RU2209404C2 - Sensor for measurement of gas or liquid flow rate - Google Patents
Sensor for measurement of gas or liquid flow rate Download PDFInfo
- Publication number
- RU2209404C2 RU2209404C2 RU2001127543/28A RU2001127543A RU2209404C2 RU 2209404 C2 RU2209404 C2 RU 2209404C2 RU 2001127543/28 A RU2001127543/28 A RU 2001127543/28A RU 2001127543 A RU2001127543 A RU 2001127543A RU 2209404 C2 RU2209404 C2 RU 2209404C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- temperature
- frame
- sensitive
- housing
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 14
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title abstract description 16
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 28
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 5
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 4
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001261 rose's metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 1
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 description 1
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000011088 calibration curve Methods 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
- 239000002023 wood Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкости или газа в магистральных трубопроводах. The invention relates to measuring equipment and can be used to measure the flow of liquid or gas in pipelines.
Современные требования к измерению расхода жидкостей или газа разнообразны, однако основным требованием является высокая точность измерения, особенно к счетчикам и дозаторам. Возрастающие требования к надежности, качеству и экономической эффективности устройств контрольно-измерительной техники в наибольшей степени удовлетворяются теплообменными измерительными преобразователями, которые являются простыми по конструкции, экономически выгодными и надежными в эксплуатации. Modern requirements for measuring the flow rate of liquids or gas are diverse, but the main requirement is a high accuracy of measurement, especially for meters and dispensers. Increasing requirements for reliability, quality and economic efficiency of instrumentation technology devices are most satisfied by heat-exchange measuring transducers, which are simple in design, cost-effective and reliable in operation.
Известны тепловые расходомеры, основанные на измерении зависящего от расхода эффекта теплового воздействия на поток или тело, контактирующее с потоком [Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. Л.: Машиностроение. Ленингр. отделение, 1989. - 701 с.; Боровников Г.Н., Новожилов Б.М., Сарафанов В.Г. Бесконтактные расходомеры. - М.: Машиностроение, 1985. - 128 с.]. Принцип действия термоанемометрических расходомеров основан на зависимости от скорости (расхода) потока теплоотдачи первичного преобразователя (нагретого тела), помещенного в поток газа (реже жидкости). В качестве измеряемой величины, по которой судят о расходе, служит обычно либо температура преобразователя при постоянной мощности нагрева, либо мощность, при условии поддержания постоянной температуры преобразователя. Известно также, что по сравнению с другими типами тепловых расходомеров термоанемометрические расходомеры обладают более высокой точностью измерения и меньшей инерционностью. Однако их существенным недостатком является небольшая механическая прочность и нестабильность характеристик, вследствие чего необходимы их частые градуировки. Последнее объясняется тем, что в качестве первичного преобразователя или нагреваемого тела применяли металлические нити и пленки, полупроводниковые сопротивления в форме цилиндров и бусинок, термопары [Коротков П. А. , Беляев Д.В., Азимов Р.К. Тепловые расходомеры. - Л.: Машиностроение, 1969. - 176 с.]. Thermal flow meters are known based on the measurement of the flow-dependent effect of thermal effects on a stream or a body in contact with a stream [Kremlevsky P.P. Flowmeters and Counters: Reference. L .: Mechanical engineering. Leningrad Department, 1989 .-- 701 p .; Borovnikov G.N., Novozhilov B.M., Sarafanov V.G. Contactless flowmeters. - M.: Mechanical Engineering, 1985. - 128 p.]. The principle of operation of hot-air flow meters is based on the speed (flow) of the heat transfer stream of the primary transducer (heated body) placed in the gas stream (less often liquid). As the measured value by which the flow is judged, usually either the temperature of the converter at a constant heating power, or power, provided that the converter is kept at a constant temperature. It is also known that, compared to other types of heat flow meters, hot-wire anemometric flow meters have higher measurement accuracy and less inertia. However, their significant drawback is the small mechanical strength and instability of the characteristics, as a result of which their frequent graduations are necessary. The latter is explained by the fact that metal filaments and films, semiconductor resistances in the form of cylinders and beads, thermocouples were used as the primary transducer or heated body [Korotkov P. A., Belyaev D.V., Azimov R.K. Thermal flow meters. - L .: Engineering, 1969. - 176 p.].
