Устройство для измерения температуры

 

Изобретение м.б. использовано при оценке комфортности температзфной обстановки помещения и позволяет расширить функциональные возможности . Устр-во содержит вентилятор 1, патрубок 2, конфузор 3, экранирующую пластину 4, датчики температуры, изготовленные в виде термометров 5 и 6 с резервуара14и 7 и 8, реостат 15, нагреватель воздуха, выполненньй в виде керамического стержня и обмотанного спиралью. Введение новых элементов и образование новых связей . между элементами устр-ва позволяет обеспечить возможность определения радиационной температуры (t д) для оценки комфортности температурной обстановки помещения. Измерение проводят в три этапа. Этап Сравнение определяет соотношение между радиационной температурой и температурой воздуха. На этапе Контроль компенсируют тепловое воздействие температуры воздуха на устр-во, для чего выравнивают показания датчиков тем- . На этапе Замер осуществляют измерение искомой tg. Для измерения радиационной температуры независимо от соотношения между t „ и температурой воздуха устр-во д.б. снабжено ваттметром и нагревательным элементом. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. f ш (Л со О5 ОС О5 О5 ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК 511 4 С 01 К 7/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ.(21) 4045066/24-10 (22) 10.02.86 (46) 23.01.88. Бюл. У 3, (71) Центральный научно-исследовательский и проектно-экспериментальный институт промышленных зданий и сооружений (72) А.Л.Наумов, С.M.Utèëêëoïåð, И.Ф.1Ъ мель, P,À.Ñàðû÷åâ-Чумбуридзе . (53) 536 ° 53(088.8) (56) Оппл Л., Йокл М. Методика измерения микроклиматических условий в гигиенической практике, — М.: Медгиз, 1962, с.88-89.

Богословский В.Н.Строительная теплофизика. — М.: Высшая школа, 1982, с. 87. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМТ1ЕРАТУРЫ (57) Изобретение м.б. использовано при оценке комфортности температурной обстановки помещения и позволяет расширить функциональные возможности. Устр-во содержит вентилятор

1, патрубок 2, конфузор 3, экраниру„„Я0„„1368665 А1 ющую пластину 4, датчики температуры, изготовленные в виде термометров 5 и 6 с.резервуарами 7 и 8, реостат 15, нагреватель воздуха, выполненный в виде керамического стержня и обмотанного спиралью. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устр-ва позволяет обеспечить возможность определения радиационной температуры (t ) для оценки комфортности температурной обстановки помещения. Измерение проводят в три этапа. Этап "Сравнение" определяет соотношение между радиационной температурой и температурой воздуха. На этапе "Контроль" компенсируют тепловое воздействие температуры воздуха на устр-во, для чего выравнивают показания датчиков температуры. На этапе "Замер" осуществляют измерение искомой t „. Для измерения радиационной температуры независимо от соотношения между t „ и температурой воздуха устр-во д.б. снабжено ваттметром и нагревательным элементом. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1368665 2

Изобретение относится к технике измерения температур, в частности, при оценке комфортности температурной обстановки помещения.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности определения радиационной температуры для оценки комфортности температурной обстановки помещения.

На фиг.1 изображено устройство для измерения температуры с датчиками, изготовленными в виде ртутных, термометров; на фиг ° 2 — устройство для измерения температуры с датчиками, изготовленными в виде термопар; на фиг.3 — устройство. для измерения температуры,. дополнительно снабженное ваттметром и нагревательным элементом с датчиками, изготовленными в виде ртутных термометров; на фиг.4— устройство для измерения температуры, дополнительно снабженное ваттметром и нагревательным элементом с датчиками, изготовленными в виде термопар.

Устройство для измерения температуры содержит вентилятор 1, к нагнетательной части которого присоединен верхности которого выполнены зеркальными, конфузор 3, турбулиэирующую, экранирующую пластину 4, два датчика температуры, изготовленные в виде либо однотипных ртутных термометров

5.и 6 с резервуарами 7 и 8 (фиг.l и 3), либо в виде однотипных термопар 9 и 10, соединенных с потенциометром 11 через клюн 12, который может находиться в положениях 13 и 14, причем в положении 13 ключ 12 соединяет потенциометр 11 только с термопарой 9, а в положении 14 — с двумя термопарами 9 и 10 (фиг,2 и 4). Устройство для измерения температуры содержит реостат 15 и нагреватель воздуха, выполненный в виде керамического стержня 16, обмотанного спиралью

