Способ определения температуры жидкости или газа

 

Изобретение относится к термометрии , Пель изобретения - новьшение точности измерения. Устройство предназначено для определения температуры выхлопных газов. Оно состоит из измерительной головки, размещенной в потоке газа, и измерительной схемы, .содержащей измеритель 9 тока, усилитель 10, индикатор 11, усилители 12 и 13, блок 14 сравнения, один из выходов которого подан на вход индикатора 11, а другой - на вход блока 15 питания. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет снизить погрешность, вызванную теплообменом термопреобразователей с окружающими элементами и их нагревом измерительным током. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. i (Л оо ао 00 о ОО (иг.2

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3763185/24-10 (22) 28.07.84 (46) 23.06.87. Бюл. № 23 (71) Институт технической теплофизики АН УССР (72) О.А.Геращенко, Т.Г.Грищенко, Л.В,Гурьянов, Л.В.Декуша, ГО.П.Золотаренко и В.ГГ.Черняк (53) 536.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1118874, кл. G 01 К 13/02, 1982.

Коротков П.А., Лондон Г.Е. Динамические контактные измерения тепловых величин. — Л.: Машиностроение, 1974, с.57. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ.

ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА (57) Изобретение относится к термометрии. Цель изобретения — повышение точности измерения. Устройство предназначено для определения температуры выхлопных газов. Оно состоит из измерительной головки, размещенной в потоке газа, и измерительной схемы, содержащей измеритель 9 тока, усилитель 10, индикатор 11, усилители 12 и 13, блок 14 сравнения, один из выходов которого подан на вход индикатора 11, а другой — на вход блока 15 питания. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет снизить погрешность, вызванную теплообменом термопреобразователей с окружающими элементами и их нагревом измерительным током. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. (2) 55

1 131880

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры жидкости или газа в условиях свободной или вынужденной конвекции. 3

Цель изобретения — повышение точности измерения путем снижения погрешностей, вызванных теплообменом термопреобразователей с окружающими элементами и их нагревом измеритель- 10 ным током.

На фиг.1 и 2 показаны измерительная головка и измерительная схема соответственно; на фиг.3 и 4 — то же, варианты выполнения. 15

Для пояснения способа измерения температуры среды Т, запишем формулы для тепловых потоков q qp, проходяР1 Р2 щих через поверхности двух термопреобразователей, размещенных в среде, 20 температуру которой необходимо измерить: где q q — плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена термопреобразователей;

Ы2 — коэффициенты теплоотдачи с поверхностей термодатчиков9

Т, Т2 — собственная температура термопреобразователей;

Т вЂ” искомая температура изсР 35 меряемой среды, — приведенная степень черпр ноты, одинаковая для обоих термопреобразоват елей;

Т - температура поверхностей

Ф фонового HsJI eHHH 1 — угловой коэффициент, одинаковый для обоих термопреобразователей; ,Ч вЂ” дополнительные теплопридт д.г2 токи к поверхностям термопреобразователей; обусловленные тепловыделениями в пограничном слое, а при использовании в качестве термопреобразователей сопротив- . ления — Джоулевой теплотой;

Решая систему уравнений относи" тельно Т,, получаем

T,ð Т„+ " - -ta 6V(T„+Т )»

4о 4 СР

1 ° Ч „-Ч 2 х (Т +Т )+ g 1—

4 о

Из анализа уравнения .(2) следует, что Т равно Т„ только в том случае, T„=T2 и q»„=q> 2

Р1. Р2, достигается при T„ =T . Для идентичных термопреобраэователей Т, Т2 только при q, =q, поэтому для определения Тср достаточно добиться выполнения условия q

Р1

Если термойреобразователи установить на одной температуровыравнивающей пластине с температурбй Т„ через одинаковые термические сопротивления

R, то,тогда для тепловых потоков

Ч и q справедливо соотношение

Р2

Тп Т1 Тп Т2 Т2 Т

q Ч (3)

ac RL Rc и уравнение (2) может быть представлено в виде:

Т -Т =-- — — — (— +E, 6 q(T +Т )(Т2+ (Т1-Т ) Г 1 ср (R nP

Чдт Чд 2

+Т )- 1- ------.

2 4 о

То есть, для того чтобы T„=T, для двух термопреобразователей, установленных на одной температуровыравнивающей пластине через одинаковые термические сопротивления, достаточным условием является равенство собственных температур термопреобразователей (T Ò ).