Известен датчик термоанемометрического расходомера, содержащий измерительный и компенсационный терморезисторы [см. описание к авт. св. СССР 1264004, М. кл. G 01 F 1/68 от 10.01.85], которые расположены на пластине обтекаемого профиля, выполнены в виде металлической формы и покрыты защитной пленкой. Измерительный терморезистор реагирует на величину обтекающего потока, а компенсационный - корректирует показания термоанемометра в зависимости от изменяющейся температуры потока. Known sensor hot-air flow meter containing measuring and compensation thermistors [see description to author St. USSR 1264004, M. cl. G 01
Описанный выше датчик отличается простотой исполнения, однако характеристики его не стабильны. Конструкция датчика предъявляет высокие требования к точности его расположения относительно контролируемого потока, наличие полости может привести к деформации датчика и, как следствие, к увеличению погрешности. Конструкция датчика не позволяет использовать его в агрессивных и взрывоопасных средах. The sensor described above is notable for its simplicity, but its characteristics are not stable. The design of the sensor makes high demands on the accuracy of its location relative to the controlled flow, the presence of a cavity can lead to deformation of the sensor and, as a result, to an increase in error. The design of the sensor does not allow its use in aggressive and explosive atmospheres.
Известен также тепловой расходомер, содержащий корпус, в котором размещены два терморезистора, выполненные идентично и включенные в электрическую измерительную схему [см. описание к патенту РФ 2126956, М. кл. G 01 F 1/69 от 08.07.97] . Терморезистор первого преобразователя расположен в основном канале, выполненном в корпусе, а второго - в горле сужающего элемента в виде трубы Вентури. Терморезисторы выполнены проволочными и размещены на поверхности тонкостенных металлических трубок. Also known is a heat flow meter comprising a housing in which two thermistors are located, made identically and included in the electrical measuring circuit [see Description to the patent of the Russian Federation 2126956, M. cl. G 01 F 1/69 from 08/08/97]. The thermistor of the first converter is located in the main channel, made in the housing, and the second in the throat of the constricting element in the form of a venturi. Thermistors are made of wire and placed on the surface of thin-walled metal tubes.
Тепловой расходомер, выполненный в соответствии с описанным выше изобретением, имеет эксплуатационные возможности более широкие по сравнению с известными аналогичными расходомерами, на порядок более высокую точность, в 8-10 раз большее отношение наименьшего и наибольшего пределов измерений расхода, в несколько раз меньшее время выхода на режим. The heat flow meter, made in accordance with the above-described invention, has operational capabilities that are wider than the known similar flowmeters, an order of magnitude higher accuracy, an 8-10 times greater ratio of the smallest and largest limits of flow measurements, several times shorter exit times mode.
Однако описанный выше расходомер не может быть использован при высоких давлениях контролируемой среды, поскольку выполнен на основе тонкостенных металлических трубок (с толщиной стенок 0,05 мм). Он не может быть также использован для контроля взрывоопасных сред, так как корпус преобразователя выполнен негерметичным. However, the flowmeter described above cannot be used at high pressures of the controlled medium, since it is based on thin-walled metal tubes (with a wall thickness of 0.05 mm). It cannot also be used to control explosive atmospheres, since the transducer housing is leaky.
