Калориметрический зонд

 

Союз Советских

Социалистических

Реснублик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИ:КОМУ СВ Ю ИЛЬСТВУ б (61) Дополни ельное к авт. сеид-ву (51)м. к.Р

G 01 и 25/20 (22) Заявлено 281278 (21) 2707235/18-25 с присоединением заявки Йо

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 28,0281.6юллетевь Й9 8

Дата опубликования описания 28Л2,81

Ъ (53) УДК 5Зб.e2 (088.8) б (72) Авторы изобретения

t0. М. Рудько и М. Л. Печеный

Институт проблем криобиологии и криомедицины AH УССР (71) Заявитель (54) КАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ ЗОНД

Изобретение относится к измерительной технике и может найти приме". нение в теплотехнических работах с двухфазными дисперсными газожидкостными потоками при непрямом измерении их фазового состава, например, расходной массовой концентрации жидкой фазы в потоке.

Известен ряд устройств, применяемых при определении фазового соста-. ва газожидкостных систем: калориметр, содержащий теплоизолированный Г-об" разный корпус с коническим приемным насадком, электрический нагреватель, поворотные пластины, измерительный 15 термометр сопротивления, пневмометрические трубки f13 °

Однако, в связи с тем, что измерение расхода смеси через калориметр 20 осуществляется при помощи пневмометрических трубок, указанный калориметр не может применяться для определения фазового состава в потоках с малой скоростью (до 10-15 м/с); 25

Кроме того, в связи с особенностями определения величины тепловых потерь через теплоизоляцию корпуса, данный прибор не пригоден для измерений в нестационарных потоках (с изменяю- Зр щейся температурой и концентрацией жидкой фазы).

Наиболее близким техническим реше-. нием к предлагаемому, является калориметрический зонд, содержащий основной теплоизолированный измерительный канал с электронагревателем и термодатчиком Г2).

Основным недостатком этого прибора является малая точность показаний при измерениях параметров в явно выраженных нестациоиарных процессах, например, при быстро меняющихся температуре потока и концентрации.жидкой фазы, а также при достаточно высоких (выше 10%) концентрациях-жид кой фазы. Указанный недостаток обусн .ловлен тем, что при последовательной по потоку установке нагревателей температура пробы за второй ступенью нагрева превышает температуру пробы за первой ступенью на величину нагрева пробы на второй ступени. Эта разность температур тем вьаае, чем больше концентрация жидкой фазы в исследуемом потоке, что объясняется большими затратами тепла на испарение жидкости. Вследствие этого, тепловые потери через теплоизоляцию и внутренние стенки калориметра, определяе808924 мые перепадами температур, становятся явно эависижаяи от концентрации жидкой фазы в потоке, что ограничивает верхний предел (10-12Ъ) диапазона измеряемых концентраций жидкой фазы, а также ухудшает работу прибора в нестационарных условиях. Уменьшение тепловых потерь путем увеличения толщины теплоизоляции недопустимо, так как при этом повышается инерционность прибора, обусловленная теплоемкостью корпуса калориметра.

Цель изобретения — повышение точности измерений в нестационарных условиях.

Поставленная цель достигается за счет того,что в калориметрическом зонде, содержащем основной теплоизолированный измерительный канал с электронагревателем и термодатчиком, параллельно основному каналу установлен снабженный на входе сепарационным насадком дополнительный измерительный канал с электронагревателем и термадатчиком, а выходы измерительных каналов объединены в смесительный канал, в котором также 25 установлен термодатчик.

На чертеже представлен предлагаемый калориметрический зонд.

Зонд содержит двухканальный У образный корпус 1 с испарительным (ос- gg новным) 2 и перегревательным (дополнительным) 3 измерительными каналами и выходным смесительным каналом 4, изготовленным, например, из кварцевого стекла с асбестовой теплоиэоляцией, и являющийся объединением каналов 2 и 3. Внутри испарительного 2 и перегревательного 3 каналов, которые выполнены параллельными, размещены нагреватели 5, например электрические, в виде бескаркасной спирали. На входе в испарительный канал

2 установлен конический приемный насадок б парожидкостной меси, на входе в перегревательный канал 3 сепарационный насадок 7 инерцион" ного типа. Внутри каждого из каналов непосредственно за нагревателями 5, а также в смесительном канале 4, ус-. . тановлены сглаживающие сетки 8 для выравнивания параметров проходящей Я) через каналы смеси по сечениям каналов непосредственно эа сетками 8 внутри каждого канала размещены термодатчики-измерители термопары 9,10 и11.

Необходимыми условиями работы прибора являются непрерывное прохождение отбираемой части исследуемого потока через каналы прибора, измерение температуры исследуемого потока, а также ориентация приемного насадка парожидкостной смеси 6 согласно потоку. 60

Последнее условие следует иэ того, что для достижения одинаковой концентрации жидкой фазы в основном потоке и основном измерительном канале прибора более тяжелая, а, следовательно, 65 и более инерционная жидкая фаза потока должна попадать в испарительный канал прибора 2 по возможности не оседая на стенках приемного насадка б.

Зонд работает следующим образом.

