Способ н.в. землякова измерения величины скорости газового потока

Авторы патента:

G01P5/10 - путем измерения тепловых величин

Владельцы патента RU 2390783:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Орловский государственный технический университет" (ОрелГТУ) (RU)

Изобретение относится к технике приборостроения. В газовый поток вводят термопару со сплавной точечной головкой (спаем) 2 и двумя проводниками 8. По проволочному элементу в виде витка 3 из нихрома, которым обматывают спай 2 или по крайней мере один из двух проводников 8, подают стабилизированный ток для нагрева спая. Снимают ЭДС термопары, пропорциональную скорости газового охлаждающего потока. После усиления генерируемую ЭДС в виде электрического сигнала подают на табло (шкалу) отображения информации мультиметра, преобразованную в единицах скорости. Изобретение реализуется с помощью простого и дешевого измерительного датчика (зонда), диаметр которого снижен до игольчатого размера и обеспечивает измерение скорости газового потока в широком диапазоне. 4 ил.

Изобретение относится к технике приборостроения и может быть использовано в научно-исследовательских лабораториях, в учебных лабораториях, в промышленном производстве, в вентиляционной службе, в коммунальном хозяйстве. Преимущественно, изобретение может найти применение для измерения скорости напорных газовых потоков, но может использоваться и для измерения безнапорных газовых потоков.

Известен способ измерения скорости газового потока с помощью насадка Пито-Прандтля [I], который представляет собой изогнутую под углом 90° трубку. В изогнутом конце, имеющем длину от 8 до 20 значений размера ее диаметра, в его торце имеется отверстие для приема полного давления потока, а на длине трех диаметров от торцевого отверстия имеются отверстия в боковой стенке изогнутого конца, предназначенные для приема статического давления потока. Канал от отверстия и канал от боковых отверстий выведены в два отдельных, независимых патрубка, соединенных с дифференциальным манометром.

Недостатком известного способа является то, что датчик в виде насадка Пито-Прандтля является жесткой конструкцией, имеющей значительные размеры как по его диаметру, так и по длине насадка. Таким датчиком невозможно измерить скорость потока газа в участке короткой трубы, имеющей длину меньше длины изогнутого конца насадка Пито-Прандтля. Кроме того, таким датчиком невозможно измерить скорость потока газа, вращающегося в пристенной области цилиндрической камеры с вертикальной осью симметрии, если ее радиус соизмерим с изогнутым концом насадка Пито-Прандтля.

Известен способ измерения скорости потока газа с помощью термоанемометра [2], принятый в качестве прототипа. Датчик по данному способу выполнен из очень тонкой вольфрамовой или платиновой проволоки диаметром от 2,5 до 12 микрон. Такая проволока, закрепленная на вилкообразных контактах, вводится в поток газа, при этом по проволоке подают постоянное электрическое напряжение с определенной величиной постоянного тока, проволока при этом нагревается и ее сопротивление изменяется, а так как она включена в мостовую электрическую схему, то изменение сопротивления датчика ведет к изменению напряжения на вольтметре, шкала которого проградуирована в единицах скорости потока газа.

Недостатком известного способа является то, что сам датчик является дорогостоящим и сложным в изготовлении устройством. Датчик (вольфрамовая или платиновая проволока - нить) подвержен разрушению при попадании на него в потоке твердой частицы или перегоранию от всплеска величины напряжения. Кроме того, оформление такого датчика в измерительный инструмент представляет собой стержень с минимальным диаметром 12 мм, а такая большая его толщина, введенная в напорный поток, даже в трубе уже своими габаритами изменяет гидродинамическую структуру полей скоростей по сечению трубы, не говоря уже о том, чтобы такой датчик ввести в рабочую камеру с внутренним диаметром 100 мм аппарата со встречными закрученными потоками, в которой обеспечивается создание взвешенного закрученного слоя сушимого либо гранулируемого продукта.

Известен также промышленный способ измерения скорости потока газа с помощью нагреваемого зонда («струны») [3]. Принцип действия такого способа аналогичен [2].

Недостатком такого зонда является ограниченный диапазон измерения скорости от 0,1 до 10 м/с. Диаметр зонда от 12 мм и более.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении диаметра датчика до игольчатого размера, в расширении диапазона измеряемой скорости потока, в снижении стоимости измерительного датчика и прибора в целом.