Наиболее близким к заявляемому решению по назначению, технической сущности и достигаемому результату при использовании является датчик для измерения расхода газа или жидкости, содержащий корпус из нержавеющей стали с закрытым нижним концом, каркас, выполненный из металла с высоким коэффициентом теплопроводности, размещенный в нижней части корпуса, изоляции, нанесенные на каркас и нагреватель [см. Описание к патенту РФ 2143667, М. кл. G 01 F 1/69 от 10.11.98]. В этом датчике каркас выполнен из металла с высоким коэффициентом теплопроводности, причем диаметр каркаса на 0,5 мм меньше внутреннего диаметра корпуса, слои изоляции выполнены из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, а в качестве заполнителя использован металл. Датчик описанной выше конструкции может осуществить два варианта работы. При одном поддерживается постоянной температура датчика, при втором - поддерживается постоянной разность температур между средой и поверхностью датчика (термопары, измеряющие температуру датчика и среды на чертеже не показаны). The closest to the claimed solution for the purpose, technical nature and the achieved result when using is a sensor for measuring gas or liquid flow, comprising a stainless steel housing with a closed lower end, a frame made of metal with a high coefficient of thermal conductivity, located in the lower part of the housing, insulation applied to the frame and heater [see Description to the patent of the Russian Federation 2143667, M. cl. G 01 F 1/69 from 11/10/98]. In this sensor, the frame is made of metal with a high coefficient of thermal conductivity, and the diameter of the frame is 0.5 mm less than the inner diameter of the housing, the insulation layers are made of material with a high coefficient of thermal conductivity, and metal is used as a filler. The sensor of the design described above can carry out two variants of operation. In one case, the temperature of the sensor is kept constant, in the second - the temperature difference between the medium and the surface of the sensor is kept constant (thermocouples measuring the temperature of the sensor and the medium are not shown in the drawing).
Так как тепловое сопротивление датчика предложенной конструкции меньше известных, то, по мнению заявителей, указанные известные зависимости потребляемой датчиком мощности от массового расхода среды и ее температуры выполняются с более высокой точностью, чем при использовании других датчиков. Since the thermal resistance of the sensor of the proposed design is less than known, according to the applicants, these known dependencies of the power consumed by the sensor on the mass flow rate of the medium and its temperature are performed with higher accuracy than when using other sensors.
Однако поскольку точность измерения температуры, которая зависит как от датчика температуры, так и от вторичного преобразователя, влияет на конечный результат, важно, чтобы ее измерение выполнялось более надежными средствами. В описанном выше решении температуру измеряют с помощью термопар, которые на фигуре не показаны. Однако известно, что тонкие металлические нити термопар, находясь в непрерывном соприкосновении с потоком, подвержены аэродинамической нагрузке, а также ударной нагрузке со стороны твердых частиц в потоке. Тяжесть условий работы усугубляется вибрациями, возникающими из-за пульсаций газового или жидкостного потока. However, since the accuracy of the temperature measurement, which depends on both the temperature sensor and the secondary transducer, affects the final result, it is important that its measurement be carried out by more reliable means. In the solution described above, the temperature is measured using thermocouples, which are not shown in the figure. However, it is known that thin metal filaments of thermocouples, being in continuous contact with the flow, are subject to aerodynamic loading, as well as shock loading from the side of solid particles in the stream. The severity of the working conditions is exacerbated by vibrations arising from pulsations of the gas or liquid flow.
Вибрационная нагрузка ускоряет разрушение термопар, вносит существенные погрешности в измерение. Кроме того, при определении потребляемой мощности, используя выходной сигнал нагревателя, необходимо вносить дополнительные коррекции, связанные с нелинейным характером изменения сопротивления нагревателя в зависимости от температуры, что вносит дополнительные погрешности при определении расхода измеряемой среды или существенно усложняет устройства вторичного преобразования. Vibration load accelerates the destruction of thermocouples, introduces significant errors in the measurement. In addition, when determining the power consumption using the output signal of the heater, it is necessary to make additional corrections related to the nonlinear nature of the change in the resistance of the heater depending on the temperature, which introduces additional errors in determining the flow rate of the measured medium or significantly complicates the secondary conversion device.
Поэтому целью предлагаемого технического решения является повышение точности измерения и стабильности характеристик датчика в сочетании с высокой механической прочностью, а также повышение точности измерения и стабильности показаний путем автоматического устранения зависимости выходного сигнала первичного преобразователя от изменения температуры контролируемой среды. Therefore, the purpose of the proposed technical solution is to increase the measurement accuracy and stability of the sensor characteristics in combination with high mechanical strength, as well as to increase the measurement accuracy and stability of readings by automatically eliminating the dependence of the output signal of the primary converter on the temperature change of the controlled environment.