17, последовательно подключенного к реостату 15. Резервуар 7 термометра

5 (или термопара 9) размещен в патрубке 2 по его оси на расстоянии 1,550

2 калибра от выходного отверстия патрубка, а резервуар 8 термометра 6 (или термопара 10) зачернен и размещен по оси патрубка 2 на. расстоянии

1-5 калибров от его выходного отверстия. Турбулизирующая, экранирующая цилиндрический патрубок 2, обе по5

1r

45 пластина 4 расположена перпендикулярно его оси в патрубке 2 между нагревателем вбздуха и резервуаром 7 (или термопарой 9) на расстоянии 1,5-2 калибра от последнего, причем пластина

4 выполнена в виде круга диаметром

0,4-0,7 калибра, а обе поверхности пластины 4 изготовлены зеркальными.

Конфуэор 3 выполнен в виде усеченного конуса .с углом раскрытия 50-70, диаметром основания 1 калибр и диаметром сечения 0,3-0,5 калибра, причем диаметр сечения не должен превышать диаметр пластины 4, и расположен на расстоянии 0,4-0,7 калибра от последней таким образом, что его ось совпадает с осью патрубка 2, а усеченная часть направлена в сторону пластины 4. Нагреватель воздуха, выполненный в виде керамического стержня 16, обмотанного спиралью 17, размещен в патрубке 2 по его оси между конфузором 3 и вентилятором 1.

Для имитации поступления тепла на человека резервуар 8 ртутного термометра 6 должен быть выполнен цилиндрическим и расположен вертикально.

Кроме того, устройство для измерения температуры может быть дополнительно снабжено ваттметром 18, нагревательным элементом 19 с зачерненной наружной поверхностью, в котором установлен второй датчик температуры — резервуар 8 термометра 6 (фиг.3) или термопара 10 (фиг.4), и ключом 20,. который может находиться в положениях 21 и 22 и через который нагревательный элемент 19 подключен к реостату 15 и. ваттметру 18.При этом в положении 21 ключ 20 соединяет источник питания с цепью, связывающей спираль 17 нагревателя воздуха с реостатом 15, а в положении 22— с цепью, связывающей нагревательный элемент 19 с реостатом 15 и ваттметром 18.

Для имитации поступления лучистоro тепла на человека нагревательный элемент 19 должен быть выполнен цилиндрическим или чечевицеобразным и расположен таким образом, что его ось совпадает с осью патрубка 2.

Расс тояние между рез ерв уаром 8 термометра 6 (или термопарой 10) и выходным отверстием патрубка 2 выбрано исходя из двух требований: резервуар 8 (термопара 10) должен об1368665 лучаться тепловыми потоками от ограждающих конструкций и оборудования и находиться в ядре струи, выходящей из вентилятора 1 через патрубок 2.

Длина начального участка, соответствующего ядру струи, составляет

1 0335. d (I ) где d — диаметр выходного отверстия; а — коэффициент турбулентной структуры, равный для простой цилиндрической трубы 0,07, а для цилиндрического патрубка 0,076.

Отсюда

1 = 4,41d — 4,79d. (2)

Расстояние между резервуаром 7 (термопарой 9) и выходным отверстием патрубка 2 выбрано равным 1,5-2 диаметров патрубка, исходя из того,что при меньшем расстоянии на выходе из патрубка не .скомпенсированы аэродинамические возмущения, вызванные расположением резервуара 7 (термопары 9) в конце патрубка 2, что приводит к неоднородностям в струе, обдувающей резервуар 8 (термопару 9) тер-, мометра 6, а при большем расстоянии неоправданно увеличена длина патрубка 2.

Расстояние между резервуаром 7 (термопарой 9) и турбулизирующей экранирующей пластиной 4 выбрано равным 1,5-2 диаметров патрубка, так как при меньшем расстоянии не скомпенсированы аэродинамические возмущения, вызванные пластиной 4, что приводит к неравномерности обдува резервуара 7 (термопары 9), а при большем расстоянии неоправданно увеличена длина патрубка 2.

Диаметр турбулизирующей экранирующей пластины 4 выбран равным 0,4-0,7 диаметров патрубка, исходя из того, что при меньшем диаметре часть струи обтекает пластину без завихрений,что приводит к неравномерному температурному полю струи в зоне расположения резервуара 7 (термопары 9), а при большем диаметре неоправданно увеличено аэродинамическое сопротивление в патрубке 2.

Угол раскрытия конфузора 3 выбран равным 50-70, исходя из того, что при большем угле неоправданно увеличено аэродинамическое сопротивление в патрубке 2, а при меньшем неоправданно увеличена длина патрубка 2.

