Определение теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды



Определение теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды
Определение теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды

 

G01N29/024 - Исследование или анализ материалов с помощью ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн; визуализация внутреннего строения объектов путем пропускания через них ультразвуковых или звуковых волн через предметы (G01N 3/00-G01N 27/00 имеют преимущество; измерение или индикация ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн вообще G01H; системы с использованием эффектов отражения или переизлучения акустических волн, например акустическое изображение G01S 15/00; получение записей с помощью способов и устройств, аналогичных используемым в фотографии, но с использованием ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых волн G03B 42/06)

Владельцы патента RU 2575565:

БЕЛИМО ХОЛДИНГ АГ (CH)

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды. Заявлен способ определения теплового потока (dQ/dt), исходящего от теплонесущей текучей среды (12), которая представляет собой смесь по меньшей мере двух различных текучих сред и которая протекает через пространство (11) потока от первого положения, где она имеет первую температуру (Т1), ко второму положению, где она имеет благодаря этому тепловому потоку (dQ/dt) вторую температуру (Т2), которая ниже, чем упомянутая первая температура (Т1). Плотность и удельную теплоемкость упомянутой теплонесущей текучей среды (12) определяют путем измерения скорости (vs) звука в упомянутой текучей среде, а упомянутые плотность и удельную теплоемкость упомянутой теплонесущей текучей среды (12) используют для определения теплового потока (dQ/dt). Также предложено устройство для реализации указанного способа, включающее средство для измерения дифференциальной температуры, средство для измерения абсолютной температуры, средство для измерения скорости звука в текучей среде, средство для измерения объемного расхода, а также блок оценки для определения теплового потока на основании полученных данных. Технический результат - повышение точности определения теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к технологии измерения тепловых величин. Оно относится к способу определения теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды согласно родовому понятию п. 1 формулы изобретения.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Бинарные смеси двух текучих сред часто используют в оконечных системах, главным образом относящихся к нагреву, охлаждению или кондиционированию воздуха и т.д. Хорошо известной бинарной текучей средой является смесь воды и незамерзающей текучей среды, главным образом в виде смеси воды и гликоля. Когда такая смесь или бинарная текучая среда переносит тепловую энергию и доставляет эту энергию в местоположение системы циркуляции текучей среды, необходимо знать фактическое отношение смешения теплонесущей текучей среды в тех случаях, когда доставляемая энергия должна вычисляться на основании определенных измерений в системе.

К сожалению, отношение смешения такой бинарной текучей среды или других смесей текучих сред изменяется со временем, поскольку, например, вода может испаряться из системы или воду могут доливать, при этом изменяется отношение смешения.

В документе DE102005043699 раскрыт измерительный блок для транспортного средства, в котором определяется содержание антикоррозионной среды в системе текучих сред транспортного средства. Для определения отношения смешения измеряется скорость звука в текучей среде.

В документе DE19533927 результаты измерения емкости и измерения скорости звука объединяются для определения и регулирования концентрации моющего средства в очищающей текучей среде.

В документе DE3741577 раскрыты способ и система для измерения отношения смешения бинарной текучей среды при прохождении микроволнового сигнала через упомянутую жидкость.

В приведенных документах отсутствуют сведения относительно определения теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды, которая представляет собой смесь различных текучих сред.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения заключается в создании способа определения теплового потока, исходящего от теплонесущей текучей среды, которая представляет собой смесь различных текучих сред.

Дальнейшая задача изобретения заключается в создании устройства для измерения теплового потока для осуществления упомянутого способа.

Эти и другие задачи решаются способом по п. 1 формулы изобретения и устройством для измерения теплового потока по п. 13 формулы изобретения.

Способ согласно изобретению содержит этапы, на которых:

а) измеряют дифференциальную температуру между упомянутой первой температурой и упомянутой второй температурой;

b) измеряют скорость звука в упомянутой теплонесущей текучей среде на заданном участке упомянутого пространства потока вблизи упомянутого первого и/или второго положения;

с) измеряют абсолютную температуру теплонесущей текучей среды на упомянутом заданном участке;

d) измеряют объемный расход на упомянутом заданном участке;

е) определяют на основании упомянутой измеренной абсолютной температуры и упомянутой измеренной скорости звука отношение смешения упомянутой теплонесущей текучей среды;

f) определяют на основании упомянутой измеренной абсолютной температуры и упомянутого определенного отношения смешения упомянутой теплонесущей текучей среды плотность и удельную теплоемкость упомянутой теплонесущей текучей среды; и

g) определяют на основании упомянутой измеренной дифференциальной температуры, упомянутого измеренного объемного расхода, упомянутой определенной плотности и упомянутой определенной удельной теплоемкости тепловой поток, исходящий от упомянутой теплонесущей текучей среды.