Это достигается тем, что способ измерения величины скорости газового потока, заключающийся в том, что в газовый поток вводят термопару со сплавной точечной головкой и двумя проводниками, снабженную проволчным элементом, подают по проволочному элементу стабилизированный ток для нагрева сплавной точечной головки термопары, снимают генерируемую ею ЭДС, пропорциональную скорости газового охлаждающего потока, которую подают в виде электирческого сигнала на усилитель, при этом ток нагрева подают по проволочному элементу в виде витка из нихрома, которым обматывают сплавную точечную головку или по крайней мере один из двух проводников термопары, а генерируемую ЭДС, после усиления, подают в виде электрического сигнала на табло (шкалу) отображения информации мультиметра, преобразованную в единицах скорости.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен первый элемент - виток проволоки и второй элемент - сплавная головка термопары, на которой размещен виток проволоки. На фиг.2 изображен второй возможный вариант размещения первого элемента относительно второго элемента - виток проволоки обмотан вокруг одного проводника термопары. На фиг.3 изображен третий возможный вариант размещения первого элемента относительно второго элемента - виток проволоки обмотан вокруг двух проводников термопары. На фиг.4 изображена технологическая схема измерения скорости газового потока по новому способу, с помощью термопары и проволочного витка, размещенных в датчике, вблизи друг от друга.

Способ измерения величины скорости газового потока осуществляется следующим образом.

Берут мультиметр 1, снабженный функцией измерения температуры с помощью термопары, сплавная головка 2 которой (элемент 2) имеет диаметр порядка 1,0 мм, обматывают сплавную головку 2 термопары одним витком, например нихромовой проволоки 3 (элемент 1), имеющей диаметр 0,1 мм. Такой датчик 4 (с четырьмя проволочными выводами) вводят, например, во внутреннюю цилиндрическую полость 5 аппарата со встречными закрученными потоками, в которую по тангенциальному патрубку 6 вводят воздушный поток 7. Головка такого нового датчика 4 имеет размер менее 2-х мм, что обеспечивает измерение скорости потока 7 без существенного нарушения структуры его полей скоростей. Два вывода 8 от датчика 4 подключают к мультиметру 9, а два вывода 10 от нихромовой проволоки 3 подключают к стабилизированному источнику напряжения 11. На проволоку 3 подают стабилизированное напряжение от источника 11 и поднимают температуру на головке 2, например, до 300°С, при этом стрелка 12 прибора 9 откланяется на определенное деление на шкале 13 (в приборах с цифровым табло отображения информации, перепрограммируют такое табло на показания значений скорости газового потока в цифровой форме). Введенный поток 7 с определенной скоростью охлаждает головку датчика 4, и стрелка 12 прибора 9 откланяется влево (происходит понижение температуры датчика 4) на определенное деление на шкале 13, которое соответствует этой скорости газового потока. Для измерения малых величин скорости газового потока до 10 м/с на первый элемент 3 (проволочный виток) подают малое значение стабилизированного напряжения, обеспечивающего подъем температуры вблизи сплавной головки термопары от 40 до 60°С, а при измерении больших скоростей газового потока до 50 м/с, на первый элемент 3 (проволочный виток) подают большее значение стабилизированного напряжения, обеспечивающего подъем температуры вблизи сплавной головки термопары до 600°С. Чувствительность датчика 4 зависит от инертности охлаждения проволочного витка 3 (первого элемента), то есть от толщины проволоки 3 первого элемента (витка).

Полезность изобретения заключается в том, что такой способ (технология) измерения скорости газового потока, реализованный в приборное, оформление значительно дешевле способа прототипа. Измерительный датчик (зонд) по заявляемому способу может в десятки раз меньший диаметр, чем у прототипа. Способ позволяет измерять скорость газового потока в более широком диапазоне, чем у способа прототипа.

Источники информации

1. Н.Ф. Краснов. Прикладная аэродинамика. Под ред. Краснова Н.Ф. Учебн. пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1974 (с.70).

2. Н.Ф. Краснов. Прикладная аэродинамика. Под ред. Краснова Н.Ф. Учебн. пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1974 (с.71).

3. http://www.energotest.ru/tam.html.

