Способ измерения теплоты сгорания горючих газов

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПДОТЫ СГОРАНИЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ, заключающийся в том, что измерительную и сравнительную ячейки помещают в индентичные условия, рабочую смесь непрерывно подают в измерительную ячейку и осуществляют процесс полного сжигания газа, отводят продукты сгорания и сравнивают тепловыделения в измерительной и сравнительной ячейках, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения , непрерывно рег1«:трируют тепловой поток между равными по площади противолежащими участками наружной поверхности измерительной и сравнительной ячеек, затем выравнивают тепловьщеления в ячейках путем регулирования тепловой мощности сравнительной § ячейки, измеряют величину компенси (О рующей тепловой мощности в сравнительной ячейке и по известным зависимостям определяют тепло1-у сгорания.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ОЗЛМЛВЗЮ

РЕСПУБЛИК

0% 01) 3(59 С 01 N 25 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф \

° °

1Ь

ЪЮ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

OO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPbfAO (21) 3683441/24-25 (22) 17.01.84 (46) 30,11.84.,Бюл. Ó 44 (72) В.И.Соловьев, С.Г.Шуринов, М.В.Яковлева и В.Г.Карпов (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени технологический институт холодильной промышленности (53) 543.544(088.8) (56) I.Ìèêèíà В.Д., Олейник Б.Н.

Труды метрологических институтов СССР, вып.П1, с.62-65.

2. Патент CIIIA В 3393562, кл. G Ol К 17/00, !969.

3. Патент СП!А !! 3 460 385, кл. С 01 К 17/00, 1969. (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОТЫ

СГОРАНИЯ ГОР!0ЧИХ ГАЗОВ, заключающийся в том, что измерительную и сравнительную ячейки помещают в индентичные условия, рабочую смесь непрерывно подают в измерительную ячейку и осуществляют процесс полного сжигания газа, отводят продукты сгорания и сравнивают тепловыделения в измерительной и сравнительной ячейках, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, непрерывно рег стрируют тепловой поток между равными по площади противолежащими участками наружной поверхности измерительной и сравнительной ячеек, затем выравнивают тепловыделения в ячейках путем регулирования тепловой мощности сравнительной g ячейки, измеряют величину компенсирующей тепловой мощности в сравнительной ячейке и по известным зависимостям определяют тепло1у сгорания.

1126853

Изобретение относится к теплофизическим измерениям свойств веществ и может быть использовано в теплоэнергетике, в различных областях промышленности, использующих теплоту сгорания газов, а также при научных исследованиях.

Известен способ непрерывного измерения теплоты сгорания горючих газов, заключающийся в гом, что в из- 1О мерительную ячейку непрерывно подают рабочую смесь и осуществляют процесс полного сжигания газа, отводят продукты сгорания, измеряют разность температур между продуктами сгорания на выходе иэ ячейки и окислителем на входе и поддерживают ее постоянной путем регулировки расхода исследуе- 1 мого газа, затем по известным зависимостям определяют теплоту сгора- 20 ния Ц.

Описанный способ является одноячеечным, поэтому для него характерно увеличение погрешности измерения изза влияния окружающей среды. Кроме 25 того, определение теплоты сгорания связано с измерением температуры продуктов сгорания с помощью датчика температуры, установленного в потоке уходящих газов на выходе из 30 измерительной ячейки, при этом не учитывается зависимость температуры горения от.большого числа факторов„ гаких как нестационарность процессов горения и теплообмена в ячейке, све- З5 тимость факела, условия сжигания и многих других, функциональная связь между которыми еще недостаточно изучена„ Дополнительную погрешность накладывает также нестабильность термоэлектрических свойств материала датчика температуры, обусловленная работой его в условиях высокой температуры (1500 2500 С) и агрессивной среды. 45

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения теплоты сгорания горючих газов, заключающийся в том, что измерительную и сравнительную ячейки помещают в идентичные 50 условия рабочую и эталонную сме си непрерывно подают соответственно в измерительную и сравнительную ячейки и осуществляют процесс полного сжига-. ния исследуемого и эталонного газов, 55 отводят продукты сгорания, измеряют разность температур между продуктами сгорания исследуемого и эталонного газов на выходе из соответствующих ячеек и по полученному значению определяют искомую теплоту сгорания. Описанный способ является двухячеечным (дифференциальным) и позволяет свести к минимуму погрешность измерения, связанную с воздействием окружающей среды (2) и (3) . Однако теплота сгорания исследуемого газа согласно этому способу определяется по изменению температуры продуктов сгорания, измеряемой с помощью датчиков температуры, установленных в потоке уходящих газов, поэтому погрешность измерения достаточно высока. Кроме того, необходимость постоянного сжигания эталонного газа помимо исследуемого приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик.

Цель изобретения — уменьшение погрешности измерения теплоты сгорания горючих газов.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения теплоты сгорания горючих газов, заключающемуся в том, что измерительную и сравнительную ячейки помещают в идентичные условия, рабочую смесь непрерывно подают в измерительную ячейку и осуществляют процесс полного сжигания газа, отводят продукты сгорания и сравнивают тепловыделения в измерительной и сравнительной ячейках, непрерывно регистрируют тепловой поток между равными по площади проти"., волежащими участками наружной поверхности измерительной и сравнительной ячеек, затем выравнивают тепловыделения в ячейках путем регулирования тепловой мощности сравнительной ячейки, измеряют величину компенсирующей тепловой мощности в сравнительной ячейке и по известным зависимостям определяют теплоту сгорания.