Согласно варианту осуществления способа по изобретению упомянутая теплонесущая текучая среда представляет собой бинарную смесь двух текучих сред.

В частности, упомянутая теплонесущая текучая среда представляет собой смесь воды и незамерзающей текучей среды.

Более конкретно, упомянутая теплонесущая текучая среда представляет собой смесь воды и гликоля.

Согласно другому варианту осуществления способа по изобретению отношение смешения упомянутой теплонесущей текучей среды определяют на основании упомянутой измеренной абсолютной температуры и упомянутой измеренной скорости звука с помощью таблицы данных для соотношения между скоростью звука, абсолютной температурой и отношением смешения конкретной теплонесущей текучей среды.

Как вариант отношение смешения упомянутой теплонесущей текучей среды можно определять на основании упомянутой измеренной абсолютной температуры и упомянутой измеренной скорости звука с помощью математического соотношения между скоростью звука, абсолютной температурой и отношением смешения конкретной теплонесущей текучей среды.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения скорость звука в упомянутой теплонесущей текучей среде измеряют ультразвуковым измерительным устройством.

Более конкретно, ультразвуковое измерительное устройство содержит первый ультразвуковой преобразователь, помещенный на первой стороне упомянутого пространства потока, и второй ультразвуковой преобразователь, помещенный на второй стороне упомянутого пространства потока, так что ультразвуковой сигнал, проходящий между упомянутыми первым и вторым ультразвуковыми преобразователями, пересекает текучую среду в упомянутом пространстве потока.

В частности, первый и второй ультразвуковые преобразователи располагают относительно потока текучей среды в упомянутом пространстве потока так, чтобы ультразвуковой сигнал, проходящий между упомянутыми первым и вторым ультразвуковыми преобразователями, имел составляющую скорости в направлении упомянутого потока текучей среды, скорость звука измеряют в противоположных направлениях между упомянутыми первым и вторым ультразвуковыми преобразователями, а объемный расход получают на основании измеренных различных скоростей звука в упомянутых противоположных направлениях.

Когда для измерения скорости звука используют специализированное устройство, скорость потока текучей среды можно определять на основании двух различных измерений скорости звука, а именно в направлении потока и против направления потока. В таком случае объемный расход можно вычислять на основании скорости потока и площади поперечного сечения пространства потока или трубы. Однако согласно еще одному варианту осуществления изобретения упомянутый объемный расход измеряют отдельным расходомером.

Согласно еще одному варианту осуществления измерение скорости звука основано на измерении времени прохождения ультразвукового импульса, проходящего между упомянутыми первым и вторым ультразвуковыми преобразователями.

Более конкретно, измерение скорости звука выполняют в соответствии со способом акустической обратной связи.

Устройство для измерения теплового потока согласно изобретению содержит:

а) первое средство для измерения дифференциальной температуры между упомянутой первой температурой и упомянутой второй температурой;

b) второе средство для измерения скорости звука в упомянутой теплонесущей текучей среде на заданном участке упомянутого пространства потока вблизи упомянутого первого и/или второго положения;

с) третье средство для измерения абсолютной температуры теплонесущей текучей среды на упомянутом заданном участке;

d) четвертое средство для измерения объемного расхода на упомянутом заданном участке;

при этом упомянутые первое, второе, третье и четвертое средства соединены с блоком оценки для определения упомянутого теплового потока на основании данных, которые он принимает с упомянутых первого, второго, третьего и четвертого средств.

Согласно варианту осуществления устройства для измерения теплового потока согласно изобретению упомянутое первое средство для измерения дифференциальной температуры содержит первый датчик температуры, помещенный в упомянутом первом положении, и второй датчик температуры, помещенный в упомянутом втором положении, находящемся ниже по потоку от упомянутого первого положения.

Более конкретно, упомянутое второе средство для измерения скорости звука в упомянутой теплонесущей текучей среде на заданном участке упомянутого пространства потока содержит ультразвуковое измерительное устройство, которое соединено с блоком управления ультразвуком.

В принципе, абсолютную температуру можно определять на основании измеренных первой и второй температур от первого и второго датчиков температуры. Однако согласно еще одному варианту осуществления изобретения упомянутое третье средство для измерения абсолютной температуры теплонесущей текучей среды на упомянутом заданном участке содержит третий датчик температуры, который помещен между упомянутыми первым и вторым датчиками температуры в направлении потока.

Согласно еще одному варианту осуществления упомянутое четвертое средство для измерения объемного расхода на упомянутом заданном участке содержит отдельный расходомер.