Способ измерения величины скорости газового потока, заключающийся в том, что в газовый поток вводят термопару со сплавной точечной головкой и двумя проводниками, снабженную проволочным элементом, подают по проволочному элементу стабилизированный ток для нагрева сплавной точечной головки термопары, снимают генерируемую ею ЭДС, пропорциональную скорости газового охлаждающего потока, которую подают в виде электрического сигнала на усилитель, отличающийся тем, что ток нагрева подают по проволочному элементу в виде витка из нихрома, которым обматывают сплавную точечную головку или по крайней мере один из двух проводников термопары, а генерируемую ЭДС после усиления подают в виде электрического сигнала на табло (шкалу) отображения информации мультиметра, преобразованную в единицах скорости.

Изобретение относится к способам определения скорости течения и может быть использовано в гидрологии. .

Способ определения скорости теплоносителя // 2320999

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для определения скорости однофазного потока жидкости в стационарных и переходных режимах. .

Волоконно-оптический термоанемометр // 2287829

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения средних скоростей и градиентов скоростей морских течений. .

Способ определения расхода потока жидкости // 2249182

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения расхода потока жидкости. .

Способ определения расхода потока жидкости // 2249181

Способ определения скорости потока жидкости // 2244310

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться для определения скорости однофазного потока жидкости при ламинарных и турбулентных режимах течения.

Способ определения скорости потока жидкости // 2212669

Способ измерения пространственного распределения скорости потока жидкости или газа (варианты) // 2123705

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении пространственных распределений скоростей жидкостных и газовых потоков. .

Способ определения скоростей в газовых и жидкостных объемах // 2101711

Изобретение относится к области технической физики, а именно к методам определения скоростей потоков газов и жидкостей в больших объемах, и может быть использовано в газовых средах, трубопроводах, при проектировании жилых и производственных помещений, нефте- и газохранилищ и т.д.

Волоконно-оптический измеритель вертикальной скорости движения воды в стратифицированных водоемах // 2069046

Способ определения скорости потока жидкости в скважине (варианты) // 2399760

Изобретение относится к области исследования скважин и может быть использовано для определения скорости потока жидкости в скважинах при контроле разработки нефтяных месторождений

Устройство измерения потока для определения направления потока // 2420744

Изобретение относится к устройству измерения потока для определения направления потока флюида

Устройство измерения потока для определения направления потока // 2434231

Изобретение относится к устройству измерения потока для определения направления потока флюида

Способ определения экстремальных скоростей потока жидкости в скважине (варианты) // 2441153

Изобретение относится к области исследования скважин и может быть использовано при контроле разработки нефтяных месторождений

Устройство и способ измерения скорости и направления течения газообразной текучей среды // 2464579

Изобретение относится к устройству и способу измерения скорости, направления и ориентации течения газообразной текучей среды, такой, например, как воздух

Устройство регулирования анемометра с проволочкой // 2510027

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при выполнении анемометрических измерений. Заявлен анемометрический зонд с проволочкой или с n (n≥1) проволочками, параллельными между собой, для измерения вблизи стенки, содержащий для каждой проволочки два стержня (4, 6) крепления проволочки. Конец каждого стержня содержит плоскую зону (43) позиционирования и крепления проволочки и прямой участок проволочки (2), закрепленный пайкой на указанных плоских зонах (43) позиционирования и крепления проволочки. Технический результат - повышение точности данных. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 21 ил.

Термоанемометр и способ нагрева его терморезисторной структуры // 2528572

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения скорости и температуры в потоках газов и жидкостей. Предлагается устройство термоанемометра, в котором на одной оптической оси последовательно друг за другом расположены источник света, ТЧЭ в виде терморезистивной структуры с внешними электрическими выводами и пластина, выполняющая роль отражающей поверхности. Пластина установлена за терморезистивной структурой. Центр пластины совпадает с оптической осью, а высота пластины больше размера поперечного сечения термочувствительного элемента. Также заявлен способ нагрева терморезистивной структуры термоанемометра, в котором на обратной, теневой, стороне терморезистивной структуры также формируется источник теплового потока. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 2 н. п. ф-лы, 2 ил.

