Способ измерения скорости и температуры потока жидкости или газа
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И ТЕНПЕРАТУШ ПОТОКА ЖИДКОСТИ ИЛИ , основанный на нагревании и охлаждении чувствительного элемента расположенного в потоке, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, нагрев и охлаждение осуществляют в интервале температур, превышающих температуру потока, задаваемом выражением лт(т,.т„) «i(T,-TJ где . t - время нагрева; tj - время охлаждения; ,; Т., - минимальная температура чувствительного элемента; Т. - максимальная температура чувствительного элемента; т, температура потока; fi га - масса чувствительного элемента; с - удельная теплоемкость чувствительного элемента; d - коэффициент теплоотдачи; Q - количество тепла, подВодимого к чувствительному элементу в единицу времени, (Л измеряют время нагрева и охлаждения чувствительного элемента, а значения скорости и температуры потока определяют по формулам «. me N J-l, 1 V (VMj 2 pfiC me О) СП ф ф & 1 t () TO, T,00 i J (VTJ t1 t2 me где K и K, - коэффициенты, определяемые с помощью гра дуировки.
„„SU„„1165998
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
ONINVNII
РЕСПУБЛИН
4(5О
У
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
С < 4 К1
"c(ò;ò
ec(7 -Т ) 1
1 1 1
Т
Т
Т„=т
1„ tg
Q 7„-т) ас(Т -Т„) где t=t<+t
Э й1 — время нагрева;
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3551601/24-10 (22) 23.02.83 (46) О?.07,85, Бюл. 11 25 (72) В.М.Емельянов, А.Н.Рудаков и В.А.Фрост (71) Институт проблем механики
АН СССР (53) 535.5(088.8) (56) 1. Ференц В.А. Полупроводниковые струйные термоанемометры. M., Энергия, 1972, с. 9.
2. Авторское свидетельство СССР
В 666479, кл. С 01 P 5/12, 1978 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ CKOPOCTH
И ТЕМПЕРАТУРЫ ПОТОКА ЖИДКОСТИ HJIH .ГАЗА, основанный на нагревании и охлаждении чувствительного элемента, расположенного в потоке, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия, нагрев и охлаждение осуществляют в интервале температур, превышающих температуру потока, задаваемом выражением
Ь
Ф дТ= Т„-Т„
-1/Ф е
t — время охлаждения;
Т=Т -Т
Д 1 Ф
Т вЂ” минимальная температура чувствительного элемента;
Т вЂ” максимальная температура и чувствительного элемента;
Т„ — температура потока;
mc
m - масса чувствительного элемен та; с удельная теплоемкость чувст-. вительного элемента; — коэффициент теплоотдачи;
Q — количество тепла, подводимого к чувствительному элементу в единицу времени, измеряют время нагрева и охлаждения чувствительного элемента, а значения
1 скорости и температуры потока опре деляют по формулам где К„и К вЂ” коэффициенты, определяемые с помощью градуировки.
1165998
Ы
Т -Т е вс т-т
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости и температуры потока жидкости или газа.
Известен способ одновременного измерения скорости и температуры потока жидкости или газа при помощи двух чувствительных элементов, один из которых чувствителен к ско1О рости и температуре, а другой только к температуре 1).
При повышении требований к пространственному разрешению измерений этот способ становится непригодным вследствие возрастания ошибок, свя1% занных с взаимным влиянием близко расположенных чувствительных элементов.
Наиболее близким к изобретению является способ измерения скорости
20 и температуры потока жидкости с помощью одного чувствительного элемента, помещенного в .поток, основанный на нагревании и охлаждении чувствительного элемента расположенного
25 в потоке. Во время отсутствия нагрева после того как температура чувствительного элемента достигает температуры окружающей среды, измеряется температура чувствительного элемента,® а следовательно, температура окружающей среды. В течение времени нагрева после установления теплового баланса по температуре чувствительного элемента, количеству тепла, И подводимого к чувствительному элементу, и температуре судят о скорости потока среды (2).
Недостатком известного способа является то, что измерения скорости и температуры среды должны проводиться после установления теплового равновесия между чувствительным элементом и средой. Вследствие тепловой инерции чувствительного элемента, на " установление теплового равновесия уходит большая часть времени измерений.
