Устройство для автоматического определения коэффициента теплопроводности жидкостей и газов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ, содержащее генератор и измерительный мост с источником питания и ключом , в одно плечо которого включена нагревательная нить-датчик, .в три других - переменные сопротивления. а одна диагональ которого параллельно подключена к последовательно соединенным источнику питания и ключу, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени и повьппения точности измерения, оно дополнительно содержит блок регистрации дискретнск значений напряжения, блок памяти, вычислительный блок, усилитель и блок управления, один вход которого соединен с одним выходом генератора, второй вход - с первым выходом блока регистрации, девять других - с девятью выходами вычислительного блока, один выход блока управления соединен с первым входом (Л блока регистрации и одним входом блока памяти, второй выход - с одним входом ключа и одним входом блока памяти, а три других - с тремя другими входами блока памяти, десять входов которого соединены с десятью выходами блока регистрации, О1 второй вход которого соединен через усилитель с двумя выходами измери IND тельного моста, а девять выходов блока памяти соединены с девятью входами вычислительного блока. оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК 1щ1 G Ol N 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

И, :В

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ГЮ ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2! ) 363391 7/24-25 (22) 23.,08, 83 (46) 23.05.85. Бюл. 11 19 (72} Т. Г. Булатова, А, А. Тарзиманов, В. Н. Акимов и Ф. P. Габитов (71) Казанский ордена Трудового Красйого Знамени химико-технологический институт им.,С. М. Кирова (53) 536. 6 (088. 8} (56) 1. Заявка Японии 11 53-29114, кл, 113К 31, 1979.

2. Ильин Б. И. и др. Экспериментальное исследование коэффициента теплопроводности слабо поглощающих жидкостей в слоях, прозрачных для

ИК-излучения. — Инженерно-физический журнал, т. 30, 1979, И 6, с. 972977 (прототип). (54}(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТНЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ, содержащее генератор и измерительный мост с источником питания и ключом, в одно плечо которого включена нагревательная нить-датчик, в три других - переменные сопротивления, „„SU„„115?428 А а одна диагональ которого параллельно подключена к последовательно соединенным источнику питания и ключу, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени и повьппения точности измерения, оно дополнительно содержит блок регистрации дискретных значений напряжения, блок памяти, вычислительный блок, усилитель и блок управления, один вход которого соединен с одним выходом генератора, второй вход — с первым выходом блока регистрации, девять других — с девятью выходами вычислительного блока„ один выход блока управления соединен с первым входом блока регистрации и одним входом блока памяти, второй выход - с одним входом ключа и одним входом блока памяти, а три других — с тремя другими входами блока памяти, десять входов которого соединены с десятью выходами блока регистрации, второй вход которого соединен через усилитель с двумя вьмодами измерительного моста, а девять вьмодов блока памяти соединены с девятью входами вычислительного блока.

1 l l 5

Изобретение относится к автоматизации тецлофизических измерений, в частности к устройствам для автоматического определения коэффициента теплопроводности жидкостей и газов в импульсном режиме, и может быть использовано для определения теплофизических свойств жидкостей и газов в быстропротекающих и необратимых процессах, в потоках при неустановив-10 шемся режиме и т,п., а также для измерения нестационарных температур (скоростей).

Известно устройство для измерения теплопроводности, содержащее датчик 15 температуры, расположенный вблизи нагревательной проволоки, схему выборки дискретных значений сигнала датчика, блок памяти для временного хранения дискретных значений выходно-20 го сигнала и вычислительный блок, опреДеляющий тецлопроводность на основании содержимого блока памяти (1 1.

Однако укаэанное устройство производит измерения дискретных значений 25 сигнала с датчика, их запоминание н вычисление применительно к стационарному процессу нагревания нити, т.е. исследуемый интервал времени используется для измерения, но одновремен- ЗО но не является источником энергии.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее генератор, источник питания, ключ, измерительный мост, в одно плечо которого включен датчик, в трн других " переменное сопротивление, одна диагональ которого параллельно подключена к последовательно соединенным источнику пи- @ тания и ключу, при этом один выход другой диагонали эаземлен, а второй соединен с входом осциллографа, второй вход синхронизации которого подключен к выходу линии задержки, вход которой соединен с одним выходом генератора, второй вход последнего — с входом трансформатора, выход которого соединен с входом ключа 2 1, Для определения теплофнэических свойств жидкостей, газов, в частности теплопроводности, используется формула

16 ri 2 /лВ/

Для определения теплопроводности по этой формуле необходимо измерять изменение сопротивления нити-датчика

