Тепловой преобразователь расхода газа

 

1. ТЕПЛОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ РАСХОДА ГАЗА в электрический сигнал, содержащий корпус с внутренним горизонтальным каналом для пропускания газа, нагреватель и два термочувствительных элемента, расположенных симметрично относительно плоскости,проходящей через нагреватель перпендикулярно направлению канала, отличающийся тем, что, с целью повьшения чувствительности при регистрации малых потоков газа, нагреватель расположен ниже уровня размещения термочувствительных элементов. 2. Преобразователь по п.1, о т ли чающий С я тем, что нагреватель расположен под горизонтальным каналом в дополнительной газовой полости , пересекающей горизонтальный канал над нагревателем. 3.Преобразователь по п.1, о т личающийся тем, что над горизонтальным каналом симметрично относительно плоскости, проходящей через нагреватель перпендикулярно направлению канала, расположены две разделенные перегородкой, сообщающиеся с каналом дополнительные полости, открытые книзу, при этом термочувствительные элементы размещены в этих полостях. 4.Преобразователь по п.З, о т личающийся тем, что стенки g дополнительных полостей и перегород (Л ка между ними вьтолнены теплоизолирующими , например полыми. 5.Преобразователь по пп.З и 4, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергопотребления. Горизонтальный канал содержит дополнительную полость сферической формы, в центре которой расположен нагреваа тель, поверхности дополнительных по лостей, в которых расположены термо чувствительные элементы, имеют форму со сфер, в центре которых помещены тер4 мочувствительные элементы, причем все поверхности сферических полостей выполнены зеркальными.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1167434 (511 С 01 F 1/68

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3214871/18-10; 3215994/18-10;

32591 79/18-10 (22) 05. 12.80 (23) 05. 12. 80 — по пп. 1 и 2;

06.03.81 — по пп.3 и 4;

11.12.80 — по п.5 (46) 15.07.85. Бюл. Р 26 (72) A.О.Салль и М.А.Салль (53) 681. 121. 83 (088. 8) (56) Бошняк Л.О. Измерения при теплотехнических исследованиях. Л., Машиностроение, 1974, с. 376, рис. 158 б, Там же, рис. 158 а. (54) (57) 1. ТЕПЛОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

РАСХОДА ГАЗА в электрический сигнал, содержащий корпус с внутренним горизонтальным каналом для пропускания газа, нагреватель и два термочувствительных элемента, расположенных симметрично относительно плоскости,проходящей через нагреватель перпендикулярно направлению канала, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности при регистрации малых потоков газа, нагреватель расположен ниже уровня размещения термочувствительных элементов.

2. Преобразователь по п.1, о т— л и ч а ю шийся тем, что нагреватель расположен под горизонтальным каналом в дополнительной газовой полости, пересекающей горизонтальный канал над нагревателем.

3. Преобразователь по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что над горизонтальным каналом симметрично относительно плоскости, проходящей через нагреватель перпендикулярно направлению канала, расположены две разделенные перегородкой, сообщающиеся с каналом дополнительные полости, открытые книзу, при этом термочувствительные элементы размещены в этих полостях.

4. Преобразователь по п.3, о т— л и ч а ю шийся тем, что стенки е дополнительных полостей и перегородка между ними выполнены теплоизолирующими, например полыми.

5. Преобразователь по пп.3 и 4, отличающийся тем, что, с целью уменьшения энергопотребления, горизонтальный канал содержит допол-, мм нительную полость сферической формы, ривка в центре которой расположен нагреватель, поверхности дополнительных полостей, в которых расположены термо- р чувствительные элементы, имеют форму © сфер, в центре которых помещены термочувствительные элементы, причем все поверхности сферических полостей выполнены .зеркальными, 1167434

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в измерительных устройствах и системах, содержащих преобразователи расхода газа — устройства, непосредст- 5 венно воспринимающие расход газа и преобразующие его в другую величину (электрический "сйгнал), удобную для измерения. :4 ф;

Цель изобретени — повышение чув- 10 ствительности прй рргистрации малых фГ Ф потоков газа и* уменЬшение энергопотребления.