Диаметр сечения конфузора 3 выбран равным 0,3-0,5 диаметров патрубка, так как при большем диаметре часть струи обтекает пластину 4 без завихрений, что приводит к неравномерному температурному полю струи в зоне расположения резервуара 7 (термопары 9), а при меньшем неоправданно увеличены аэродинамическое сопротивление и длина патрубка 2.

Расстояние между конфузором 3 и турбулизирующей экранирующей пластиной 4 выбрано равньм 0,4-0,7 диамет16 ров патрубка, исходя из того, что при меньшем расстоянии неоправданно увеличено аэродинамическое сопротивление патрубка 2, а при большем часть струи обтекает пластину 4 без

Zp завихрений, что приводит к неравномерному температурному полю струи в зоне расположения резервуара 7 (термопары 9), и неоправданно увеличена длина патрубка 2.

25 В ряде случаев конструктивно удобнее размещать резервуар 7 термометра

5 (термопару 9) в патрубке 2, а вне его — в ядре потока на расстоянии не более пяти диаметров патрубка от патЗ0 рубка 2. При этом резервуар 7 (термопара 9) должен быть экранирован от излучения, располагаться по оси патрубка 2, а расстояние от резервуара 7 (термопары 9) до патрубка 2 должно быть выбрано минимальным в

35 указанных пределах. Выполнение поверхностей пластины 4 и патрубка 2 зеркальными в этом случае необязательно, При наличии конструктивной возможности размещения резервуара 7 термометра 5 (термопары 9) на расстоянии не менее 6 диаметров патрубка от нагревателя воздуха и изготовле4 ния патрубка 2 на участке между нагревателем воздуха и резервуаром 7 термометра 5 (термопарой 9) изогнутым так, чтобы исключить облучение резервуара 7 (термопары 9) спиралью

rp 17, устройство для измерения температуры может быть изготовлено без конфузора 3 и пластины 4, так как на этом расстоянии выравнена как аэродинамическая, так и температурная неоднородность струи, создаваемая нагревателем воздуха.

Устройство, изготовленное без ваттметра 18 и нагревательного элемента 19 (фиг ° 1 и 2), предназначено

15

25

5 . 13686

| для измерения радиационной температуры только в случае ее превалирования над темпера турой воздуха (t < з t ) .

Для измерения t независимо от соотношения между t < и t > устройство должно быть дополнительно снабжено ваттметром 18 и нагревательным элементом 19 (фиг.3 и 4), Измерение радиационной температуры проводят в три этапа: "Сравнение", "Контроль", "Замер". На этапе

"Сравнение" определяют соотношение между t u.t, на этапе "Контроль" компенсируют тепловое воздействие температуры воздуха на устройство, для чего выравнивают показания датчиков температуры, на этапе "Замер" осуществляют измерение искомой радиационной температуры.

Перед замером устройство с датчиками температуры, выполненными в виде термометров 5 и б располагают горизонтально, а с датчиками, выполненными в виде термопар 9 и 10 — вертикально. Этим поступление лучистого тепла на человека имитируется поступлением лучистого тепла на датчики.

Этап ."Сравнение" проводят следующим образом. Включают вентилятор 1, 30 в результате чего воздух, проходящий через патрубок 2, обдувает термопары 9 и 10 (резервуары ? и 8 термометров 5 и 6). При этом ключ 12 должен находиться в положении 14.

Термопара 9 (резервуар 7 термометра 5) в значительной мере изолирована от тепловых потоков помещения патрубком 2, а на термопару 10 (резервуар 8 термометра 6) эти потоки оказывают существенное воздействие. Поэтому, хотя обе термопары (оба резервуара) фиксируют некоторые средние значения между и t „ температура, регистрируемая термопарой 9 (термо- 4

65 е кают, а на этапе "Замер" переводят ключ 12 в положение 13 и по показаниям потенциометра 11 (по показаниям любого термометра 5 и 6) определяют искомую радиационную температуру. На этом измерение заканчивают.

Если потенциометр 11 показывает положительную разность температур, измеряемых термопарами 1 0 и 9 (термометр 6 показывает более высокую температуру, чем термометр 5), это свидетельствует о том, что в данной точке помещения t < t>.В этом случае на этапе "Контроль" ключ 20 переключают в положение 21 или используют устройство, изготовленное без ваттметра 18 и нагревательного элемента

19 (фиг.1 и 2), включают спираль 17 нагревателя воздуха и реостатом 15 плавно повышают температуру воздуха, проходящего по патрубку 2 до тех пор, пока показания потенциометра 11 не станут равны нулю (не сравниваются показания термометров 5 и 6).