Согласно еще одному варианту осуществления предусмотрена таблица данных для соотношения между скоростью звука, абсолютной температурой и отношением смешения конкретной теплонесущей текучей среды, а блок оценки имеет доступ к упомянутой таблице данных.

Согласно еще одному варианту осуществления изобретения упомянутое ультразвуковое измерительное устройство содержит по меньшей мере два ультразвуковых преобразователя, которые расположены так, что ультразвуковой сигнал, проходящий между упомянутыми по меньшей мере двумя ультразвуковыми преобразователями, пересекает упомянутую теплонесущую текучую среду.

Более конкретно, упомянутые по меньшей мере два ультразвуковых преобразователя расположены относительно направления потока упомянутой теплонесущей текучей среды так, что измерительная дорожка между упомянутыми по меньшей мере двумя ультразвуковыми преобразователями пересекает упомянутое направление потока под косым углом.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Теперь настоящее изобретение будет пояснено более подробно на различных вариантах осуществления и с обращением к сопровождающим чертежам, на которых:

фиг. 1 - структурная схема устройства для измерения теплового потока согласно варианту осуществления изобретения; и

фиг. 2 - набор кривых, характеризующих зависимость скорости звука от температуры для бинарной смеси воды и гликоля, имеющей долю гликоля 0, 20, 40 и 60%, которые можно использовать для определения отношения смешения, когда скорость звука и абсолютная температура известны.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На фиг. 1 показано устройство 10 для измерения теплового потока согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Центральной частью устройства является пространство 11 потока, например, труба. Текучая среда 12, в частности в виде бинарной текучей среды, более конкретно в виде смеси воды и незамерзающей текучей среды, еще более конкретно в виде смеси воды и гликоля, протекает через упомянутое пространство 11 потока, при этом поток имеет направление, которое обозначено на фиг. 1 набором стрелок.

На левой стороне пространства 11 потока текучая среда 12 имеет первую температуру Т1, на правой стороне пространства 11 потока имеет вторую температуру Т2, которая ниже чем Т1. Разность температур или дифференциальная температура ΔТ=Т1-Т2 является следствием теплового потока dQ/dt, который исходит от текучей среды 12 и выходит из пространства 11 потока (см. широкую стрелку на фиг. 1). Тепловой поток dQ/dt может создаваться нагревательным радиатором или теплообменником или чем-либо подобным.

В соответствии с основными физическими принципами (см., например, документ US4440507) тепловой поток dQ/dt можно определять при использовании следующего уравнения:

(1) d Q / d t = Q ˙ = ρ · C · V ˙ ( T 1 T 2 ) = ρ · C d V d t Δ T ,

где ρ является плотностью текучей среды, V ˙ = d V / d t является объемным расходом текучей среды и С является теплоемкостью. Дифференциальную температуру ΔТ можно легко определять путем измерения температур Т1 и Т2 в положениях, показанных выше. Объемный расход dV/dt можно легко определять по скорости потока текучей среды 12 и площади поперечного сечения пространства 11 потока. Однако ситуация является иной для плотности ρ и теплоемкости С. Когда текучая среда 12 представляет собой смесь по меньшей мере двух различных текучих сред, особенно смесь воды и незамерзающей текучей среды, подобной гликолю, что является частым случаем в области нагрева и кондиционирования воздуха, оба коэффициента зависят не только от абсолютной температуры, но также и от отношения смешения текучей среды 12. Если вид незамерзающей текучей среды и отношение смешения известны, то можно довольно просто ввести точные (зависящие от Т) коэффициенты ρ и С в уравнение (1), приведенное выше.

Однако часто случается, что отношение смешения текучей среды 12 изменяется с течением времени, например при испарении воды из системы циркуляции текучей среды или добавлении воды в нее, вследствие чего значения коэффициентов ρ и С изменяются и в результате определение теплового потока dQ/dt с помощью уравнения (1) становится неправомерным. В соответствии с этим отношение смешения следует определять по меньшей мере время от времени для уверенности в правильности результатов вычисления теплового потока.

Далее, из предшествующего уровня техники известно (см., например, документ DE 10 2005 043 699, конкретно фрагмент [0024]), что отношение смешения смеси текучих сред можно определять на основании скорости звука, которую измеряют в упомянутой смеси. После того как скорость звука измерена в такой текучей среде, калибровочные измерения или математические соотношения между параметрами (алгоритмы) можно использовать для определения фактического отношения смешения. На фиг. 2 показан набор кривых, которые характеризуют зависимость скорости vs звука от температуры Т для бинарной смеси воды и гликоля, имеющей долю гликоля 0, 20, 40 и 60%. Хотя показаны только четыре примерные кривые, ясно, что для точного определения отношения смешения необходимо иметь намного больше кривых с очень небольшими расстояниями между соседними кривыми.

