Устройство для измерения температуры движущихся капель

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

<1>861981 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (в 200819 (22) Заявлено 10. 01. 80 (21) 2867011/18-10 с присоединением заявки Йо (23) Приоритет

Опубликовано 070981. Бюллетень ЙЯ 33

Дата опубликования описания 07. 09. 81 (51)М. Кл

6 01 К 13/02

Государственный комитет

СССР ио делам изобретений н открытий (53) УДК 536. 532 (088.8) (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ДВИЖУЩИХСЯ

КАПЕЛЬ

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения температуры дискретной фазы . (капель жидкости) при лабораторных ис- с следованиях процессов межфазного тепло- и массообмена в газо-жидкостных дисперсных средах, является усовершенствованием известного устройства, описанного в авт.св. М 200819.

Известно устройство по авт.св, . (т 200819, содержащее дозатор, капельницу, диффузор с термоизолированными стенками, термопару с регистратором термо-ЭдС,распределитель и внешний источник токаЕ.1).

Это устройство не дает необходимой точности изменения, так как тем- 20 пературу капли принимают равной равновесной температуре термопары. Однако в действительности истинная температура капли ниже равновес-температуры приемника на некоторую величину, 25 в результате чего появляется систематическая погрешность измерения.

Это следует из приведенных ниже аналитических соотношений. 30

Уравнение баланса энергии между термоприемником и средами в общем случае имеет вид:

+ <+<,„F(,—.<„>; ()

dt ,т тс ас С (-. (.- c) (>

Ю, .где к,; к - мощности рассеиванйя . джоулева тепла термо- приемником в каплю и газовую среду соответственно;

- температура термоприемника; Г - время;

С вЂ” теплоемкость термоприемника; ст „ — коэффициент теплообмена между поверхностью термоприемника и жидкостью капли;

F — поверхность термоприемника;

- температура капзти; коэффициент теплообме— тс на между поверхностью термоприемника и газовой средой; — .температура газовой с я среды.

861981

Все величины, входящие в уравнения, отнесены к единице длины термочувствительного элемента термоприемника.

Признаком равновесного состояния термоприемника является постоянство ,температуры термоприемника, т.е.

4й О, а отсюда производная

d /dГ = О, и равенство Чт-к = Итс

В этом случае система уравнений (1i2) приводится к виду тк(тр к) тс(тр с) Отсюда

15 где t — равновесная температура термоприемника.

Из зависимости (3) следует, что истинная температура капли ниже равновесной температуры термоприемника на величину с(тс (тр с). тк

Это отличие темпеРатУР стр и присуще данному методу измерения, и величина ьс проявляется как систематическая погрешность измерения.

Величина gt в большинстве случаев, из-за малых значений отношения

d. /d T мала по сравнению с температурным напором (- t ) . Однако при измерениях с повышенной точностью З5 возникает необходимость в определении zt расчетным путем, что значительно увеличивает трудоемкость определения температуры капель.

Учитывая, что процесс нестационарного теплообмена между проволоч- О кой и средами в настоящее время изучен недостаточно, расчетным путем можно получить только ориентировочные значения сстс и d.Tк.

Цель дополнительного изобретения повышение точности и уменьшения трудоемкости процесса измерения, путем устранения разности температур между каплей и -спаем термопары в ее равновесном состоянии. С этой целью щ в устройство введены установленные соосно фотодатчики, осветитель,размещенные выше спая термопары по траектории движения капель, усилительформирователь импульсов, два блока задержки, формирователь блокирующего импульса, осциллограф и электронный ключ, причем фотодатчик через усилитель-формирователь соединен с первым блоком задержки и через последовательно соединенные второй блок 9) задержки и формирователь блокирующего импульса — с одним из входов электронного ключа, второй вход которого подключен к генератору подогрева спая, а выход — к спаю термо.пары, входы осциллографа подключены к выходам первого блока задержки и усилителя.

На фиг.1 изображена структурная электрическая схема устройств, на фиг. 2 — диаграммы напряжений, на фиг. 3 — диаграммы регулировки устройства; на фиг. 4 — типовая осциллорамма измерения термо-ЭДС термоприемника при измерении температуры капель с помощью устройства.

Устройство для измерения температуры движущихся капель включает диффузор 1, в верхней части которого установлена термостатированная дозатор-капельница 2, формирующая цепочку калиброванных по массе капель

3 горячей жидкости, которые падают по оси диффузора навстречу газовому потоку с постоянными параметрами. Ниже дозатора-капельницы по оси диффузора выставлен рабочий спай термопары 4, которая через заграждающий фильтр 5 и усилитель б электрически связана с регистратором 7, например, светолучевым осциллографом, и входом катодного осциллографа 8. Электроды рабочего спая термопары 4 подогреваются от. генератора 9 переменным током частотой порядка 20 кГц через электронный ключ 10. Выше спая термопары соосно выставлены фотодатчик 11

1 и осветитель 12.

Устройство работает следующим образом.