Поставленная цель достигается тем, что в известном датчике для измерения расхода газа или жидкости, содержащем корпус из нержавеющей стали с закрытым нижним концом, каркас, выполненный из металла с высоким коэффициентом теплопроводности, размещенный в нижней части корпуса, изоляции, нанесенные на каркас, и нагревательный элемент, согласно изобретению, он содержит дополнительный каркас и два терморезистора, которые расположены на полых каркасах, размещенных в корпусе датчика, при этом каркас с терморезистором и нагревательным элементом расположен в нижней части корпуса датчика и образует нижний чувствительный элемент, каркас с терморезистором расположен в верхней части корпуса датчика и образует верхний чувствительный элемент, а расстояние между чувствительными элементами заполнено теплоизоляционным материалом. This goal is achieved by the fact that in the known sensor for measuring the flow of gas or liquid containing a stainless steel housing with a closed lower end, a frame made of metal with a high coefficient of thermal conductivity, located in the lower part of the housing, insulation applied to the frame, and heating the element according to the invention, it contains an additional frame and two thermistors that are located on the hollow frames placed in the sensor housing, the frame with a thermistor and a heating element located in the lower part of the sensor housing and forms the lower sensitive element, the frame with a thermistor is located in the upper part of the sensor housing and forms the upper sensitive element, and the distance between the sensitive elements is filled with heat-insulating material.
Согласно изобретению, нагревательный элемент может быть расположен в полости каркаса. According to the invention, the heating element may be located in the cavity of the frame.
Согласно изобретению, нагревательный элемент может быть расположен на внешней поверхности каркаса. According to the invention, the heating element may be located on the outer surface of the frame.
Использование полых каркасов для терморезисторов и нагревательного элемента позволяет разместить чувствительные элементы таким образом, чтобы исключить влияние на них иных факторов, кроме температуры. Разделение чувствительных элементов в корпусе датчика теплоизолирующим материалом сводит практически к нулю влияние нагревательного элемента на показания терморезистора, дающего информацию о температуре среды, расход которой измеряют. The use of hollow frames for thermistors and a heating element allows you to place sensitive elements in such a way as to exclude the influence of factors other than temperature. The separation of the sensitive elements in the sensor housing with insulating material minimizes the influence of the heating element on the readings of the thermistor, which gives information about the temperature of the medium, the flow rate of which is measured.
Как видно из изложения сущности заявляемого технического решения, оно отличается от прототипа и, следовательно, является новым. As can be seen from the statement of the essence of the claimed technical solution, it differs from the prototype and, therefore, is new.
Решение также обладает изобретательским уровнем. В основу изобретения поставлена задача улучшения датчика для измерения расхода газа или жидкости, в котором, вследствие его выполнения с дополнительным каркасом и двумя терморезисторами, которые расположены на полых каркасах, размещенных в корпусе, образования каркасом с терморезистором и нагревательным элементом нижнего чувствительного элемента, расположенного в нижней части корпуса датчика, образования каркасом с терморезистором верхнего чувствительного элемента, расположенного в верхней части корпуса датчика, и заполнения расстояния между чувствительными элементами теплоизоляционным материалом, обеспечивается равномерный нагрев нижнего терморезистора в диапазоне температур, исключающем быстрое старение материала, устранение влияния на его показания других параметров среды, автоматическая компенсация изменения температуры контролируемой среды, и за счет этого упрощается работа вторичного преобразователя, повышается точность измерений и увеличивается стабильность показаний датчика. The solution also has an inventive step. The basis of the invention is the task of improving the sensor for measuring the flow of gas or liquid, in which, due to its implementation with an additional frame and two thermistors, which are located on the hollow frames placed in the housing, the formation of the frame with a thermistor and a heating element of the lower sensitive element located in the lower part of the sensor housing, the formation of the frame with a thermistor of the upper sensitive element located in the upper part of the sensor housing, and filling the distance The temperature between the sensitive elements of the heat-insulating material ensures uniform heating of the lower thermistor in a temperature range that excludes rapid aging of the material, eliminates the influence of other environmental parameters on its readings, automatically compensates for changes in the temperature of the controlled medium, and due to this the operation of the secondary converter is simplified, the measurement accuracy is increased and the stability of the sensor readings increases.