При этом. температурная неоднородность струи, создаваемая нагревателем воздуха, выравнивается путем последовательного сжатия потока в конфуэоре 3, внезапного расширения на выходе из конфузора и турбулизации за пластиной 4. Прямое облучение термопары 9 (резервуара ?) спиралью 17 исключается размещением в патрубке 2 пластины 4, а переизлучение с пластины сведено к минимуму зеркальным покрытием ее поверхностей. Нулевые показания потенциометра 11 (равенство показаний термометров 5 и 6) свидетельствуют об исключении влияния на показания термопары (термометра

6), следовательно при этом обе терФ мопары (оба термометра) регистрируют радиационную температуру. метра 5) — о том, что t < > t более высокая — о том, что t > t в

Если показания потенциометра ll равны нулю (термометры 5 и 6 показывают одинаковую температуру), это свидетельствует о том, что t > = .

В этом случае этап "Контроль" пропус55 метром 5), ближе к tq, а температура, регистрируемая термопарой 10 (термометром 6), ближе к t . Поэтому равенство температур на термопарах 9 и

10 (термометрах 5 и 6), -свидетельст- 50 вует о том, что t = t, более низкая температура термопары 9 (термоНа этапе "Замер" ключ 12 переключают в положение 13 и по показаниям потенциометра 11 (по показаниям любого термометра 5 или 6) определяют искомую радиационную температуру. На этом измерение заканчивается, Если потенциометр 11 показывает отрицательную разность температур, измеряемых термопарами 10 и 9 (термометр 6 показывает более низкую температуру, чем термометр 5), это свидетельствует о том, что в данной точке помещения (. В этом случае

Ь установка для измерения температуры

368665 ниям ваттметра 18 — N (на шкале ваттметра 18 может быть установлена дополнительная шкала, оттарированная в зависимости от t, ы„ и F). Ha

5 этом измерение заканчивают.

Конкретные параметры устройства (фиг.4) могут быть следующими: диаметр патрубка 20-30 мм, скорость потока воздуха на выходе из патрубка

4-6 м/с; производительность вентилятора 5 — 15 м /ч; длина керамического стержня 100 мм; расчетная максимальная мощность спирали 300 Вт; рас1Б четная максимальная мощность нагревательного элемента 0,5 Вт; диапазон измерения ваттметра 0 — 0,5 Вт. где,N — мощность, регистрируемая ваттметром 18; — Коэффициент лучистого теплои обмена, определяемый экспериментально для заданной поверхности нагревательного элемента 19;

Р— площадь поверхности нагрева.тельного элемента 19;

t — температура поверхности йапоа гревательного элемента 19, Отсюда

1

1 обязательно должна быть снабжена ваттметром 18 и нагревательным элементом 19.

На этапе "Контроль" ключ 20 переключают в положение 22, включают нагревательный элемент 19 и реостатом 15 плавно повышают температуру нагревательного элемента 19 до тех пор, пока показания потенциометра 11 не станут равны нулю (не сравняются показания термометров 5 и 6).

Это равенство свидетельствует о том, что температура поверхности нагревательного элемента 19 равна температуре воздуха, омывающего эту поверхность, следовательно конвективный теплообмен на этой поверхности отсутствует, а регистрируемая ваттметром 18 мощность затрачивается на поддержание стационарного лучистого теплообмена между ограждениями помещения и поверхностью нагревательного элемента 19:

N=,F(+ÄÄ -t,)= „. F(, — t,), (3) N

t (4)

R Ь,(.р

По формуле (4) на этапе "Замер" определяют искомое значение t . Для этого ключ 12 переключают в положе-. ние 13 и по показаниям потенциометра

11 (по показаниям любого термометра

5 или 6) определяют t z, а по показаФормула изобретения

1. Устройство для измерения температуры, содержащее два датчика температуры, один иэ которых расположен в патрубке, и вентилятор, о т— л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности определения радиационной температуры для оценки комфортности температурной обстановки помещения, оно снабжено реостатом и нагревателем воздуха, расположенным в патрубке между первым датчиком температуры и вентилятором и последовательно соединенным с реостатом, причем патрубок присоединен к нагнетающей части

З5 вентилятора, а второй датчик температуры зачернен и размещен по оси патрубка на расстоянии от него, равном 1-5 диаметром патрубка.

2. Устройство по п.1, о т л и—

40 ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено ваттметром и вторым нагревателем, в котором установлен "второй датчик температуры, причем второй

45 нагреватель подключен к реостату и ваттметру.

1368665