- 1А--

На фиг.1"изображен вариант преобразователя с нагревателем, расположенным под горизонтальным каналом, на фиг.2 — вариант преобразователя с двумя открытыми книзу дополнительными полостями с термочувствительными элементами, на фиг.3 — вариант пре- 20 образователя со сферическими зеркалами.

На чертежах изображены общие виды вариантов предлагаемого теплового преобразователя расхода газа с разрезом его вертикальной плоскостью, проходящей через нагреватель и центры термочувствительных элементов.

Преобразователь имеет вертикально расположенную плоскость симметрии, З0 перпендикулярную вертикальной плоскости, которая проходит через нагреватель и термочувствительные элементы. Линия пересечения этих плоскостей обозначена на чертежах штрих- д пунктирными линиями.

Вариант преобразователя с вынесен. ным вниз нагревателем (фиг.1) применим преимущественно при малой высоте поперечного сечения горизонтально-40 го канала. Преобразователь имеет камеру с корпусом 1, изготовлен из хорошо теплопроводящего материала (например, металла). Корпус имеет вертикальную плоскость симметрии, пер- 45 пендикулярную оси горизонтального канала, который расположен внутри горизонтальных трубок 2 и 3. Линия пересечения этой плоскости симметрии с плоскостью чертежа обозначена вер- 50 тикальной штрих-пунктирной линией.

Эти горизонтальные трубки выполнены также иъ хорошо теплопроводящего материала (например, металла) и расположены симметрично относительно 55 плоскости симметрии, перпендикулярной оси канала. Так же симметрично размещен и выполнен экран 4 в виде перевернутого стакана с отверстием в центре дна. Экран изготовлен из теплоизолирующего материала. Элементы 2-4 расположены внутри камеры так, что они не касаются передней и задней плоских стенок камеры, параллельных плоскости чертежа. Между этими элементами и корпусом камеры имеются вертикально расположенные зазоры (щели) (ширина которых на фиг. 1 ограничена вертикальными пунктирными линиями). Термочувствительные элементы 5 и 6 расположены соответственно в левой и правой частях

7 и 8 горизонтального канала, размещенных внутри горизонтальных трубок

2 и 3. Термочувствительные элементы включены в электрическую измерительную схему (не показана) обычным образом. Нагреватель 9 газа выполнен в виде нихромовой спирали. Ее выводные концы 10 выполнены медненными для уменьшения потерь электроэнергии.

Эти выводы закреплены с помощью электрических и тепловых изоляторов 11 на корпусе преобразователя. Изоляторы также герметизируют внутреннюю полость камеры с нижней стороны. Спираль электроподогрева размещена ниже термочувствительных элементов 5 и 6, она расположена под горизонтальным каналом 7-8 внутри дополнительной полости, под экраном 4 и под общей частью для канала и дополнительной полости.

В частности, нагреватель 9 расположен под вертикальной щелью 12, которая

Ф образована торцами горизонтальных трубок 2 и 3. Дополнительная. газовая полость содержит нижнюю часть 13, расположенную ниже нагревателя 9 и верхняя часть 14 полости.

Находящаяся непосредственно под экраном 4 порция газа нагревается от спирали 9. Нагретый газ через верти- . кальную щель 12 непрерывно поступает в верхнюю часть 14 полости. Здесь газ охлаждается и вдоль холодных стенок корпуса опускается вниз — в нижнюю часть 13 полости, расположенную ниже нагревателя 9. Отсюда газ засасывается под экран 4 к нагревателю и т.д. В результате, в той части горизонтального канала, которая является общей с вертикальной щелью, непрерывно поддерживается повышенная температура газа.

Пусть, например, измеряемый газовый поток направлен слева направо.

1167434

При подключенном электронагревателе

9 измеряемая разность температур элементов 6 и 5 в основном обеспечивается за счет нагретого газа, частично проталкиваемого измеряемым потоком 5 из вертикальной щели 12 в правую часть горизонтального канала 8. При этом, чем больше измеряемый расход газа, тем больше горячего газа достигает термочувствительного элемента 6 и тем больше измеряемая разность-температур элементов 6 и 5. Последнюю воспринимают в виде электрического сигнала, по величине которого и судят о величине измеряемого расхода.