С использованием графика из фиг. 2 отношение смешения можно определять путем нахождения точки пересечения на упомянутом графике для заданной абсолютной температуры Т и заданной скорости vs звука. Эта точка пересечения лежит на одной из этих кривых, и она обозначает соответствующее отношение смешения, связанное с упомянутой кривой. Ясно, что такой график можно преобразовать в таблицу данных, содержащую дискретные значения включенных параметров. К такой таблице данных может легко иметь доступ компьютер для нахождения точного значения отношения смешения в случае, когда соответствующие значения абсолютной температуры Т и скорости vs звука известны.

Устройство 10 для измерения теплового потока из фиг. 1 содержит ультразвуковое измерительное устройство 13, которое можно использовать не только для измерения скорости vs звука в текучей среде 12 пространства 11 потока, но также и для измерения или определения объемного расхода dV/dt текучей среды 12, протекающей через пространство 11 потока. Ультразвуковое измерительное устройство 13 содержит первый ультразвуковой преобразователь 14 и второй ультразвуковой преобразователь 15. Оба преобразователя 14, 15 обозначают измерительную дорожку в пространстве 11 потока, которая на протяжении всей длины находится в текучей среде 12. Измерительная дорожка пересекает направление потока текучей среды 12 под косым углом.

Ультразвуковые преобразователи 14 и 15 могут излучать и принимать ультразвуковые импульсы, которые проходят вдоль измерительной дорожки. Когда первый преобразователь 14 излучает ультразвуковой импульс, который принимается вторым преобразователем 15, время прохождения этого импульса по потоку между этими преобразователями составляет t1, и его можно выразить как:

(2) t 1 = L v s + a · v f ,

где L является длиной измерительной дорожки и (a·vf) является составляющей скорости vf потока текучей среды 12, параллельной направлению измерительной дорожки.

Когда второй преобразователь 15 излучает ультразвуковой импульс, который принимается первым преобразователем 14, время прохождения этого импульса навстречу потоку между этими преобразователями составляет t2, и его можно выразить как:

(3) t 2 = L v s a · v f

Путем субтрактивного объединения уравнений (2) и (3) скорость vs звука можно исключить, так что скорость vf потока текучей среды 12 будет:

(4) v f = k L 2 ( 1 t 1 1 t 2 ) ,

где экспериментально определяемый калибровочный коэффициент k включает в себя не только коэффициент а, приведенный выше, но также эффекты, связанные с ситуацией неидеального измерения (вследствие профиля потока, побочных эффектов и т.д.).

На основании скорости vf потока и известной площади А поперечного сечения пространства потока или трубы 11 объемный расход dV/dt можно определить из следующего выражения:

(5) V ˙ = d V / d t = A · v f = A · k L 2 ( 1 t 1 1 t 2 ) .

Путем аддитивного объединения уравнений (2) и (3) скорость vf потока можно исключить, чтобы получить скорость vs звука:

(6) v s = k ' · L 2 ( 1 t 1 + 1 t 2 ) ,

где содержится другой калибровочный коэффициент k' описанного ранее вида.

Точность определения скорости звука можно повысить при использовании так называемого способа акустической обратной связи (см., например, JP2003302270). В устройстве 10 для измерения теплового потока из фиг. 1 контур акустической обратной связи создается при посылке ультразвукового импульса от преобразователя 14 к преобразователю 15. Импульс принимается и подается по каналу обратной связи на блок 19 управления ультразвуком, который затем возбуждает новым ультразвуковым импульсом преобразователь 14. Этот контур функционирует несколько раз, а в блоке 19 управления ультразвуком измеряется суммарное время, которое затрачивается на выполнение этих нескольких циклов акустической обратной связи. После этого время, затрачиваемое импульсом на однократное прохождение вдоль измерительной дорожки, определяется делением суммарного времени на число выполненных циклов.

Таким образом, ультразвуковое измерительное устройство 13 совместно с преобразователями 14 и 15 и блоком 19 управления ультразвуком, предназначенным для управления преобразователями 14 и 15, способно выполнять измерения и определять скорость vs звука в текучей среде 12, а также объемный расход dV/dt в пространстве (11) потока. Однако также можно измерять объемный расход dV/dt непосредственно с помощью отдельного расходомера 24, который может быть вида, хорошо известного в данной области техники. Результаты этих измерений и определений передаются на центральный блок 20 оценки, который имеет вычислительную мощность, необходимую для вычисления и/или определения фактического отношения смешения текучей среды 12.

