Способ определения температуры и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к термометрии , м.б. использовано для воспроизведения термодинамической температурной шкалы и позволяет повысить точность измерений. Два критических сопла 3 и 4 устанавливаются на объекте , температура которого контролируется , или в термостате 5 при градуировке прибора. Источником 1 газа чивается уровень давленш, достаточный для установления критического режима истечения газа на выходных срезах сопел 3 и 4. Вытекая из сопла 3, газ попадает через теплообменник 8 и коммутатор 10 в промежуточный объем - цилиндр 6, в котором устанавливается ламинарный докритический поток газа. Затем газ проходит коммутатор 10, теплообменник 9 и направляется на вход сопла 4, из которого истекает в утилизатор 11. Определяя среднюю скорость движения газа в цилиндре, которая зависит с точностью до константы прибора только от температуры торможения газа внутри сопел, искомую температуру рассчитывают по формуле. Среднюю скорость потока газа измеряют с помощью поршня 7, движущегося с газом в цилиндре 6, реги-стрируя измерителем 14 время прохождения поршнем 7 измерительного участка определенной длины между фoтocJгapтoм 12 и фотофинишем 13. 2 с. и 1 з,п, ф-лы, 1 ил. (Л САЭ 4 ;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

C0LlVIAЛИСТ ИЧЕСНИ Х

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (59 4 Г О1 К 11/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕИНЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4025363/24-10 (22) 24.02.86 (46) 30,07,88. Бюл. №- 28 (71) Ленинградский политехнический институт им. М.И. Калинина (72) С. Г.Аграновский, И, В. Болотин, В.А.Королев, Б.И.Морозов и Л.А.Станкевич (53) 536.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 679819, кл.. С 01 К 11/22, 1978.

Патент Великобритании № 1318258, кл. С 01 К 11/22, опублик.

1973.

Патент Великобритании № 1215923, кл.G 01 K 11/28, опублик, 1970. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ111ЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к термометрии, м.б. использовано для воспроизведения термодинамической температурной шкалы и позволяет повысить точность измерений. Два критических

У сопла 3 и 4 устанавливаются на объекте, температура которого контролирует ся, или в термостате 5 при градуировке прибора. Источником 1 газа обеспечивается уровень давления, достаточный для установления критического режима истечения газа на выходных срезах сопел 3 и 4. Вытекая из сопла

3, газ попадает через теплообменник

8 и коммутатор 10 в промежуточный объем — цилиндр 6, в котором устанавливается ламинарный докритический поток газа. Затем газ проходит коммутатор 10, теплообменник 9 и направляется на вход сопла 4, из которого истекает в утилизатор 11. Определяя среднюю скорость движения газа в цилиндре, которая зависит с точностью до константы прибора только от температуры торможения газа внутри сопел, искомую ® температуру рассчитывают по формуле.

Среднюю скорость потока газа измеряют с помощью поршня 7, движущегося С вместе с газом в цилиндре 6, регистрируя измерителем 14 время прохождения поршнем 7 измерительного участка определенной длины между фотостартом 12 и фотофинишем 13, 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1413447

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения температуры различных сред и объектов народного хозяйства, а также для воспроизведения термоди-. намической температурной шкалы.

Целью изобретения является повышение точности определения температуры.

На чертеже приведена структурная схема устройства для осуществления ,предложенного способа.

В устройстве источник 1 сжатого газа пневматически подключен к блоку !

2, состоящему иэ двух критических со-!15 пел - входного 3 и выходного 4, который размещен в исследуемой среде (объекте) 5, например в термостате. Между соплами 3 и 4 включен измеритель средней скорости движения rasa сос- 20 тоящий из цилиндропоршневой пары 6,7, вход и выход которой газовой магистралью сообщаются с соплами 3 и 4 через теплообменники 8 и 9, осуществляющими температурную развязку. Устрой- 25 ство снабжено также двухпозиционным пятилинейным пневматическим распределителем-коммутатором 10, предназначенным для реверса направления движения поршня 7 в цилиндре 6 в целях 30 обеспечения непрерывности процесса из. мерения. Со стороны среза выходного сопла 4 подключен утилизатор 11 для отработавшего газа. В состав измерителя скорости входит также фотостарт

12 и фотофиниш 13, конструктивно размещенные на цилиндре 6 и электрически подключенные к измерителю 14 интервалов времени, например частотомеру ° 40

Цилиндр 6 может быть выполнен из кварцевого стекла, а поршень — из эбонита. Величина зазора между стен ками цилиндра 6 и поршня 7 не должна существенно превышать величину по- 45 рядка 0,06 мм. Ось цилиндропоршневой пары наклонена к плоскости горизонта под углом около 23 о

Способ осуществляется следующим образом.

Источником газа 1 обеспечивается уровень входного давления, достаточный для установления критического режима истечения газа на выходных срезах обоих сопел 3 и 4. Аналитическое выражение аэродинамического условия возникновения критического режима ис течения газа одновременно на соплах

3 и 4 имеет вид

Яйла < (g ) 2 (В)(1 где ot. * = 1+0,94 — — — °

kM

М -1) о

Р— давление газа внутри входSX1 ного сопла 3; давление rasa на выходе

8ых выходного сопла 4; — показатель адиабаты, Mо — число Маха,, R„ число Рейнольдса.