5R в исследуемой среде эа очень ко7428 роткий временной интервал catt„-t в течение определенной длительйости измеряемого импульса Т, подаваемого на датчик. Для нахождения значений

hR» йК ... йВ„ при соответствующих временных интервалах t» t „... t „ от начала воздействующего на датчик импульса необходимо многократное повторение измеряемых импульсов. При многократном воздействии импульса на датчик определяется первое отклонение

Ы„, на это требуется 15-20 мин, для следукщего определения — еще

15-20 мин и т,д. Для получения полной характеристики измеряемого импульса требуется 60-120 мин, необходимо выполнять режим стабилизации тока, напряжения и температуры исследуемой сре-ы

Недостатком известного устройства является невозможность снятия тепловой характеристики датчика за один импульс, что обуславливает невозможность измерения параметров в быстропротекающих, необратимых процессах, измерения мгновенных теплофиэических характеристик и

T.ï., большую трудоемкость эксперимента.

Пель изобретения — сокращение времени и повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для автоматического определения коэффициента теплопроводности жидкостей и газов, содержащее генератор и измерительный мост с источником питания и ключом, в одно плечо которого включена нагревательная нить-датчик, в три других — переменные сопротивления, а одна диагональ которого параллельно подключена к последовательно соединенным источнику питания и ключу, дополнительно содержит блок регистрации дискретных значений напряжения, блок памяти, вычислительный блок, усилитель и блок управления, один вход которого соединен с одним выходом генератора, второй вход — с первым вы. одом блока регистрации, девять других — с девятью выходами вычислительного блока, один выход блока управления соединен с первым входом блока регистрации и одним входом блока памяти, второй выход— с одним входом ключа и одним входом блока па;ятти, а трн других — с тремя. 3 115 другими входами блока памяти, десять входов которого соединены с десятью выходами блока регистрации, второй вход которого соединен через усилитель с двумя выходами измерительного моста, а девять выходов, блока памяти соединены с девятью входами вычислительного блока.

Устройство содержит генератор, источник питания, ключ, измерительный мост, в одно плечо которого включен датчик, в три других переменные сопротивления, одна диагональ которого параллельно подключена к

15 последовательно соединенным ис тачнику питания, ключу, дополнительно введены аналого-цифровой преобразователь,-блок формирования сигнала для запуска АЦП, блок синхронизации, 2О блок управления измерениями, блок Bbt вода информации, дифференциальный усилитель, устройство Д3-28, восемь выходов которого соединены с восемью входами блока управления измерениями, а девятый выход — с первым входом блока синхронизации и первым входом блока вывода информации, восемь вьг ходов которого соединены с восемью входами устройства Д3-28, девятый вход которого соединен с одним выходом блока синхронизации, первый выход блока управления измерениями соединен с третьим входом блока вывода инфор,мации и первым входом блока формирования сигнала для запуска АЦП, пер- 35 вый выход которого соединен с девятым входом блока управления измерениями, второй выход последнего соединен с вторым входам блока синхронизации, третий выход — с вторым входом блока 4О вывода информации, четвертый выход— с третьим входом блока синхронизации и одним входом аптрана, выход которого соединен с входом ключа, два выхода другой диагонали моста саеди- 45 нены с двумя входами дифференциально.го усилителя, выход которого соединен с первым входом AIIII, одиннадцатым выходом соединенного с вторым входом блока формирования сигнала для запус-5О ка АЦП, второй выход которого соединен с .вторым входом AUII. четвертым входом блока синхронизации и четвертым входом блока вывода информации, а входы с пятого па четырнадцатый— с десятью выходамн AIIII. Ераме то а, блок формирования сигнала для запуска АЦП содержит последовательно вклю7428 4 ченные генератор, выход которога. соединен с первым входом элемента задержки и вторым входом делителя частоты, первый вход и первый выход которого соответственно соединены с первым входом и первым выходом блока, а второй выход — с первым входом триггера, второй вход которого ° соединен с одним выходом формирователя, а вход последнего - с вторым входом блока, один выход триггера соединен с вторым входом элемента задержки, выходом соединенного с вторым выходом блока. Блок управления измерениями содержит логический элемент 8И, восемь входов которого соединены с восемью входами блока, один выход - с входами двух элементов

И, выход первого элемента И соединен с третьим выходом блока, выход второ- го - с вторым выходом блока и одним входом формирователя, выход последнего - с вторым входом триггера. первый вход которого соединен с деBRTbIM входом блока, а первый и второй выходы — с первым и четвертым выходами блока. Блок синхронизации содержит три формирователя, входы двух иэ них соединены с четвертым входом блока, а выходы — с первым входом триггера, второй вход которагс соединен с выходом третьего формирователя, вход которого соединен с первым входом блока, выход триггера соединен с первым входом элемента ЗИ, второй и третий входы которого соединены соответственно с вто" рым и третьим входами блока, а выходс одним выхацом блока.