При использовании таблицы 21 данных, которая представляет собой численный эквивалент графика, подобного показанному на фиг. 2, блок 20 оценки получает фактические значения скорости vs звука и абсолютную температуру Т и считывает из таблицы 21 данных соответствующее значение отношения смешения. Абсолютная температура Т измеряется датчиком 17 температуры, расположенным вблизи измерительной дорожки ультразвукового измерительного устройства 13. Вместо использования таблицы 21 данных отношение смешения можно оценивать путем использования подходящего алгоритма. В качестве варианта абсолютную температуру Т можно определять как среднее значение температур Т1 и Т2.

Отношение смешение, определяемое таким образом, можно использовать различными способами. Прежде всего, может издаваться сигнал с помощью оптического или акустического сигнального блока 22, который соединен с блоком 20 оценки и приводится в действие им, когда отношение смешения пересекает заданный предел. В случае когда минимальное содержание незамерзающей текучей среды необходимо для исключения замерзания системы, например в холодные зимние дни, сигнал может издаваться в случае, когда содержание незамерзающей текучей среды становится меньше заданного нижнего предела.

Кроме того, определенное или оцененное отношение смешения можно использовать совместно с измеренной абсолютной температурой Т и сведениями о виде и параметрах рассматриваемой незамерзающей текучей среды для определения фактической плотности ρ и теплоемкости С бинарной текучей среды 12. В таком случае при использовании уравнения (1) и результата измерения дифференциальной температуры ΔТ (датчиками 16 и 18 температуры) можно оценивать фактический тепловой поток dQ/dt.

С одной стороны, этот оцененный тепловой поток dQ/dt можно проинтегрировать по времени, чтобы точно определить количество тепловой энергии, передаваемой от системы циркуляции текучей среды, для учета затрат на нагрев. С другой стороны, оцененный тепловой поток dQ/dt можно использовать для управления системой циркуляции текучей среды и передачи тепловой энергии посредством блока 23 управления тепловым потоком, который соединен с блоком 20 оценки.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

10 - устройство для измерения теплового потока

11 - пространство потока (например труба)

12 - текучая среда (главным образом бинарная)

13 - ультразвуковое измерительное устройство

14, 15 - преобразователь (ультразвуковой)

16, 17, 18 - датчик температуры

19 - блок управления ультразвуком

20 - блок оценки

21 - таблица данных

22 - сигнальный блок

23 - блок управления тепловым потоком

24 - расходомер

Т, Т1, Т2 - температура

ΔТ - дифференциальная температура

dQ/dt - тепловой поток

dV/dt - объемный расход

vf - скорость потока

vs - скорость звука

1. Способ определения теплового потока (dQ/dt), исходящего от теплонесущей текучей среды (12), которая представляет собой смесь по меньшей мере двух различных текучих сред и которая протекает через пространство (11) потока от первого положения, где она имеет первую температуру (Т1), ко второму положению, где она имеет благодаря этому тепловому потоку (dQ/dt) вторую температуру (Т2), которая ниже, чем упомянутая первая температура (Т1), при этом упомянутый способ содержит этапы, на которых:
a) измеряют дифференциальную температуру (ΔТ) между упомянутой первой температурой (Т1) и упомянутой второй температурой (Т2);
b) измеряют скорость (vs) звука в упомянутой теплонесущей текучей среде (12) на заданном участке упомянутого пространства (11) потока вблизи упомянутого первого и/или второго положения;
c) измеряют абсолютную температуру (Т) теплонесущей текучей среды (12) на упомянутом заданном участке;
d) измеряют объемный расход (dV/dt) на упомянутом заданном участке;
e) определяют на основании упомянутой измеренной абсолютной температуры (Т) и упомянутой измеренной скорости (vs) звука отношение смешения упомянутой теплонесущей текучей среды (12);
f) определяют на основании упомянутой измеренной абсолютной температуры (Т) и упомянутого определенного отношения смешения упомянутой теплопередающей текучей среды (12) плотность и удельную теплоемкость упомянутой теплонесущей текучей среды (12); и
g) определяют на основании упомянутой измеренной дифференциальной температуры (ΔТ), упомянутого измеренного объемного расхода (dV/dt), упомянутой определенной плотности и упомянутой определенной удельной теплоемкости тепловой поток (dQ/dt), исходящий от упомянутой теплонесущей текучей среды (12).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутая теплонесущая текучая среда (12) представляет собой бинарную смесь двух текучих сред.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что упомянутая теплонесущая текучая среда (12) представляет собой смесь воды и антифризной текучей среды.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что упомянутая теплонесущая текучая среда (12) представляет собой смесь воды/ гликоля.