Способ измерения параметров газовых и жидких сред // 2548123

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров потоков жидкостей и газов. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей способа. Способ измерения параметров газовых и жидких сред датчиком температуры с подогревом по периодической функции, на фоне постоянной составляющей, включает фиксацию температуры датчика и мощности подогрева, а также использование градуировочных зависимостей параметров среды от параметров датчика. Согласно изобретению выполняют по три отсчета температуры датчика и мощности нагрева на одном периоде функции подогрева и параметры датчика и температуру среды определяют по формулам для интегрального коэффициента теплообмена для теплоемкости датчика для температуры среды где θ(t) и θ'(t) - мгновенная температура датчика и ее производная; P(t) - мгновенная мощность нагрева; α - коэффициент теплообмена датчика со средой; S - площадь поверхности датчика; m - масса датчика; с - удельная теплоемкость материала датчика.

Термоанемометрический способ определения скорости и направления потока жидкости или газа и устройство для его осуществления // 2548135

Изобретение относится к термоанемометрическим средствам измерения скорости и направления потока жидкости или газа и может быть применено при исследовании различных сред, в том числе агрессивных, в любых водоёмах и в атмосфере. Технический результат каждого из изобретений, входящих в заявленную группу - повышение чувствительности. При этом обеспечивается значительное снижение энергозатрат на измерения. Сущность изобретения: используют расположенные в рабочей зоне измерителя в двух ортогональных плоскостях две пары подогреваемых датчиков температуры и вычисляют разность значений температур датчиков в каждой паре, измеряют температуру потока расположенным в рабочей зоне неподогреваемым датчиком, определяют скорость потока по разности среднеарифметического значения температур четырех подогреваемых датчиков и значения температуры неподогреваемого датчика, и определяют направление потока α в выбранной относительно плоскостей расположения пар датчиков системе координат по выражению при ΔТ2>0 α = 0°-180°; при ΔТ2<0 а=180°-360°, где Т1, Т2 и Т3, Т4 - значения температур подогреваемых датчиков соответственно в первой и второй парах. Сущность изобретения-устройства: термоанемометрический измеритель скорости и направления потока жидкости или газа содержит закрепленный в приборе (2) и имеющий контакт с потоком корпус (1) в виде тонкостенного полого цилиндра, который выполнен из теплопроводящего материала, наполнен заполнителем (3) в виде теплоизоляционного материала или воздуха и закрыт крышкой (10), которая выполнена куполообразной из теплоизоляционного материала. Расположенные в рабочей зоне измерителя в поперечной плоскости корпуса (1) в двух ортогональных плоскостях две пары подогреваемых датчиков температуры (4, 6 и 5, 7), которые имеют непосредственный тепловой контакт с внутренней стенкой корпуса (1), и выводы которых подключены к измерительному блоку прибора. Нагреватель (8), который имеет непосредственный тепловой контакт с корпусом (1). Закрепленный на оси крышки (9) расположенный в рабочей зоне и имеющий непосредственный контакт с потоком неподогреваемый датчик температуры (10), вывод которого подключен к измерительному блоку прибора. 2 н. п. ф-лы, 4 ил.

Способ измерения скорости направленного потока жидкости или газа // 2549251

Изобретение может быть использовано для измерения скорости течений и ветра, а также расхода жидкостей и газа в трубопроводах. Технический результат - повышение точности, упрощение технической реализации способа измерения скорости потока и расширение областей применения. Сущность: для измерения скорости направленного потока используют первичный измерительный преобразователь меток в потоке с равномерно распределенной измерительной базой известной длины L, размещают измерительную базу в потоке под известным острым углом α к направлению потока, подают выходной сигнал R(t) первичного, измерительного преобразователя через вторичный измерительный преобразователь на спектроанализатор, вычисляют известным способом текущую за время Τ функцию спектральной плотности сигнала SR(f). В силу того, что распределенный первичный измерительный преобразователь осуществляет скользящее осреднение на базе L и на отрезке времени сигнала меток в потоке, функция SR(f) будет иметь минимумы (нули) на дискретных частотах fi в порядке возрастания , причем . Определяют частоты fi по функции SR(f), вычисляют среднюю за время T скорость потока по формуле При использовании в качестве меток в потоке неоднородностей температуры, коэффициента теплообмена (зависящего от пульсаций скорости, плотности, теплоемкости, теплопроводности, кинематической вязкости потока), пульсаций гидростатического давления, неоднородности удельной электропроводимости, коэффициентов ослабления света и звука - используют соответствующие распределенные первичные измерительные преобразователи меток в электрический сигнал. 17 ил.