Блок вывода информации содержит два инвертара, вход одного соединен с первым входам блока, выход — с одним входам формирователя, вход второго соединен с третьим входам блока, а выход — с первым иэ четырех входов десяти элементов 4И, выход формирователя соединен с одним входам триггера, другой вход которого соединен с четвертым входом блока, а первый вьглад триггера — с вторым иэ четырех вхадаз первых восьми зле" ментов 4И, второй выход — с вторыми входами девятага и десятого элементов 4И, третьи входы всех десяти элементов 4И вЂ” с вторым входом блока, четвертые входы — с десятью входами блока, выходы первых шести - с шестью выходами блока, выходы седьмого и

1157428 девятого - с двумя входами элемента

ИЛИ, выход которого соединен с седьмым выходом блока, выходы восьмого и девятого элементов 4И вЂ” с двумя входами другого элемента ИЛИ, выход последнего — с восьмым выходом блока.

На фиг. l представлена функциональная схема устройства для автоматического измерения теплофизических параметров; на фиг. 2 " временная 10 диаграмма работы устройства; на фиг, 3 - характеристика импульса раэбаланса с измерительного моста.

Устройство содержит генератор 1, источник 2 питания, ключ 3, измерительный мост 4, блок 5 регистрации, блок 6 памяти, вычислительный блок

7, усилитель 8 и блок 9 управления.

Работа предлагаемого устройства для автоматического определения m коэффициента теплопроводности заключается в измерении и запоминании дискретных значений импульса через известные временные интервалы, ха- . рактеризующего разбаланс моста, н связи с изменением сопротивления нагреваемой нити-датчика.

В работе используется вычислительное устройство "Электроника ДЗ-28", блок регистрации, аналого-цифровой 30 преобразователь Ф-707I/1 с числом разрядов десять, ключ реализован на оптроне.

Предварительно балансируется иэ- 35 мерительный мост. В блоке формирования сигнала для запуска АЦП с помощью генератора и делителя частоты задается длительность измеряемого импульса и длительность между измерениями. 4о

По команде "Пуск" с клавиатуры ДЗ-28 происходит выполнение первой программы, т.е. в течение одного измеряемого импульса измерение и дискретных значений напряжения с последующим запоминанием. Происходит это следующим образом. По команде "Пуск" с клавиатуры ДЗ" 28 по восьми выходам проходит сигнал "Упр,", выбирающий нужное внешнее устройство. Через элемент о

И проходит сигнал "Унр," и устанавливает в ожидание элементы 4И, с выходов которых в двоичном коде по два байта будут передаваться дискретные значения напряжений через каждые

Т (в данном случае 72 мс). Сигнал с выхода элемента И блока управления измерениями в блоке синхронизации на одном входе элемента ЗИ устанавливает одно иэ разрешений и одновременно через формирователь триггер устанавливается в исходное состояние, ныходной сигнал с которого устанавливает н исходное состояние делитель частоты. Сигнал "ВВ" с девятого выхода ДЗ-28 н сигнал с выхода делителя частоты управляют состоянием триггера, т.е, сигнал "ВВ" с устройства

ДЗ-28 и раз подтверждает состояние триггера, в течение которого на втором выходе появляется задающий импульс, в течение длительности которого через оптрон и открытый транзисторный ключ на датчике измерительного моста генерируется импульс, амплитуда которого определяется источником напряжения. Импул. с разбаланса с двух входов другой диагонали моста через дифференциальный усилитель поступает на аналоговый вход АЦП. Делитель частоты задает длительность импульса измерения Т на датчик измерительного моста, управляя состоянием триггера, и длительность интервалон между дискретными измерениями, управляя состоянием триггера, т. е. через каждые . c одного выхода триггера через элемент ИЛИ подается на АЦП разрешение на измерение {сигнал "Запуск

АЦП"), через время преобразования сигнал "Конец измерения" с первого выхода АЦП поступает через некоторую задержку на другой вход триггера, т.е. переводит его н состояние ожидания, чтобы по следующему сигналу с делителя частоты через интернал между дискретным измерением вновь по. дать разрешение на AUII для измерения следующего дискретного значения.