Уменьшение погрешности определения теплоты сгорания горючих газов достигается путем прямогo сравнения и компенсации теплоты, выделяющейся в измерительной и сравнительной ячейках, а также путем исключения операции измерения температуры продуктов сгорания.на выходе иэ измерительной ячейки, приводящей, в свою очередь, целому ряду дополнительных погрешностей измерения.

Величины абсолютной погрешности измерения тепловой мощности, выделяемой при сжигании газа в измеритель1126 пред- что

Е» ь»1

Я К

3 ной ячейке для прототипа Д Q» и лагаемого способа h Q, с учетом, в обоих случаях ячейки находятся одинаковых условиях по отношению оболочке калориметра, равны (— — + 2), »2).

E R

О где Е1, Š— электрические сигналы соответственно с датчи,ка температуры и датчика теплоВОГО пОто ка,В; чуВСТВИТЕЛЬНОСТЬ СООТ» нетственно датчика температуры, В/К, и датчика теплового потока, В/Вт. термическое сопротивление связи с оболочкой калори-. метра К/Вт, т термическое сопротивление 25 сняэи между измерительной и сравнительной ячейками, К/Вт. (Для одинаковых минимально контролируемых электрических сигналов Е»=

Е Е - получим отношение абсолют30

2 ных погрешностей

40< $д 1

Ю (3)

aQ Б, (,-.21 )

При испольэованйи стандартной температуры с чувствительностью Sg= 40

10" В/К и полупронодниконого тепломера с чувствительностью S = 0,1 В/Вт величина dQ» на порядок больше Д» 2.

Расчет по формуле (3) для указанных 4»» условий показывает, что Д 0 остается много больше Д»»2 вплоть до величины

R 100 К/Вт. Выравниваются также погрешности при R=1000 К/Вт, однако при этом имеет место недопустимый на практике перегрев конструктивных элементов ячейки относительно температуры оболочки калориметра.

На чертеже представлена тепловая 50 схема осуществления предлагаемого способа.

На схеме изображены измерительная 1 и сравнительная 2 ячейки, обо-. лочка 3 калориметра. Для уменьшения 55 погрешности измерения от воздействия окружностей среды используется известная дифференциальная схема с двумя

853 4 одинаковыми ячейками, которые помеща, ют в идентичнь»е условия. Идентичность! условий достигают путем симметричного расположения обеих ячеек в оболочке калориметра 3, на поверхности которой поддерживают постоянную температуру Т, а также путем casse ячеек ! и 2 с оболочкой 3 через одинаковые термические сопротивления Е„и RD

R Ко)

Затем в измерительную ячейку по специально "v подводящему патрубку непрерыр . одают рабочую смесь (исследуемый горючий газ с окислителем/ и осуществляют процесс полного сжигания газа, при этом в измерительной ячейке вьделяется тепловая мощность

Q Ïîëó÷Híøèåñÿ продукты сгорания бтводят из измерительной ячейки с помощью специального выводного патрубка в атмосферу. Для уменьшения погрешности измерения рекомендуется любым известным способом обеспечить с достаточной точностью условие равенства физического гепла, вносимого в измерительную ячейку с рабочей смесью, физическому теплу, уносимому с продуктами сгорания, что, например, можно выполнить с погрешностью порядка

0,05Х лри достижении равенства

;температур рабочей смеси на входе в ячейку и продуктов сгорания на выходе из нее.

ПолУченную тепловую мощность Q» сравнивают с теплоньделением в сравнительной ячейке Q . Для этого не- о прерывно регистрируют тепловой поток

Q между равными по площади противот лежащими участками наружной поверхности измерительной и сравнительной ячеек. Указанное обеспечивается за счет включения между измерительной и сравнительной ячейками полупроводниковых преобразователей теплового потока (тепломерон). В этом случае между ячейками устанавливается тепловая связь с термическим сопротивлением

R и теплоной поток Ят регистрируют .по величине пропорционального ему электрического сигнала с тепломерон, Для уменьшения погрешности измерения рекомендуется принять меры для уменьшения контактных термических сопрот тивлений между тепломерами и наружными поверхностями ячеек, а также стремиться к обеспечению изотермичности наружных поверхностей ячеек.

По величине электрического сигнала с тепломеров выравнивают тепловы1126853 йод рофктпЯ

СгОРаииЯ

ВНИИПИ Заказ 8683 32 Тираж 822 Подписное

Филиал G HHÏàòåâò, r.Óèãîðîä, ул.Проектная, 4 деления в ячейках путем регулирования тепловой мощности сравнительной ячейки, измеряют величину компенсирующей тепловой мощности в сравнительной ячейке и по известным эависи" мостям определяют теплоту сгорания.

В этом случае с Достаточной точностью должно выполняться условие Я 0 и

Я ЯдЯ Q2 где g1 и Я д " тепловые потоки через соответственно термические сопротивления R„ H R>, что наиболее просто реализуется с помощью установки в сравнительной ячейке электронагревателя, соединенного с, выходом регулируемого высокостабили- 15 зированного источника питания типа

БНН-150, Б5=49 и т.д, Величина компенсирующей тепловой мощности Я, определяется в этом случае по измеренным значениям тока и напряжения 20 на ветвях электронагревателя с погрешностью не менее 0,01X. Тогда

Ч I тепловая мощность Q, выделяющаяся в измерительной ячейке при сжигании исследуемого газа, определяется по известной зависимости р„- A .Qo (4) где А — коэффициент, определяемый при калибровке калориметра.

Затем, зная объемный расход исследуемого газа при нормальных условиях

W (м /с/, можно определить искомую теплоту сгорания ((Дж/м ) по известной зависимости

Q = а / . (5)

Таким образом, предлагаемый способ измерения теплоты сгорания горючих газов позволяет на порядок,меньшить относительную погрешность изме рения по сравнению с прототипом.