Прибор .устанавливают в потоке в соответствии с приведенными выше условиями, отбираемая из потока эа счет разности давлений на входе и выходе проба смеси разделяется на две части.

Одна из них пропускается через испарительный канал 2. На нагревателе 5 указанного канала 2 происходит испа-. рение жидкой фазы пробы и перегрев полученного газа, измеряемый термопарой 9. Температура t>,должна превышать температуру исследуемого потока t на 5 30 . Нижний предел,5 ) указанного диапазона определяется необходимостью полного испарения жидкой фазы, верхний — (30 ) устанавливается с целью предотвращения черезмерного перегрева части пробы в перегревательном канале 3 при больших концентрациях жидкой фазы. Полученный после нагрева газ проходит через сетку 8, где происходит его перемешивание и выранивание температуры по сечению канала. Вторая часть пробы проходит через сепарационный насадок 7, полученный после сепарации жидкости газ поступает в перегревательный канал 3, где происходит его нагрев, измеряемый термопарой

10, температура t

Расходная массовая концентрация у жидкой фазы в потоке, являющаяся, выходным параметром и объектом непрямого измерения, рассчитывается íà основании уравнения теплового баланса калориметра по следующей формуле: (о t ) (t t )

Г/Ср +t g — tg, и — — k ;

"й и

Н„ „, - „, Ng и И „— мощности электронагревателей соответственно в испарительном 2 и перегреватечьном 3 каNv налах величина— йл .;ля данного прибора является постоянной;

808924

191 140 и 11

В приведенной формуле t„, t>, t © и t — измеряемые величины, величины r, Ср и t — теплофизические па- 15 раметры среды, справочные данные.

Тарировочный коэффициент k (t„

) учитывающий соотношение тепловых потерь через теплоизо- 2О .ляцию каналов калориметра и зависящий только от разностей температур внутри каналов прибора и омывающего

Ю его потока, определяется путем тарировки калориметра в однофазной 25 среде, например газовой (при Ур = О).

Благодаря тому, что в предлагаемом приборе нагрев отбираемой пробы происходит в двух параллельных каналах (ступенях нагрева), температуры частей пробы в испарительном 2 и ® перегревательном 3 каналах отличаются незначительно. Наличие двух независимых входов для отбираемой пробы ведет к тому, что при изменении концентрации жидкой фазы в исследуе- З5 мом потоке изменяется составляющая гидравлического сопротивления испарительного канала 2, обусловленная испарением жидкости, в то время как гидравлическое сопротивление пере- 4О гревательного канала 3 остается неизменным. Это вызывает изменение соотношения расходов частей пробы через испарительный и перегревательный канал, что стабилизирует разность температур частей пробы О -с на 4 выходе из перегревательного 3 и испарительного 2 каналов. Укаэанные факторы ведут к выравниванию и стабилизации тепловых потерь через теплоизоляцию корпуса и получению мало изменяющихся коэффициентов потерь в системе уравнений теплового баланса, учитываемых коэффициентом что позволяет производить тариФормула изобретения

Калориметрический зонд, содержащий основной теплоизолированный измерительный канал с электронагревателем и .термодатчиком, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения точности измерений в нестационарных условиях, параллельно основному каналу установлен снабженный на входе сепарационным насадком дополнительный измерительный канал с электронагревателем и термодатчиком, а выходы измерительных каналов объединены в смесительный канал,в котором также установлен термодатчик.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе .1. Кириллов И.И., Циглер Х.Х., Фадеев И. П. Применение электрокалориметрического метода измерения влажности в потоке влажного пара.

Труды ЦКТИ, вып. 65, 1966, с.7-10.

2. Кириллов И.И. и др. Электрокалориметрический метод определения весовой степени влажности водяного пара. Труды ЦКТИ, вып. 65, 1966, с.11-16 (прототип). тарировочный коэффициент калориметра; температура исследуемого потока; температуры, измеряемые термопарами соответственно 9, 10 и 11; удельная теплота парообразования жидкости; теплоемкость газовой фазы; температура кипения жидкой фазы.

) ровку прибора в однофазной газовой среде. Стабилизация разности температур t10 -t9 в пределах 10-15 и

<Р выравнивание тепловых потерь через стенки испарительного 2 и перегренательного 3 каналов позволяют уменьшить толщину теп.юизоляции корпуса

1, что ведет к снижению инерционности калориметра, которая позволяет путем перемещения приемного насадка 6 по сечению исследуемого потока, например перемещением или поворотом прибора, производить измерение распределения концентрации жидкой фазы.

Предлагаемый прибор отличается малой инерционностью и позволяет путем измерения небольшого числа параметров (температур t, tд, t о и t ) рассчитывать массовую концентрацию жидкой фазы в потоке с погрешностью, не превышающей 0,5Ъ (погрешность 0,5% получена при испытании калориметра в дисперсном гаэожидкостном потоке азота в диапазоне температур от (+50 С) до (-200 С) и весовой концентрации жидкого азо- та 0-40Ъ).

808924

Ювэвг

Составитель В. Елексеев

Техред М.Лоя Корректор М. Вигула

Редактор К.. Лембак филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 401/46 Тираж 918 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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