Способ бесконтактного измерения температуры жидкости

 

(72) Авторы изобретения

В. С. Чудинов и Н. Н. Толкачев (7l} Заявитель (54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к пирометрии излучения, и может быть использовано, например, для исследования процессов тепло- и массообмена в термически неравновесных газожидкостных потоках .

Известен способ измерения температуры э путем визирования контролируемой поверхности индикатором радиации, в котором периодически направляют на контролируемую поверхность струю газообразного теплоносителя, регулируют температуру струи и при равенстве нулю переменной составляющей из выхода индикатора радиации отождествляют температуру контролируемой поверхности с температурой струи (1).

Недостатком данного способа является невозможность его использования для измерения температуры жидкости на границе раздела газжидкость в двухфазном потоке.

Известен также способ бесконтактйого измерения температуры методом модуляции потоков излучения объекта измерения и пирометрического калибратора, которые поступают на приемник инфракрасного (ИК) излучения через йзмерительный и опорный каналы в различные промежутки времени. Разделение по времени этих сигналов позволяет сравнить их между собой и определить температуру объекта измерения. При этом модуляцию осуществляют при помощи помещенного на пути потоков ИК-излучения вращающегося диска обтюратора (21.

Однако этот способ недостаточно точен при измерении уровней ИК-излучения при соизмеримых по величине уровнях излучения от диска обтюратора и объекта измерения (жидкости), так как изменение температуры диска обтюратора приводит к изменению показаний радиометра. Кроме того, на точность нзмереыий

ИК-излучения влияют изменения излучительной способности объекта измерения и пирометрического калибратора. Поскольку визирование объекта измерения и пирометрического калибратора производится через различные оптические каналы, то на точность измерений влюпот также изменения в поглощении ИК-излучения промежуточной средой, находящейся в этих каналах.

45 ра воды на границе раздела фаз равна 120 С

Цель изобретения — повышение точности измерений температуры жидкости на границе раздела газ-жидкость в двухфазном потоке.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе бесконтактного измерения

5 температуры жидкости с помощью теплового приемника излучения, включающем модуляцию потоков излучения от жидкости и пирометрического калибратора, модуляцию осуществляют путем пропускания через жидкость газа в количестве, обеспечивающем чередование границ раздела газ-жидкость и сплошной массы жидкости, которую берут за калибратор, а измеряют тепловое (инфракрасное) излучение от границ раздела гаэ-жидкость и сравнивают его с излучением от сплошной массы жидкости.

В двухфазный поток, например газ-жидкость, в котором необходимо измерить температуру жидкости на границе раздела фаз, вводят газ и жидкость. При входе. газа в жидкость в ней образуются пузырьки, стенки которых и являются, в данном случае, границей раздела фаз.

Поднимаясь в жидкости, стенки пузырьков периодически соприкасаются с поверхностью прозрачного для ИК-излучения материала, а в 25 промежутке между пузырьками с этой поверх-. ностью соприкасается жидкость беэ пузырьков— сплошная масса жидкости. При этом в термически неравновесных условиях течения газожидкостного потока через лучепрозрачный ма- Зо териал распространяется ИК-излучение от пленок жидкости с различной температурой, которые окружают границу раздела фаз и сплошную массу жидкости. При чередовании пленок жидкости с заданной частотой у поверхности лучепрозрачного материала на приемник ИКизлучения, закрепленный у другой поверхности лучепроэрачного материала, падает модулированное ИК-излучение, которое затем усиливается,. преобразуется и регистрируется на ленте 40 самописца. Таким образом, модуляцию ИК-излучения осуществляют путем пропускания через жидкость газа в количестве, обеспечивающем чередование границ раздела газ-жидкость и сплошной массы жидкости, Иначе говоря, газ вводят в жидкость в таком количестве, чтобы модуляция не нарушалась, а поток газа не оттеснял жидкость и не прокладывал через нее себе свободный путь.