В случае сравнительно большой вы15 соты поперечного сечения горизонтального канала, когда чувствительность преимущественно ограничена конвекцией (а не излучением от нагревателя к чувствительным элементам), преимущественно применим вариант, изображенный на фиг.2.

Все элементы преобразователя размещены внутри корпуса 15, изготовленного из хорошо теплопроводящего материала, например металла. Преоб20

25 метрии с плоскостью чертежа обозначе-, на на фиг.2 вертикальной штрих-пунктирной линией. Внутри горизонтального канала 16 расположен нагреватель

17, выполненный в виде одной или ряда параллельных натянутых металлических нитей (в частности вольфрамовых), которые размещены в основной плоскости симметрии преобразователя.

Термочувствительные элементы 18 и

19 сферического "бусинкового или цилиндрического типов расположены выше уровня размещения нагревателя.

Для большего повышения чувствительности преобразователя расхода газа над горизонтальным каналом 16 расположены две дополнительные сообщающиеся с каналом полузамкнутые полости 20 и 21, открытые книзу. В каждой из полостей размещено по одному термочувствительному элементу

18 и 19. Полости отделены друг от друга вертикальной полой перегородкой 22, которая расположена над на45

55 гревателем, причем полости с перегородкой выполнены симметрично относительно плоскости симметрии (вертикальная штрих-пунктирная линия). разователь имеет плоскость симметрии, перпендикулярную плоскости чертежа.

Линия пересечения этой плоскости сим-30

Стенки дополнительных полостей 20 и

21, включая и перегородку 22 между ними, выполнены теплоизолирующими, например в виде вакуумированной или газонаполненной теплоизолирующей полости 23, отделенной снизу тонким призматическим или цилиндрическим экраном 24 в виде двустороннего металлического (или металлизированного) зеркала с малым значением степени черноты. Левая и правая половины экрана 24 в месте соединения образуют при этом полую перегородку 22 между полостями 20 и 21.

Предлагаемый преобразователь (вариант, изображенный на фиг.2), работает следующим образом.

Соприкасающаяся с нагревателем порция газа становится более нагретой, чем остальной газ в полости преобразователя. В результате в камере преобразователя возникают восходящие газовые струи с двух сторон нагре" вателя (слева и справа), которые повышают температуру газа вокруг термочувствительных элементов. Если изиеряемый газовый поток отсутствует, то оба термочувствительных элемента нагреты до одинаковой температуры, и равен нулю выходной сигнал измерительной системы, к которой дифференциально (раэностно) подключены термочувствительные элементы.

Если измеряемый газовый поток на-, правлен, например, слева направо,восходящие от нагревателя струи нагретого газа отклоняются измеряемым потоком вправо, нагревая элемент 19 до .более высокой температуры, чем элемент

18. Чем больше измеряемый поток, тем больше струи нагретого газа отклоняются вправо и тем больше измеряемая разность температур элементов 19 и

18. Последнюю воспринимают в виде электрического сигнала, по значению которого и судят о значении измеряемого расхода газа.

Благодаря наличию дополнительных полостей 20 и 21 нагретый газ от нагревателя поднимается в эти полости, а не удаляется от термочувствительных элементов 18 и 19 по верхним частям горизонтального канала. При наличии контролируемого расхода преимущественно заполняется та из полостей, которая расположена (по ходу газа) за нагревателем. Благодаря такому разделению порций газа по темпе1167434 ратуре и аккумуляции тепла в полостях с термочувствительными элементами также увеличивается их нагрев и повышается чувствительность теплового преобразователя. Благодаря выполне-, 5 нию стенок дополнительных полостей

20 и 21 теплоизолирующими, поступающий в эти полости нагретый газ меньше охлаждается и термочувствительные элементы нагреваются до более высоких1О температур, что также приводит к увеличению чувствительности преобразователя.