Цель изобретения — повышение быстродействия.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения скорости и температуры потока жидкости или газа, основанному на нагревании и охлаждении чувствительного эле- мента, расположенного в потоке, на" грев и охлаждение осуществляют в интервале температур, превышающих температуру потока, задаваемом выражением
- (» ьт т-т„
- ( е
Q т„-т„) ГДЕ tat1+t1 Ф.
t — время нагрева;
- время охлаждения; .й
Т=Т -Т„2 Л °
Т вЂ” минимальная температура чув1 ствительного элемента;
Т вЂ” максимальная температура чувствительного элемента;
Тщ — температура потока; пс и ° ш - . масса чувствительного элемента с — удельная теплоемкость чувствительного элемента; — коэффициент теплоотдачи;
Я - количество тепла, подводимого к чувствительному элементу в единицу времени, t
: измеряют время нагрева и охлаждения чувствительного элемента, а значения скорости U и температуры потока определяют по формулам
1 T11 9 т mc(Tg-т„ I
Т Т 1 (Ъ) и
&Q(Tg Т1 ) .где К1 и К вЂ” коэффициенты,определяемые с помощью градуи-. ровки.
Уравнение (1) вытекает из решения системы уравнений, определяющих условия теплообмена при нагреве и охлаждении чувствительного элемента, — ы(т,- т„ -а т,-т„)- д
Уравнения {2) и (Э) также получены из данной системы уравнений, но
1165998 при условии, что на интервал температур и интенсивность подвода тепла наложены ограничения: (т.-, lie, г т -т . ); м а, s(T т„„„ где Т„,„„„- максимальная температура потока; 10
Т„,„- минимальная температура
\ потока; . „ к, й+ к,;
V — максймальная скорость потоаак
15 ка.
Из соотношений (2) и (3) скорость и температура потока могут быть найдены с погрешностью менее 1Х.
На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 — графики зависимости нагре-, ва и охлаждения чувствительного элемента и его температуры от времени.
Устройство содержит (фиг. 1) чув.ствительный элемент 1, установленный в мостовой схеме с резисторами 2 — 4, измеритель 5 раэбаланса моста, выход которого подключен через электронный ключ 6 к источнику 7 тока, нагревающему чувствительный элемент 1. Имеет- З1» ся также источник 8 малого тока, нагревающий чувствительный элемент .1.
У диагонали моста 1 — 4 подключен измеритель 9 длительности импульсов и пауз между импульсами. 35
Устройство работает следующим образом.
При достижении заданного раэбаланса моста, а следовательно, темпера- 4О туры чувствительного элемента Т> (фиг. 2) на электронный ключ 6 с измерителя 5 разбаланса моста подается команда на выключение нагреваацего . напряжения от источника 7,после чего. мост 1 — 4 питается только от источника 8 малого тока, который не нагревает чувствительный элемент. После достижения другого заданного значения разбаланса моста, а следовательно ge температуры чувствительного элемента Т (фиг. 2) измеритель 5 разбалан- . са подает команду на электронный ключ 6 о включении нагревающего напряжения. Далее цикл повторяется.
Время t, и t определяется с помощью измерителя 9 длительност1: импульсов и пауз между ними.
Примером осуществления предложенного способа может служить измерение скорости и температуры потока воздуха с помощью чувствительного элемента, представляющего собой вольфрамовую нить диаметром 5 мкм и длиной 1 мм.
В pассматриваемом примере диапазон скоростей составлял 25 — 100 м/с, а диапазон температур 20 — 40 С. В соответствии с предложенным способом нить нагревалась электрическим током мощностью -Q =0,1 Вт от температуры
Т1 =210 С до температуры Т =220 С, после чего электропитание отключалось и нить остывала до первоначальной температуры Т„=210 С и т.д. При этих условиях неравенства (6) и (7) удовлетворяются, поэтому скорость и температуру потока можно определять по формулам (2) и (3). По величине скорости, определяемой независимым способом, и измерениям времени нагрева „ и остывания t> строилась тарировочная зависимость (фиг. 2) ° из которой определялись коэффициенты К, и К . Для данного примера были получены следующие величины: К„ 2,1
«10 Вт/град (м/.с I; К.=7 10 Вт/град; шс = 5,65.10 Дж/град;
-(.,—.„)— — 1,77 10 1/с
Характерное время измерений в рассматриваемом случае составляет й, +й
** 20 мкс. В то же время при измере-ниях известным способом в сопоставимых условиях время измерения превышает
1 мс.
Таким образом, время замера одной пары значений скорость — температура предлагаемым способом уменьшается по сравненью с временем замера известным способом более чем в 50 раз, что соответственно повышает временное разрешение способа, необходимое для изучения быстроизменяющнхся характе. ристик потоков.
1165998
Составитель Ю.Власов
Редактор P.Öèöèêà ТехредЖ.КастелевичКорректор С.Черни
Заказ 4304/38 Тираж 897 подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
11303S Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4