В качестве пирометрического калибратора 5Q берут сплошную массу жидкости, поступающую к лучепрозрачной поверхности при известной температуре. Температуру пленок жидкости на границе раздела газ-жидкость определяют, измеряя и сравнивая инфракрасное излучение от пирометрического калибратора (сплошной массы жидкости) и жидкости на границе раздела фаз. При этом используется дифферен 4 циальный метод регистрации ИК-излучения, позволяющий получить сигнал, пропорциональный разности между радиацией объекта измерения (жидкости на границе раздела фаз) и радиацией пирометрического калибратора.

Пример. Через воду с температурой о

30 С пропускают в виде пузырей нагретый гаэ с начальной температурой 1250 С и в количестве 500 л/ч, обеспечивающем чередование границ раздела газ-жидкость и сплошной массы жидкости у поверхности лучепрозрачного материала из полиэтиленовой пленки толщиной 50 мкм. Газ, охлаждаясь в пузырьках, нагревает пленки жидкости, окружающие границу раздела фаз, до температуры, превышающей температуру сплошной массы жидкости. На приемник ИК-излучения, в качестве которого используется пироприемник типа

ЛПП вЂ” 2, поочередно попадает ИК-излучение от воды с температурой 30 С и от воды с более высокой температурои. Так как пленки воды толщиной более 100 мкм практически полностью поглощают ИК-излучение с длиной волны более 2,8 мкм, то ИК-излучением газа из полости пузырьков в опытах пренебрегают.

Сигнал от пироприемника усиливается при помощи усилителя, преобразуется и регистрируется на ленте светолучевого осциллографа

Н115. Минимальные отклонения светового луча на ленте соответствуют температуре пленок воды с температурой 30 С, а максимальные— температуре пленок воды, окружающих границу раздела фаз. Затем задают ряд дискретных значений температур воды от 30 до 100 С и, получив закон изменения амплитуды сигнала от температуры воды, определяют температуру на границе раздела гаэ-жидкость в двухфазном потоке.

На чертеже изображен график, показывающий зависимость изменения температуры воды на границе раздела газ-жидкость (t ) от высоты газожидкостного слоя (h), находящегося в прямоугольной камере с размерами

20 х 60 х 300 мм, Максимальная температупри температуре сплошной массы жидкости

30 С, т.е. перегрев воды на границе раздела фаз достигал 90 С, Предлагаемый способ бесконтактного измерения температуры жидкости обеспечивает по сравнению с существующими способами повышение точности измерений температуры жидкости на границе раздела газ-жидкость в двух фазном потоке, во-первых, за счет использования калибратора с излучательными свойствами, идентичными свойствам объекта измерения, во-вторых, за счет уменьшения влияния на результаты измерений изменений в поглощении

Способ бесконтактного измерения температуры жидкости с помощью теплового приемниЦНИИПИ Заказ 6559(15 Тираж 766 Подписное

Филиал ППП "Пз тент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 697835 6

ИК-излучения промежуточной средой, находя- ка излучения, включающий модуляцию потоков щейся между приемником излучения, калибра- излучения от жидкости н пирометрического тором и объектом измерения в одном опти- калибратора, отличающийся тем, ческом канале. что, с целью повышения точности измерений на

Использование предлагаемого способа, напри- ч границе раздела газ-жидкость в двухфазном мер, для изучения процессов тепло- и массо- потоке, модуляцшо осуществляют путем прообмена, протекающих в аппаратах с погружны- пускания через жидкость газа в количестве, ми горелками (АПГ), позволит оптимизиро- обесйечивающем чередование границ раздела вать глубину погружения различных конструк- газ-жидкость и сплошной массы жидкости, ций горелок в жидкость, а нагревание или вы- 10 которую берут. эа калибратор, а измеряют теппарку растворов в АПГ производить при ми- ловое излучение от границ раздела газ-жидкость нимальных энергетических затратах на подачу и сравнивают его с излучением от сплошной газовоздушного топлива и окислителя в горел- массы жидкости. ки. Источники информации, 15 принятые во внимание при экспертизе

Формула изобретения 1. Авторское свидетельство СССР Р 219249, кл. G 01 J 5/10, 1967.

2. Авторское свидетельство СССР No 424021, кл. 6 01 J 5/10, 1971.