Известны термоанемометры с преобразователем косвенного нагрева [Коротков П. А. , Беляев Д.В., Азимов Р.К. Тепловые расходомеры. - Л.: Машиностроение, 1969. - 176 с.]. Достоинством известного термоанемометра является стабильность градуировочной кривой, возможность ее унификации, а также высокая механическая прочность. Known hot-wire anemometers with an indirect heating transducer [Korotkov P. A., Belyaev D.V., Azimov R.K. Thermal flow meters. - L .: Engineering, 1969. - 176 p.]. The advantage of the known hot-wire anemometer is the stability of the calibration curve, the possibility of its unification, as well as high mechanical strength.
Однако, как указано в упомянутом источнике информации, недостатком является сравнительная сложность изготовления преобразователя малых размеров, значительная инерционность (время установления т.э.д.с. равно 40-50 сек), изменение условий теплообмена от положения датчика в потоке. However, as indicated in the mentioned source of information, the disadvantage is the comparative complexity of manufacturing a small-sized converter, significant inertia (the establishment time of the emf is 40-50 seconds), and the change in heat transfer conditions from the position of the sensor in the stream.
Предлагаемое техническое решение лишено, по крайней мере, двух последних недостатков, поскольку в качестве терморезисторов использованы не термопары, которые выполнены из проволоки 0,3-0,5 мм, а обмотки, выполненные проводом с диаметром 0,05 мм, например из платины или меди, расположенные на каркасах, изготовленных из материала с высокой теплопроводностью, что обеспечивает значительно меньшую инерционность. Размещение чувствительных элементов в едином корпусе позволяет минимизировать размеры датчика, и тем самым снизить его сопротивление потоку контролируемой среды, уменьшить погрешность измерения. The proposed technical solution is devoid of at least the last two drawbacks, since the thermistors are not thermocouples, which are made of 0.3-0.5 mm wire, but windings made of a wire with a diameter of 0.05 mm, for example, platinum or copper located on frames made of a material with high thermal conductivity, which provides significantly less inertia. The placement of sensitive elements in a single housing allows you to minimize the size of the sensor, and thereby reduce its resistance to the flow of a controlled environment, to reduce the measurement error.
Кроме того, поскольку временная стабильность чувствительных элементов датчика определяется относительным изменением сопротивлений измерительных цепей в течение длительного времени, разделение измерительных и нагревательных цепей в предлагаемом решении позволяет до минимума снизить величину измерительного тока, а следовательно и перегрев проволочных чувствительных элементов, что обеспечивает на порядок более высокую стабильность характеристик датчика в сравнении с прототипом в течение длительного времени и существенно увеличивает межповерочный период. In addition, since the temporary stability of the sensitive elements of the sensor is determined by the relative change in the resistance of the measuring circuits over a long time, the separation of the measuring and heating circuits in the proposed solution allows to minimize the value of the measuring current, and therefore the overheating of the wire sensitive elements, which provides an order of magnitude higher stability of the characteristics of the sensor in comparison with the prototype for a long time and significantly increasing is intertesting period.
Размещение в корпусе датчика верхнего чувствительного элемента, измеряющего температуру потока контролируемой среды, позволяет вносить в расчеты параметры среды при конкретной температуре, и тем самым обеспечить точность измерений до ±1,0% в диапазоне расходов Qmax>Qm>0,2 Qmax и 2,0% в диапазоне расходов 0,2Qmax>Qm>Qmin, где Qm - массовый расход.The placement in the sensor housing of the upper sensitive element, which measures the temperature of the flow of the controlled medium, allows you to enter the calculation of the parameters of the medium at a specific temperature, and thereby ensure measurement accuracy of up to ± 1.0% in the flow range Q max > Q m > 0.2 Q max and 2.0% in the flow range 0.2Q max > Q m > Q min , where Q m is the mass flow.
Предлагаемое техническое решение находит широкое применение в промышленности для измерения расхода газа или жидкости в магистральных трубопроводах. The proposed technical solution is widely used in industry for measuring the flow of gas or liquid in pipelines.
Фиг.1. Датчик для измерения расхода газа или жидкости (в сборе). Figure 1. Sensor for measuring gas or liquid flow rate (complete).
Фиг. 2. Чувствительный элемент с нагревательным элементом в полости каркаса. FIG. 2. A sensitive element with a heating element in the cavity of the frame.
Фиг.3. Электрическая схема первичного преобразователя датчика. Figure 3. The electric circuit of the sensor primary converter.