Константа са" характеризует экстремальное значение отношений давлений на входе и выходе сопел, ниже которого массовый расход газа перестает зависеть от давления на выходе (противодавления) . Оптимальным условием возникновения критического режима истечения газа из сопел 3 и 4 при минимальном уровне исходного давления газа в источнике 1 является соотношение площадей среза сопел, которое должно быть обратно пропорционально константе критического отношения давлений для используемого газа

Р „

6ЫХ 2 в где F F — площади срезов соответ11 ственно сопел 3 и 4.

Таким образом, на срезах сопел

3 и 4 устанавливается критическая (звуковая) скорость а газа, которая зависит только от температуры внутри сопла (температуры торможения) 2k а = — — -RT* кР k + (3) где k - газовая постоянная;

Т* — температура торможения внутри сопел °

В этом режиме истечения газа любые пневматические возмущения вне сопла распространяются в газовой среде не быстрее звуковой скорости и поэтому не могут повлиять на режим течения внутри сопла. Одновременно имеет место ступенчатое изменение параметров газового состояния по направлению от источника 1 до выхода, осуществляемое адиабатически, Истекая из сопла 3, газ попадает через теплообменник 8 и коммутатор 1О на один из входов цилиндра 6 и

3 1413447 вовлекает в движение поршень 7. Газ, ра Т* исследуемой среды или объекта х находящийся за поршнем 7, выходит че- будет определяться по формуле рез противоположный конец цилиндра

6 и,проходя коммутатор 10 и теплообT*=T (6) менник 9, попадает снова в блок 2 на х вход сопла 4, из которого поток газа q о р м у л а и 3 о б р е т е н и я направляется в утилизатор 11. Скорость 1. Способ определения температуры,. поршня 7, равная средней скорости ла- заключающийся в формировании докриминарного потока газа U» меньше кри- 10 тического потока газа, о т л и ч а ютической скорости а„р во столько раз, шийся тем, что, с целью повышево сколько поперечное сечение цилинд- ния точности, докритический поток raра 6 больше площади среза сопла 3, за формируют ламинарным в промежуточт.е. ном объеме между двумя критическими соплами, которые размещают в иссле(4) дуемой среде и соотношение площадей срезов которых выбирают обратно пропорциональным константе критичес-, кого отношения давлений для используемого газа, измеряют среднюю скорость установившегося ламинарного потока газа, а температуру Т исследуемой х среды определяют по формуле

1 Т* =Ь Чг

Х о 2

Ъ

rye b = аппаратурная константа; — площадь поперечного сечения ла4F

V = а ð 3j дг и где с1 — диаметр цилиндра 6.

Таким образом, измеряя среднюю скорость V установившегося ламинар2, ного движения газа в промежуточном объеме между двумя критическими соплами (цилиндре 6), зависящую с точностью до константы прибора только 25 от температуры торможения газа внутри сопел, можно с учетом выражений (3) и (4) определить и искомую температуру исследуемой среды или объекта по формуле минарного потока газа в промежуточном объеме, F — площадь среза входного критического сопла;

R — - газовая постоян" < 4.1+1 ) г

32F -k -R (5) 50

Конструкция измерителя скорости r àза поршневого типа позволяет с высо35 кой точностью определить скорость ламннарного потока газа по регистрируемому измерителем 14 интервалу времени прохождения поршнем 7 определеннои 40 длины .1 измерительного участка цилиндра 6, равную расстоянию между фотостартом 12 и фотофинишем 13. Подбором наклона оси цилиндра 6 к плоскости горизонта уравновешивается сила трения поршня .7 его массой. В этом случае на поршне не возникает перепада давления и он движется вместе с газовым потоком.

Для определения константы прибора может быть проведена его калибровка.

Для этого блок 2 сопел 3 и 4 помещают в термостат с известной температурой

Т*, равной, например, температуре в Ф тройной точки воды, и измеряют интервал времени, прохождения поршнем 7 измерительного участка между фотостартом 12 и фотофинишем 13 в цилиндре

6. С учетом этого искомая температуная;k — - показатель адиабаты;

Ч вЂ” средняя скорость ламинарного потока газа.

2. Устройство для определения температуры, содержащее источник газа, два последовательно включенных сопла и газовую соединительную магистраль, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены двухпозиционный пневматичес- кий распределитель-коммутатор, измеритель средней скорости газа поршневого типа, а сопла выполнены критическими с различными площадями среза, при этом источник газа соединен с входом сопла с меньшей площадью среза, а измеритель средней скорости поршневого типа соединен газовой маJ гистралью через двухпозиционный пневматический распределитель-коммутатор

14 1344 7 па содер ит цилиндготторшневую пару, блоки фотостарта и фотофиниша поршня, установленные на цилиндре и поц5 ключенные к измерителю интервалов времени, при этом поршень установлен в цилиндре с зазором, а ось цилиндропоршневой пары наклонена относительно плоскости горизонта. с выходом сотепа с мепьшай плоита11ыО

cpfåза и вхОцОм дрvI Îpо сОттла с бохть шей площадью среза, выход которого соединен с.атмосферой.

3, Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что измеритель средней скорости газа поршневого тиСоставитель В.Голубев

Редактор M.Êåëåìåø Техред М.Ходанич Корректор В.Романенко

Заказ 3772/43 Тираж 607 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4