5. Способ по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что отношение смешения упомянутой теплонесущей текучей среды (12) определяют на основании упомянутой измеренной абсолютной температуры (Т) и упомянутой измеренной скорости (vs) звука с помощью таблицы (21) данных для соотношения между скоростью (vs) звука, абсолютной температурой (Т) и отношением смешения конкретной теплонесущей текучей среды (12).

6. Способ по одному из пп. 1-4, отличающийся тем, что отношение смешения упомянутой теплонесущей текучей среды (12) определяют на основании упомянутой измеренной абсолютной температуры (Т) и упомянутой измеренной скорости (vs) звука с помощью математического соотношения между скоростью (vs) звука, абсолютной температурой (Т) и отношением смешения конкретной теплонесущей текучей среды (12).

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скорость (vs) звука в упомянутой теплонесущей текучей среде (12) измеряют ультразвуковым измерительным устройством (13).

8. Способ по п. 7, отличающийся тем, что ультразвуковое измерительное устройство (13) содержит первый ультразвуковой преобразователь (14), помещенный на первой стороне упомянутого пространства (11) потока, и второй ультразвуковой преобразователь (15), помещенный на второй стороне упомянутого пространства (11) потока таким образом, что ультразвуковой сигнал, проходящий между упомянутыми первым и вторым ультразвуковыми преобразователями (14, 15), пересекает текучую среду (12) в упомянутом пространстве (11) потока.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что первый и второй ультразвуковые преобразователи (14, 15) располагают относительно потока текучей среды в упомянутом пространстве (11) потока так, чтобы ультразвуковой сигнал, проходящий между упомянутыми первым и вторым ультразвуковыми преобразователями (14, 15), имел составляющую скорости в направлении упомянутого потока текучей среды, скорость (vs) звука измеряют в противоположных направлениях между упомянутыми первым и вторым ультразвуковыми преобразователями (14, 15), а объемный расход (dV/dt) получают на основании различных измеренных скоростей (vs) звука в упомянутых противоположных направлениях.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что упомянутый объемный расход (dV/dt) измеряют отдельным расходомером (24).

11. Способ по п. 8 или 9, отличающийся тем, что измерение скорости (vs) звука основано на измерении времени прохождения ультразвукового импульса, проходящего между упомянутыми первым и вторым ультразвуковыми преобразователями (14, 15).

12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что измерение скорости (vs) звука выполняют в соответствии со способом акустической обратной связи.

13. Устройство (10) для измерения теплового потока для осуществления способа по одному из пп. 1-12, при этом упомянутое устройство (10) для измерения теплового потока содержит:
а) первое средство (16, 18) для измерения дифференциальной температуры (ΔТ) между упомянутой первой температурой (Т1) и упомянутой второй температурой (Т2);
b) второе средство (13, 19) для измерения скорости (vs) звука в упомянутой теплонесущей текучей среде (12) на заданном участке упомянутого пространства (11) потока вблизи упомянутого первого и/или второго положения;
с) третье средство (17) для измерения абсолютной температуры (Т) теплонесущей текучей среды (12) на упомянутом заданном участке;
d) четвертое средство (13, 24) для измерения объемного расхода (dV/dt) на упомянутом заданном участке;
при этом упомянутые первое, второе, третье и четвертое средства (13, 16, 17, 18, 19, 24) соединены с блоком (20) оценки
для определения упомянутого теплового потока (dQ/dt) на основании данных, которые он принимает с упомянутых первого, второго, третьего и четвертого средств (13, 16, 17, 18, 19, 24).

14. Устройство для измерения теплового потока по п. 13, отличающееся тем, что упомянутое первое средство для измерения дифференциальной температуры (ΔТ) содержит первый датчик (16) температуры, помещенный в упомянутом первом положении, и второй датчик (18) температуры, помещенный в упомянутом втором положении, находящемся ниже по потоку от упомянутого первого положения.

15. Устройство для измерения теплового потока по п. 14, отличающееся тем, что упомянутое второе средство для измерения скорости (vs) звука в упомянутой теплонесущей текучей среде на заданном участке упомянутого пространства (11) потока содержит ультразвуковое измерительное устройство (13), которое соединено с блоком (19) управления ультразвуком.

16. Устройство для измерения теплового потока по п. 15, отличающееся тем, что упомянутое третье средство для измерения абсолютной температуры (Т) теплонесущей текучей среды (12) на упомянутом заданном участке содержит третий датчик (17) температуры, который помещен между упомянутыми первым и вторым датчиками (16, 18) температуры в направлении потока.