Датчик для измерения расхода газа или жидкости (фиг.1) содержит корпус 1 с закрытым нижним концом, каркас 2, выполненный, например, из меди, размещенный в нижней части корпуса, и представляющий собой основу нижнего чувствительного элемента (НЧЭ). В полости каркаса 2 расположена капсула 3, выполненная из электроизоляционного материала с высокой теплопроводностью, например из бериллиевой керамики (BeO), в которую помещен нагревательный элемент 4. Нагревательный элемент 4 представляет собой низкоомный резистор, например проволочный. Для достижения максимальной теплопередачи готовую капсулу 3 вплавляют в каркас 2 с луженой внутренней поверхностью при помощи низкотемпературного сплава, например сплава Розе, с Тпл=93-96oС. На внешней поверхности каркаса 2 расположен проволочный терморезистор 5, выполненный из платины или меди. На каркасе 2 установлена контактная планка 6, выполненная из двухстороннего фольгированного материала, на дорожках которой закреплены выводы нагревательного элемента 4 и терморезистора 5. Второй каркас 7, являющийся основой верхнего чувствительного элемента (ВЧЭ), выполненный также из материала с высокой теплопроводностью, расположен также в корпусе 1 на расстоянии от нижнего чувствительного элемента, исключающем влияние нагревательного элемента 4 на терморезистор 8, который расположен на внешней поверхности каркаса 7. Контактная планка 6 проходит внутри каркаса 7, а пространство между каркасами 2 и 7 заполнено теплоизолирующим материалом, например фторопластом, компаундом и т.п.The sensor for measuring the flow of gas or liquid (figure 1) contains a
Возможно и другое выполнение нижнего чувствительного элемента (фиг.2). В этом случае нагревательный элемент 9 располагают на внешней поверхности каркаса 2, а терморезистор 10 размещают на стержне 11, также выполненном из материала с высокой теплопроводностью, например из меди. Зазор между терморезистором и каркасом заполняют легкоплавким материалом, например сплавом Розе, с Тпл=93-96oС.Another embodiment of the lower sensitive element is also possible (FIG. 2). In this case, the
Верхний и нижний чувствительные элементы составляют первичный преобразователь, схема подключения которого показана на фиг.3. Контакты 12 и 13 соответствуют подключению нагревательного элемента 4 (9), 14 и 15 - терморезистора 5(10) нижнего чувствительного элемента, 16, 17 - терморезистора 8 верхнего чувствительного элемента. The upper and lower sensitive elements make up the primary Converter, the connection diagram of which is shown in Fig.3.
Для повышения теплопередачи, а следовательно, и быстродействия датчика верхний и нижний чувствительные элементы подвергают меднению, затем вплавляют в корпус 1, с предварительно луженой внутренней поверхностью, при помощи низкотемпературного сплава, например сплава Вуда с Тпл=66-70oС.To increase heat transfer and, consequently, the speed of the sensor, the upper and lower sensitive elements are subjected to copper plating, then fused into the
Заявляемое устройство пригодно для осуществления двух вариантов работы термоанемометрических расходомеров. The inventive device is suitable for the implementation of two options for the operation of hot-air flow meters.
В первом случае, при поддержании постоянной мощности для нагрева НЧЭ, разность температур НЧЭ и ВЧЭ зависит от массового расхода, т.е. δT=f(Qm). Во втором случае, при поддержании постоянной разности температур между ВЧЭ и НЧЭ мощность зависит от массового расхода, т.е. W=f(Qm).In the first case, while maintaining a constant power for heating LSE, the temperature difference between LSE and HSE depends on the mass flow, i.e. δT = f (Q m ). In the second case, while maintaining a constant temperature difference between the VChE and NCHE, the power depends on the mass flow rate, i.e. W = f (Q m ).