Устройство, предназначенное для определения температуры выхлопных газов, когда Т ТР, состоит из измерительной головки, размещаемой в потоке газа, и измерительной схемы.

Измерительная головка (фиг.1) содержит два термопреобразователя 1 и

2 сопротивления с одинаковой градуировкой, навитые на цилиндрическую вспомогательную стенку 3 из низкотеплопроводного материала, установленную на температурно-выравнивающем стержне 4. Термопреобразователи 1 и

2 разделены теплоизоляционной заливкой 5. Стержень 4 имеет тепловой контакт с термоэлектрическим тепловым насосом 6, который размещен в изоляционном корпусе 7, а второй стороной контактирует с теплопроводящим стержнем 8.

Измерительная схема содержит источник 9 измерительного тока, к которому подключены термопреобразователи

1 и 2, измерительный усилитель 10, к выходу которого подключен управляе3 13188 мый индикатор 11, два усилителя 12 и и 13, входы которых соединены с выводами термопреобразователей 1 и 2 сопротивления, а выходы. подключены к входам блока 14 сравнения, один из выходов которого подан на вход управляемого индикатора 11, а второй — на вход управляемого блока 15 питания, выход которого соединен с электродами термоэлектрического теплового насо- 10 са 6.

Способ осуществляют следующим образом, Измерительную головку размещают в исследуемой среде так, чтобы соблюда- 15 лись условия Ы„ В и Ы = +4, что достигается последовательным размещением термопреобразователей по направлению движения среды. В термопреобразователях 1 и 2 одинаковой градуиров-20 ки при прохождении измерительного тока от источника тока (при равных температурах) выделяется одинаковое количество теплоты, что предопределяет одинаковое количество повышения температуры термопреобразователей 1 и 2 в силу их идентичности. В газе нагрев термопреобразователей 1 и 2 за счет излучения от стен канала или ,других источников при равенстве темпе- 0 ратур осуществляется также одинаково благодаря идентичности коэффициентов поглощения равных поверхностей обоих термопреобразователей.

Поток газа или жидкости омывает измерительную головку. Между термопреобразователями 1 и 2 и потоком осуществляется теплообмен, причем теплообмен с термопреобразователем

1 осуществляется более интенсивно, 40 чем с преобразователем 2.

Температура термопреобразователя

1 падает по сравнению с температурой термопреобразователя 2. Усиленные в 45 усилителях 12 и 13 выходные сигналы термопреобразователей поступают в блок 14 сравнения, где осуществляется сравнение их между собой. В случае превышения значения темперагуры тер- 50 мопреобразователя 2 над значением температуры термопреобразователя 1 (или наоборот) блок 14 сравнения выдает командный сигнал на управляемый блок 15 питания, по которому к элект-55 родам термоэлектрического насоса 6 подается ток соответствующей полярности. Тепловой насос 6 отводит теплоту от стержня 4 к несущему стержню

08 4

8. Температуры поверхностей термопреобразователей 1 и 2 выравниваются, блок 14 сравнения отключает управляемый блок питания 15 от теплового насоса 6 и второго выхода подает сигнал на управляемый индикатор 11, разрешая индикацию выходного сигнала измерительного усилителя 10, постоянно отслеживающего суммарный выходной сигнал термопреобразователей 1 и 2.

Зарегистрированный выходной сигнал термопреобразователей 1 и 2 в момент равенства их температур по градуировке соответствует температуре газового или жидкостного потока.

Измерительная головка, приведенная на фиг.3, содержит,цва одинаковых термопреобраэователя 16 и 17 сопротивления, собранные на рабочих поверхностях двух батарейных термоэлектрических преобразоватепей 18 и 19 теплового потока, соответственно смонтированных на температуровыравнивающей пластине 20, которая своей второй поверхностью контролирует с термоэлектрическим тепловым насосом

21 снабженным теплоотводящей несущей пластиной 22. Термопреобразователь

16 сопротивления и преобразователь

i8 теплового потока отделены от термопреобразователя 17 и преобразователя 19 теплового потока теплоизоляционной заливкой ?3. Торцы слоистой конструкции (16 — 22) снабжены теплоизоляционными обтекателями 24, снижающими возмущение течения потока. Термометры 16 и 17 сопротивления включены последовательно в цепи источника 25 тока и измерительного уси- . лителя 26, выход которого подан на управляемый индикатор 27. Преобразователи 18 и 19 теплового потока в цепи усилителя 28 по выходному сигналу включены навстречу друг другу. Выход усилителя 28 подан на вход блока

29 сравнения, один из выходов которого подан на вхоц управляемого индикатора 27, а второй — на вход управляемого блока 30 питания, выходы которого подсоединены к электродам термоэлектрического теплового насоса 21.