17. Устройство для измерения теплового потока по п. 15 или 16, отличающееся тем, что упомянутое четвертое средство для измерения объемного расхода (dV/dt) на упомянутом заданном участке содержит отдельный расходомер (24).

18. Устройство для измерения теплового потока по одному из пп. 13-16, отличающееся тем, что предусмотрена таблица (21) данных для соотношения между скоростью (vs) звука, абсолютной температурой (Т) и отношением смешения конкретной теплонесущей текучей среды (12), а блок (20) оценки имеет доступ к упомянутой таблице (21) данных.

19. Устройство для измерения теплового потока по п. 15, отличающееся тем, что упомянутое ультразвуковое измерительное устройство (13) содержит по меньшей мере два ультразвуковых преобразователя (14, 15), которые расположены таким образом, что ультразвуковой сигнал, проходящий между упомянутыми по меньшей мере двумя ультразвуковыми преобразователями (14, 15), пересекает упомянутую теплонесущую текучую среду (12).

20. Устройство для измерения теплового потока по п. 19, отличающееся тем, что упомянутые по меньшей мере два ультразвуковых преобразователя (14, 15) расположены относительно направления потока упомянутой теплонесущей текучей среды (12) таким образом, что измерительная дорожка между упомянутыми по меньшей мере двумя ультразвуковыми преобразователями (14, 15) пересекает упомянутое направление потока под косым углом.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области акустического анализа пористых материалов и может быть использовано для исследования образцов керна. Согласно предложенному способу определения скорости распространения акустических волн в пористой среде облучают по меньшей мере два образца пористой среды, имеющих разную длину, акустическими волнами, возбуждаемыми источником.

Использование: для анализа экологического состояния морской среды. Сущность изобретения заключается в том, что оптоакустический анализатор экологического состояния среды содержит импульсно-модулированный лазер, выходное окно которого направлено в сторону исследуемого образца, и регистрирующие акустические сигналы акустические пьезоприемники, при этом он снабжен оптоакустической ячейкой, состоящей из входной и выходной призм, между которыми образована кювета для исследуемого образца среды, а на внешней поверхности выходной призмы установлены два акустических пьезоприемника, один из которых расположен на оси линии, проведенной через центр облучаемой области перпендикулярно к оси лазера, а второй расположен под углом 50-80 градусов к этой оси.
Изобретение относится к строительству, а именно к способам контроля качества укладки бетонной смеси, и может быть использовано при операционном контроле качества выполнения строительно-монтажных работ при бетонировании бетонных и железобетонных конструкций.

Изобретение относится к устройствам для сбора данных при помощи акустических волн, в частности к фотоакустической томографии. Устройство содержит детектор, включающий множество регистрирующих элементов для приема на соответствующих приемных поверхностях акустических волн от области измерения объекта, причем приемные поверхности, по меньшей мере, некоторых из регистрирующих элементов, ориентированных под различными углами, зафиксированы относительно друг друга, блок сканирования для перемещения, по меньшей мере, одного из объекта и детектора, блок управления для управления блоком сканирования так, что регистрирующие элементы принимают акустические волны от области измерения и относительное положение объекта и области с самой высокой разрешающей способностью области измерения изменяется, причем область с самой высокой разрешающей способностью определена в зависимости от размещения регистрирующих элементов.

Использование: для определения эрозионной стойкости твердых микро- и нанообъектов при воздействии кавитации. Сущность изобретения заключается в том, что одну грань исследуемого объекта упрочняют, после чего проводят кавитационное воздействие в герметичной камере с жидкостью при избыточном гидростатическом давлении, обработку исследуемого объекта ведут гидроакустическим потоком при плотности мощности ультразвукового излучения, достаточной для нахождения исследуемого образца во взвешенном состоянии, оценивают эрозионную стойкость по состоянию рельефа поверхности, его геометрическим и объемным параметрам по сравнению с первоначальным состоянием объекта.

Предлагаемое устройство относится к ультразвуковой контрольно-измерительной технике и может быть использовано в приборах контроля расхода высокотемпературных жидких и газовых потоков.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для тестирования жидкости, используемой как восстановитель, в связи с очисткой выхлопных газов из двигателя внутреннего сгорания.