При затенении падающей каплей 3 фотодатчика 11 в его цепи возникает электрический импульс (фиг. 2а), который поступает в усилитель-формирователь 13. Сформированный усилителем электрический импульс (фиг. 2б) поступает в блоки задержки 14, 15 и запускает их задним фронтом в момент а (фиг.2в). Блоки задержки собраны на ждущих мультивибраторах, которые формируют прямоугольные им-; пульсы. Задний фронт импульса от блока 14 запускает ждущую развертку осциллографа 8 с временной задержкой

t3 — Г2(фиг.2в) после прохождения капли через луч осветителя. Задний фронт импульса от блока 15 запускает формирователь блокирующего импульса

l6 с временной задержкой Й+- С (фиг. 2г). Формирователь 16 формирует прямоугольный блокирующий им,пульс длительностью Г - t (фиг.2д), который подается на электронный ключ 10g отключающий на время (фиг.2е) термопару от генератора подогрева 9.

Для предварительной регулировки системы блокировки в устройстве используется электронный осциллограф 8

У который запускается импульсом от блока задержки 14 в момент с (см. фиг. За). Ha axoq осциллографа через заграждающий )фильтр 5 и усилитель

6 подается сигнал от термопары 4.

861981

36

46

$O

Если подогреть спай термопары током генератора до температуры t (фиг.З) то на экране осциллографа в общем случае будет сканироваться кривая, схема которой представлена на фиг.За.

Начало кривой соответствует моменту запуска ждущей развертки . Между

Т и Т наблюдается спад кривой, связанный с блокированием источника тока подогрева термопары. Импульс а-b соответствует периоду д — прохождения капли через спай.

После прохождения капли температура спая стабилизируется и вновь принимает первоначальное значение

Целью регулировки является согласование начала блокирования источника ь тока подогрева с моментом 7д и разблокирования (+s ) с моментом Г . Это достигается путем варьирования длительностью импульсов, которые формируются блоками

15 и 16 соответственно (фиг.1 и Зб).

Дах.ьнейший подогрев спая термопары током генератора приводит в рассматриваемом примере к исчезновению импульса а-Ь (фиг.Зв), когда спай подогревается до равновесной температуры t > . При отрегулированной системе блокирования приемы измерения температуры капель идентичны приемам, которыми пользуются при измерениях с помощью устройства по авт.св. Р 200819. На фиг. 4 приведена схема характерной записи изменения термо-ЭДС в цепи термопар в процессе измерения температуры капель, которую обычно получают с помощью регистратора 7. В период Г -С (фиг.4) температура спая термопары значительно ниже температуры контактирующих капель, что вызывает в цепи "положительные" импульсы а-Ь возмущения термо-ЭДС в цепи термоприемника. По мере подогрева спая от постороннего источника тока импульсы уменьшаются по высоте и при температуре t практически исчезают (интервал Р1 — С ).Дальнейший нагрев — э спая приводит к появлению отрицательных импульсов с-4.

Осциллограммы изменения термо-ЭДС в цепи термоприемника, полученные непосредственно с помощью устройства по авт.св. М 200819 или предлагаеI мым устройством, не имеют внешних отличительных признаков. Однако во втором случае равновесная температура соответствует температуре капли, что повышает точность и сокращает трудоемкость измерений, т.к. исключаются дополнительные расчетные работы, связанные с определением значения поправки ас. Равенство температур t и t подтверждается анализэм Уравнейия (1). В период отключения термоприемйика И „ = О, признаком тепловой равновесности термоприемника, как отмечалось выше, является равенство нулю производной д /д.Г.Так как с т- Г Ф О, то из уравнения следует равенство температур

Численные значения с ойределяются по осциллограммам с помощью дополнительных тарировочных осциллограмм. Тарировочные осциллограммы записывают по калиброванным электрическим сигналам, которые подаются на эквивалентное сопротивление, которое включается в период тарировки вместо термопары на вход регистрпрующеro канала.

При измерениях температуры предлагаемым устройством формировали капли диаметром от 1 до 4 мм, рабочий спай хромель-копелевой термопары изготовили из термоэлектродов диаметром

40 и 32 мкм соответственно. Испытания показали, что устройство работоспособно и обеспечивает, более высокую точность измерений по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры движущихся капель по авт.св.

Р 200819, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения трудоемкости процесса измерения за счет устранения разности температур между каплей и спаем термопары в ее равновесном состоянии, в него введены установленные соосно фотодатчик и осветитель, размещенные выше спая термопары по траектории движения капель, усилитель-формирователь импульсов, два блока задержки, формирователь блокирующего импульса, осциллограф и электронный ключ, причем фотодатчик через усилитель-формирователь соединен с первым блоком задержки и через последовательно соединенные второй блок задержки и формирователь блокирующего импульса - с одним из . входов электронного ключа, второй вход которого подключен к генератору подогрева спая, а выход — к спаю термопары, входы осциллографа подключены к выходам первого блока задержки и усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 200819„ кл. G 01 К 13/02, 1965 (прототип).

8б1 981 гв)К

0) »» ««»

Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Закаэ 6531/35

» » » «» ««

Филиал ППП "Патент", г; Ужгород, ул. Проектная,4

Составитель Н. Горшкова

Редактор Б. Федотов Техред А. Ач Корректор H. Швыдкая