При другом варианте выполнения, измерительную головку помещают в заданную координату потока жидкости или газа и ориентируют, как показано на фиг.З В случае измерения температуры не потока, а объема жидкости или газа устройство ориентируется не

1318808 вдоль скорости потока, а вдоль вектора гравитационной подъемной силы, возбуждающей свободную конвекцию. Через термопреобразователи 16 и 17 пропускают ток от источника 25 тока.

Электрическое сопротивление термопреобразователей 16 и 17 изменяется пропорционально температуре. Выходной сигнал в виде уровней напряжения усиливается в измерительном усилителе 10

26 и поцается на вход управляемого индикатора 27, Прохождение через термопреобразователи сопротивления измерительного тока приводит к разогреву, их температура повышается.. Теплоотвод 15 по арматуре или торможение потока также оцинаково повьш:ает температуру термопреобразователей 16 и 17 в силу их идентичности.

Радиационные излучения стен или 20 других каких-либо источников одинаково повьш ают температуру термопреобразователей 16 и 17 в силу равенства излучательной способности их поверхностей. 25

Поток газа или жидкости участвует

H теплообмене с поверхностями термопреобразователей, причем интенсивность теплообмена различается, так как 1 с, т.е. отвод теплоты от тер- 30 мопреобразователей 16 к потоку выше, чем отвод теплоты от термопреобразователя 17 даже в случае свободной конвекции. При этом дифференциальный сигнал от преобразователей 18 и 19 теплового потока отличен от нуля.

Этот сигнал усиливается в усилителе

28 и затем сравнивается в блоке сравнения с нулем и по полярности.

При равенстве нулю дифференциаль- 40 ного сигнала преобразователей 18 и

19 блок 29 сравнения выдает управляющий сигнал на индикатор 27, осуще ствляющий индикацию выходного сигнала

1термопреобразователей 16 и 17, по 45 градуировке соответствующего температуре жидкости или газа. В случае отклонения от нуля дифференциального сигнала преобразователей 18 и 19 теплового потока блок 29 сравнения, воз- 50 действует на вход управляемого блока

30 питания, обеспечивает подачу носледним на термоэлектроды теплового насоса 21 тока соответствующей полярности. Тепловой насос 21 осуществляет отвод теплоты от температуровыравнивающей пластины 20, чем изменяет ее температуру. Это осуществляется до достижения дифференциальным сигналом преобразователей 18 и 19 нулевого уровня. После чего блок 29 сравнения отключает командный сигнал блока 30 питания и подает сигнал на управляемый индикатор 27, разрешая индикацию сигнала термопреобразователей 16 и

17, по градуировке соответствующего температуре газа или жидкости, формула и з обретения

1. Способ определения температуры жидкости или газа, заключающийся в размещении в исследуемой среде двух идентичньгх термопреобразователей и измерении их температур, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения путем снижения погрешностей, вызванных теплообменом с окружающими элементами и их нагревом измерительным током, термопреобразователи располагают последовательно вдоль направления потока измеряемой среды, определяют разность температур поверхностей термопреобразователей и в зависимости от значения разности температур осуществляют подвод тепла к термопреобразователям или отвод тепла от термопреобразователей с помощью дополнительного источника тепла до равенства термопреобразователей, а температуру среды определяют по показаниям одного из термопреобразователей в момент равенства их температур.

2. Способ по п.1, о т л и ч а ю— шийся тем, что разность температур термопреобразователей определяют по разности тепловых потоков, проходящих через тепловоспринимающие поверхности термопреобразователей с помощью дополнительных тепломеров, находящихся в контакте с термопреобразователями.

1318808

1318808

Ф

Составитель В.Куликов

Техред В.Кадар Корректор А.Ильин

Редактор В.Петраш

Заказ 2498(32 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, NocKBa, R-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная,