равным I_c=(V_а+V_ь)/R, где R – величина сопротивления резистора 12. Стабилизатор напряжения 13 поддерживает постоянную величину напряжения между истоком и стоком транзистора. Повторитель напряжения 11 исключает протекание тока общего вывода стабилизатора напряжения 13 через резистор 12.

Посредством тепловой обратной связи схема расходомера изменяет отдаваемую нагревающим транзистором мощность и разность температур датчиков 2 и 3 поддерживается постоянной. Мощность, рассеиваемая на транзисторе-нагревателе 4, P_c=I_cV_s, где V_s – выходное напряжение стабилизатора 13. Она состоит из стационарной составляющей P_a=I_aV_s, соответствующей нулевой скорости потока (U=0), и динамической составляющей P_b=I_bV_s, соответствующей той части полной мощности Р_с, которая компенсирует потери тепла, уносимого потоком движущейся жидкости. Поскольку P_b˜I_b˜V_b, то на индикатор расхода 15 подается напряжение V_b, пропорциональное динамической мощности Р_b, которая пропорциональна расходу среды.

Повышение точности измерения в предлагаемом устройстве достигается за счет и использования схемы точного преобразования напряжения в ток на элементах 4, 10, 12 и стабилизации напряжения сток-исток транзистора 4 с помощью стабилизатора напряжения 13 и повторителя напряжения 11.

Использованная литература:

1. Авт.св. СССР №1456789, кл. G 01 F 1/68, 07.02.89. Бюл. №5.

Формула изобретения

Тепловой расходомер, содержащий установленные на трубопроводе транзистор-нагреватель и два датчика температуры, расположенные по обе стороны от нагревателя и включенные в мостовую схему, два других плеча которой образованы постоянными резисторами, усилитель разбаланса, включенный в одну из диагоналей мостовой схемы, источник опорного напряжения, включенный в основную диагональ мостовой схемы, токозадающий резистор и операционный усилитель, отличающийся тем, что дополнительно содержит сумматор, повторитель напряжения, стабилизатор напряжения, индикатор расхода и второй источник опорного напряжения, к первому входу сумматора подключен выход усилителя разбаланса, ко второму входу сумматора подключен второй источник опорного напряжения, выход сумматора подключен к неинвертирующему входу операционного усилителя, выход операционного усилителя соединен с затвором транзистора-нагревателя, исток транзистора соединен с инвертирующим входом операционного усилителя, со входом повторителя напряжения и через токозадающий резистор с общим проводом схемы, выход повторителя напряжения соединен с общим выводом стабилизатора напряжения, выход стабилизатора напряжения соединен со стоком транзистора, вход стабилизатора напряжения соединен с источником питания, а к выходу усилителя разбаланса подключен индикатор расхода.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 09.12.2006

Извещение опубликовано: 20.06.2008 БИ: 17/2008