Способ измерения скорости и температуры потока жидкости или газа

Способ измерения скорости и температуры потока жидкости или газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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