Вместе с измерением происходит преобразование, на десяги выходах АЦП устанавливается значение U- в дно1 нчном коде, Другая особенность устройства связана с тем,, что н машину можно одновременно передать код по восьми входам aAIIII для большей точности измеренря используются с

8,16,32 выходами и т.д. I

Поэтому в ийтернале между измерением двух соседних дискретных значений нужно передать U; в дноичном коде двумя байтами, это передается на четвертые входи элементов 4И.

Управляется эта передача сигналами

"ВВ" и "СИП", По сигналу "Запуск

АЦП" с триггера через элемент И

11574?8

С помощью устройства и использования "Электроники ДЗ-28" возможно за один воздействующий на датчик импульс (для толуола Т20 мс;. воздуха

T 1 с) замерить через временные интервалы внутри измеряемого импульса несколько дискретных значений амплитуд напряжения измеряемого импульса.

В предлагаемом устройстве через

10 временные интервалы фиксируются амплитуды импульса U U ° ° U„, а затем определяются nR и Л

Ьйб; R дй — — — ->- )

Е-2аП:

7 формируются два импульса для передачи первого байта формирователем, для второго — формирователем, Сигнал "ВВ" с ДЗ-28 через формирователь дважды устанавливает триггер в исходное состояние, а цо сигналу

"Запуск AgII" с триггера через элемент И и формирователи на одном выходе триггера устанавливается дважды сигнал "СИП", который передается на один иэ трех входов элемента ЗИ, на двух других входах которого уже установлены разрешения сигналом

"Упр" и импульсом измерения Т. Дважды на выходе элемента ЗИ формируется сигнал "СИП",,который поступает на девятый вход ДЗ-28, он и дает разрешение на запись в память ДЗ-28 двух последовательных байтов с выходов элементов 4И блок». В блоке вывода информации через инвертор элементы 4И устанавливаются в состояние ожидания, через инвертор н формирователь проходит сигнал "ВВ" на один из входов триггера, состоянием кото- 5 рого управляют два сигнала "ВВ" и сигнал "Запуск АЦП", сигналы с выходов этого триггера формируют сигналы "СИП", которые и дают разрешение на последовательное прохождение первого и второго байтов на входы

ДЗ-28. Первый байт передает информацию с первого по восьмой выходов

АЦП, второй — с девятого и десятого входов. В блоке памяти ДЗ-28 запись двух байтов в двоичном коде переводится по программе измерений в десятичное число. Таким образом, чтобы провести измерение в режиме автоматизации с помощью предлагаемого устройства, достаточно ввести прог1О

Рамму измерения и нажать клавишу

ФФ ФФ

Пуск . Время измерения равно сумме длительности измеряемого импульса и длительности машинных команд . Пред45 лагаемое устройство позволяет измерять параметры кратковременных процессов, нзпрнмер теплопроводности растворов при поли ериэации, дли, тельность которых с и т.п. При

50 необходимости от программ измерения можно обратиться к программе вычисления необходимого параметра е выводом на печать.

«Е о (Е-2 U;) ° tn e/e ! 6 . 2 4 с1Б; - о,Таким образом, расчет теплоцроводности происходят по одной формуле, но массив исходных значений поступает по-разному. В данном случае во время измерения в течение Т в,память ДЗ-28 записываются все измеренные значения.

В предлагаемом устройстве используется "Электроника ДЗ-28", отечес гвенная мнкр -ЭВМ, аналого-цифровой преобразователь Ф-7077/! (время преобразования 8 мкс). В память ДЗ-28 вводятся две программы: для проведения измерений и вычисления нужного параметра с выводом на печать. В первой программе задается число asмерений и, по второй программе проводится расчет н он почти аналогичен известному расчету. Предлагаемое устройство. позволяет осуществить в течение одного кратковременного импульса связь с ДЗ-28 н AIIII и, таким образом, успеть замерить н записать необходимое количество дискретных значений амплитуд напряжения одного импульса. В устройстве задается длительность измеряемого импульса.Т и длительность между измерением дискретных значений, в первой программе число измерений т.п, так как оба параметра легко изменить можно считать длительность измеряемого им" пульса переменной величиной, минимальная длительность измеряемого импульса ограничена снизу техническим условием ДЗ"28 и АЦП, 1157428

I 157428

„Коиец

4417 п,5

n,д и. 7 фиг.Р

Составитель В. Гусева

Редактор О. Юрковецкая Техред С.йовкий Корректор И. Самборская

Заказ 3260/42 Тирам 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Узгород, ул. Проектная, 4