Использование: для измерения акустического сопротивления материалов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения акустического сопротивления твердых материалов, содержащее первый и второй ультразвуковые преобразователи, предназначенные для контактирования через эталонную среду с исследуемым материалом и контрольной средой соответственно, ультразвуковой генератор, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму ультразвуковым преобразователям, делитель и блок функционального преобразования, при этом второй вход делителя подключен ко второму ультразвуковому преобразователю, а выход делителя связан с блоком функционального преобразования, при этом первый вход делителя подключен к первому ультразвуковому преобразователю, между выходом делителя и входом блока функционального преобразования введена цепочка последовательно соединенных блоков: вычисления обратной величины и экспоненциального преобразования, а блок функционального преобразования реализует заданную функциональную зависимость или в устройство введена цепочка последовательно соединенных блоков: вычисления обратной величины, аналогового инвертирования и экспоненциального преобразования, причем блок функционального преобразования в этом случае реализует другую заданную функциональную зависимость.

Использование: для измерения акустического сопротивления однородных сред. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для измерения акустического сопротивления однородных сред содержит первый и второй ультразвуковые преобразователи, предназначенные для контактирования через эталонную среду с исследуемой и контрольной средами соответственно, ультразвуковой генератор, первый и второй выходы которого соответственно подключены к первому и второму ультразвуковым преобразователям, суммирующий каскад, входы которого подключены к первому и второму ультразвуковым преобразователям, делитель и блок функционального преобразования, связанный с выходом делителя, при этом в состав устройства введены дифференциальный усилитель и блок возведения в степень, причем первый вход дифференциального усилителя подключен ко второму ультразвуковому преобразователю, а второй вход этого усилителя подключен к первому ультразвуковому преобразователю, первый вход делителя подключен к выходу дифференциального усилителя, а второй его вход подключен к выходу суммирующего каскада, выход делителя подключен к входу блока возведения в степень, а выход последнего подключен к входу блока функционального преобразования, причем блок функционального преобразования реализует заданную функциональную зависимость.

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для измерения скорости звука в естественных водоемах. Предложен способ акустического мониторинга изменчивости параметров морских акваторий, заключающийся в формировании в морской среде акустической трассы распространения звука и обработке принятого приемным элементом трассы акустического сигнала, которой включает измерение скорости распространения звука, температуры и давления в образцовой зоне водоема на фиксированных горизонтах, свободной от загрязнений техногенного характера, при этом полученные значения измеренной скорости распространения звука являются эталонными значениями для данного водоема и заносятся в память вычислительного устройства средства акустического мониторинга, при формировании в морской среде акустической трассы распространения звука и обработке принятого приемным элементом трассы акустического сигнала, измерения скорости распространения звука выполняют при температуре и давлении, соответствующих температуре и давлению полученных эталонных значений скорости распространения звука на фиксированных горизонтах акватории исследуемого водоема.

Изобретение относится к области исследования свойств многокомпонентных сред и может найти применение в различных отраслях промышленности, например как нефтегазовая и химическая промышленности.

Изобретение относится к области исследования свойств материалов с помощью калориметрических измерений и может быть использовано в калориметрах переменной температуры.

Изобретение относится к области исследования свойств взаимодействия поверхности с флюидами и может быть использовано для определения теплоты адсорбции и смачивания поверхности.

Изобретение относится к приборам и методам исследования теплофизических свойств веществ с применением дифференциального калориметра и может найти применение при исследовании веществ и смесей веществ естественного происхождения, применяемых в пищевой и фармацевтической отраслях промышленности.

Изобретение относится к теплофизическим испытаниям и может быть использовано при испытаниях токопроводящих материалов (ТМ). Заявлена установка для теплофизических испытаний образца из токопроводящего материала при импульсном нагреве, содержащая дилатометрическую систему, рабочую камеру с вакуумной средой, термопары.

Изобретение относится к теплофизике и может быть использовано для определения радиационных характеристик поверхностей и покрытий твердых тел. Согласно заявленному способу определения степени черноты измеряют скорость изменения температуры и температуру образцов с покрытиями.

Изобретение относится к механическим и теплофизическим испытаниям и может быть использовано в процессе испытаний токопроводящих материалов. Заявлена установка для механических и теплофизических испытаний образца из токопроводящего материала при импульсном нагреве, содержащая рабочую вакуумную камеру с токоподводами, цанговыми зажимами для крепления образца, регистрирующую аппаратуру, нагружающий элемент, динамометр.

Изобретение относится к области исследования свойств пористых материалов, в частности к методам определения величины смачиваемости и распределения пор по размерам.

Изобретение относится к области исследования и анализа теплофизических свойств материалов и может быть использовано при определении коэффициента теплопроводности сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий - u.

Изобретение относится к области термической обработки стали и сплавов и может быть применено для построения кадастра жидкостей по их охлаждающей способности. .

Изобретение относится к области приборостроения, связанной с измерениями расхода тепловыми расходомерами. .
Наверх