Датчик расхода газа или жидкости работает следующим образом. При включении электрической измерительной схемы через контакты 12-17 на терморезистор 5(10) и терморезистор 8 подают небольшой, не нагревающий их электрический ток для измерения их сопротивления. После включения нагревательного элемента 4 в электрическую цепь через контакты 12 и 13 фиксируют разность температур между ВЧЭ и НЧЭ. Движущаяся контролируемая среда способна изменять эту разность. Измерение расхода осуществляют путем либо измерения разности температур между НЧЭ и ВЧЭ, либо путем определения мощности нагревателя, обеспечивающего постоянную разность температуры. The gas or liquid flow sensor operates as follows. When you turn on the electrical measuring circuit through the contacts 12-17 on the thermistor 5 (10) and the thermistor 8 serves a small, not heating them electric current to measure their resistance. After turning on the heating element 4 in the electric circuit through the
Терморезисторы 5(10) и 8, а также нагревательный элемент 4(9) включены в электрическую измерительную схему, которая построена на базе ЭВМ с обеспечением коррекции величины выходного электрического сигнала для получения линейной зависимости электрической мощности от расхода контролируемой среды. Thermistors 5 (10) and 8, as well as a heating element 4 (9), are included in the electrical measuring circuit, which is built on the basis of a computer with correction of the output electric signal to obtain a linear dependence of the electric power on the flow rate of the controlled medium.
Как видно из изложения сущности и примера осуществления предлагаемого технического решения, оно обеспечивает повышение точности измерения и стабильность характеристик датчика. Прочный герметичный корпус датчика позволяет использовать его во взрывоопасных и агрессивных средах с высоким давлением. As can be seen from the presentation of the essence and example implementation of the proposed technical solution, it provides improved measurement accuracy and stability of the sensor characteristics. The robust, sealed transducer housing allows its use in explosive and aggressive environments with high pressure.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001127543/28A RU2209404C2 (en) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | Sensor for measurement of gas or liquid flow rate |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001127543/28A RU2209404C2 (en) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | Sensor for measurement of gas or liquid flow rate |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2209404C2 true RU2209404C2 (en) | 2003-07-27 |
Family
ID=29210601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001127543/28A RU2209404C2 (en) | 2001-10-12 | 2001-10-12 | Sensor for measurement of gas or liquid flow rate |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2209404C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2753155C1 (en) * | 2021-01-19 | 2021-08-12 | Олег Алексеевич Беляев | Thermal fluid meter |
-
2001
- 2001-10-12 RU RU2001127543/28A patent/RU2209404C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2753155C1 (en) * | 2021-01-19 | 2021-08-12 | Олег Алексеевич Беляев | Thermal fluid meter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6628202B2 (en) | Thermal dispersion mass flow rate and liquid level switch/transmitter | |
| US5233868A (en) | Non-intrusive mass flow measuring apparatus and method | |
| US4972708A (en) | Thermal mass flow-meter particularly for gases | |
| US6125695A (en) | Method and apparatus for measuring a fluid | |
| US8423304B2 (en) | Thermal, flow measuring device | |
| JP2018506042A (en) | MEMS thermal flow sensor and method for measuring fluid flow rate | |
| US3898638A (en) | Differential temperature sensor system and improvements in a fluid flow detector | |
| KR20060134161A (en) | Method and system for accurately measuring and controlling the flow rate of low velocity fluid | |
| US7650783B2 (en) | Thermal mass flow meter | |
| RU2286544C2 (en) | Measuring transformer of vortex-type flow | |
| US8583385B2 (en) | Thermal, flow measuring device | |
| US12092502B2 (en) | Non-invasive thermometer | |
| JPH07218308A (en) | Flow-rate measuring device | |
| RU2209404C2 (en) | Sensor for measurement of gas or liquid flow rate | |
| JP4095362B2 (en) | Flowmeter | |
| Sarma et al. | Automated constant voltage anemometer for measurements with fluid temperature drifts | |
| JP3210530B2 (en) | Thermistor flow rate sensor | |
| US20240402019A1 (en) | Thermometer with improved measurement accuracy | |
| UA47865A (en) | Sensor for measuring gas or loquid flow rate | |
| WO2003106933A1 (en) | High accuracy measuring and control of low fluid flow rates | |
| KR20110006869U (en) | Unequal length sensor element of thermal mass flow meter | |
| JP3998295B2 (en) | Mass flow meter | |
| SU1068807A1 (en) | Flowmeter | |
| JPH0140013Y2 (en) | ||
| JP3502085B2 (en) | Measuring device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20041013 |