Вариант осуществления теплового преобразователя расхода газа в электрический сигнал, изображенный на фиг.3, содержит корпус преобразователя, выполненный из нагревательной и измерительной камер. Изготовленная из хорошо теплопроводящего материала,>p например металла, стенка 25 нагревательной камеры выполнена с внутренней стороны в виде сферического зеркала

26, ограничивающего снаружи внутреннюю сферическую полость 27. Последняя 5 разделена пополам вертикальной перегородкой 28 с центральным сферическим отверстием 29, в котором разме-. щен нагреватель 30, имеющий форму, которая близка к сферической. Обра- 30 щенная к нагревателю часть поверхнос. ти перегородки также выполнена в виде сферического зеркала 31 .частично ограничивающего снаружи полость сферического отверстия 29. Центры сферических поверхностей (зеркал) 26 и 31 совмещены с центром нагревателя. В стенке 25 выполнены входной

32 и выходной 33 газовые каналы (для определенности принимаем направление контролируемого газового потока слева направо). о

Сферические термочувствительные элементы 34 и 35 расположены в центрах сферических полостей 36 и 37 из- 45 мерительной камеры, которая расположена над нагревательной камерой.

Стенки измерительной камеры выполнены теплоизолирующими, например полыми, в виде замкнутой вакуумированной gp или гаэонаполненной полости 38, ограниченной снаружи массивным металлическим,корпусом 39, а изнутри экранами — сферическими вогнутыми зеркалами 40 и 41, Последние ограничивают снаружи полости 36 и 37 с газом, расход которого контролируют. Благодаря теплоизолирующим стенкам измерительной камеры увеличивается на— грев термочувствительных элементов

34 и 35 от окружающих их порций нагретого газа и, следовательно, повышается чувствительность теплового преобразователя расхода газа..

Расход контролируемого газа определяют по возникающей при наличии расхода разности температур термочувствительных элементов 34 и 35 (они включаются известным образом в электрическую измерительную схему, которая не входит в комплект преобразователя расхода газа). Для уменьшения порога чувствительности теплового преобразователя расхода газа необходимо практическое равенство температур термочувствительных элементов

34 и 35 при отсутствии расхода контролируемого газа. С этой целью преобразователь выполнен симметричным относительно плоскости симметрии, перпендикулярной направлению входного и выходного газовых .каналов 32 и 33 (пересечение этой плоскости с плоскостью чертежа обозначено. вертикальной штрих-пунктирной линией).

Находящийся в сферическом отверстии 29 газ нагревается непосредственно от нагревателя 30. Эта порция газа становится более нагретой, чем ° остальной газ в полости 27. В результате в полостях возникают. восходящие потоки нагретого газа, которые повышают температуры термочувствительных элементов 34 и 35. Однако разность

t температур их равна нулю, если измеряемый газовый поток через полость

2Т и каналы 32 и 33 отсутствует.

Контролируемый газовый поток, направленный, например, слева направо .(т.е. входит через канал 32 в левую часть полости 27, затем через сферическое отверстие 29 в правую часть полости 27 и выходит через канал 33), управляет перераспределением струй нагретого газа, переносящих тепловые потоки от .нагревателя 30 в полости

36 и 3?, т.е. под действием потока уменьшается интенсивность струи нагретого газа от нагревателя в полость

36 и увеличивается интенсивность струи нагретого газа от нагревателя в полость 37. В результате нагретым газом преимущественно заполняется полость 37 (по сравнению с полостью

36), Возникает превышение температу7 1167434 8 ры термочувствительного элемента 35 гревателя в полости 37 и 36, и тем над температурой термочувствительно- больше измеряемая разность темпераго элемента 34. Чем больше контроли- . тур термочувствительных элементов руеМый расход, тем больше разность 35 и 34, являющаяся мерой контролитепловых потоков, поступающих от на- 5 руемого расхода газа.

Фиг.1

1167434

1167434

27

Яяъ.3

Составитель М.А.Салль

Редактор Т.Парфенова Техред С.Мигунова Корректор О. Луговая

Заказ 4424/39 Тираж 703 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва; Ж-35, Раушская, наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4