Датчик пульсаций температуры потока жидкости

 

С4О3 Советских

Социапистичесиих

Рвснубпин

ОП ИСАНИ Е

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

<и.,922541

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву

{22)За ле о 26.09.80 (21} 2985150/18-10 (5! )М. Кл.

6 01 К 13/02 с присоединением заявки № (23)Приоритет

%ЗЪоудлротюиый комитет

CCCP аа делам изооратеиий н открытий

Опубликовано 23.04. 82. Бюллетень № 15 (53) УДК 536.532 (088. 8) Дата опубликования описания 23.04.82. (72) Авторы изобретения

В.А.Югов, А.М.Трохан, И.Л.Кузнецов и (71) Заявитель

Ф. (54) .ДАТЧИК ПУЛЬСАЦИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОТОКА

ЖРЩКОСТИ

Изобретение относится к,температурным измерениям, а именно к устройствам для измерения пульсаций температуры потока жидкости.

Известно устройство для измерения, S температуры потока, чувствительным элементом которого служит батарея термопар, которые размещены в индивидуальных ячейках дефлекторов, pacl0 положенных на значительном расстоянии друг от друга в державке (1) .

Однако это устройство не позволяет получить высокой чувствительности и разрешающей способности.

Кроме того, ячейка дефлектора в случае использования устройства для измерения пульсаций термопары потока жидкости, искажает набегающий фронт неоднородности,. что приводит к снижению точности измерений, Отсутствие жесткого крепления термоэлектродов . также может вызывать искажения показаний из-за возможной вибрации.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является датчик пульсаций температуры потока жидкости, содержащий батарею термопар, холодные спаи которой размещены в теплоинерционной оболочке (2) ° .

Недостатками указанного датчика являются ограниченное быстродеиствие (порядка десятых долей секунды) и невозможность разрешения малых пульсаций в потоке из-за расположения внешних сварных (рабочих) термоспаев вдоль корпуса. Сравнительно большие размеры термобатареи, слабая жесткость термопар снижают точность измерений.

Цель изобретения — повышение быстродействия и разрешающей способности датчика.

Указанная цель достигается тем, что в датчике термобатарея выполнена в виде жесткозакрепленной в теплоинерционной оболочке плоской

92254 спирали, образующей своими витками на горце оболочки, обращенном к пос току, клинообразные выступы, на которых размещены внешние спаи термобатареи при этом отношение высоты выступов к диаметру проволоки спи.рали находится в пределах

3, - 2О

Ь где h — - высота .выступов, l0

d - диаметр проволоки.

Наличие теплоинерционной оболочки, которой придана обтекаемая форма1 улучшает гидродинамическое .! взаимодействие элементов датчика с l5 потоком. При этом тепловая постоянная времени теплоинерционной оболочки выбрана из условия поддерживания температуры внутренних термоспаев, равной средней температуре об-,20 текающего потока жидкости. Так при скоростях потока воды порядка нескольких метров в секунду величина тепловой постоянной оболочки-обтекателя.обычно порядка минуты, 23

Размер клинообразного выступа определяется, исходя из того, чтобы теплообмен за счет теплопроводности был значительно меньше теплообмена с потоком во всем измеряемом диапазоне, а условия обтекания выступов и их жесткость были наилучшими.

Оптимальные условия обтекания и теплообмена удовлетворяются при выполнении соотношения

3<.,СО

На чертеже изображен предлагаемый датчик, разрез.

Датчик содержит теплоинерционную оболочку — обтекатель I размещенный в ней кольцеобразный сердечник

2 из неэлектропроводного материала или из металла, покрытого слоем изо45 ляции, навитую иа сердечник спираль

3 из тонкой проволоки (например, константановой) с металлическим покрытием в виде слоев 4 (например, родневых или медных), образующую термобатарею с внутренними 5 и внешними 6 термоспаями.

Внешние спаи термобатареи расположены на клинообразных выступах 7, образованных витками спирали, а внутренние термоспаи находятся в тепловом контакте с оболочкой и кольцеобразным сердечником и предохранены от электрического замыкания изоляциI 4 онным слоем 8. Концы термобатареи соединены с токосъемнымн проводниками 9 для подключения к измерительному прибору.

Дпя улучшения условия обтекания клинообразным выступам придана криволинейная форма, например параболическая. Основания выступов жестко заделаны в теплоинерционную оболочку для придания конструкции большей жесткости. С целью устранения влияния проводимости среды на точность измерений и увеличения срока службы устройства клинообразные выступы термобатареи покрыты тонким изолирукщим слоем лака или эмали.

Устройство работает следующим образом.

Датчик ориентируют внешними термоспаями 6 навстречу потоку жидкости, направление которого на чертеже показано стрелками. Гладкая поверхность термоспаев обеспечивает хорошее обтекание потоком. Через некоторое время, которое определяется в основном теплоинерционнОй оболочкой 1 (обычно не более нескольких минут1, тефмо-ЭДС от дат-! чика в потоке с постоянной температурой практически исчезает и датчик готов к работе. При появлении в потоке тепловых неоднородностей фронт неоднородности свободно обтекает клинообразные выступы 7 витков термобатареи с расположенными на них внешними термоспаями 6, которые, благодаря хорошим условиям теплообмена и малой собственной теплоемкости, быстро принимают температуру неоднородности. Например, при толщине проволоки термобатареи 50 мкм и толщине слоя покрытия несколько мкм, постоянная времени датчика составляет несколько мс при скорости относительно потока порядка одного метра в секунду. За-это время температура внутренних термоспаев 5 датчика практически не изменится, так как теплоинерционная оболочка I.не успевает заметно прогреться. В результате на выходе датчика появится термо-ЭДС величина которой будет

1 соответствовать разности температур внешних 6 и внутренних 5 термоспаев. На медленные изменения температуры окружакщей среды датчик не реагирует.

Хорошие условия обтекания внеш.них спаев датчика, расположенных

922541 6 разрешающей способности датчика, в нем термобатарея выполнена в виде жесткозакрепленной в теплоинерционной оболочке плоской спирали. об- l разукщей своими витками на торце обопочки обращенном к потоку, клинообразные выступы, на которых размедены внешние спаи термобатареи, при этом отношение высоты выступов к диаметру проволоки спирали находится в пределах.

3< (20 где Ь вЂ” высота выступов, d — диаметр проволоки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

11 127841, кл. G 01 К 13/02, 1960..

2. Жохов А.Д., Громова И.И. Применение термоэлектрических датчиков для измерения температурных пульсаций в море и усовершенствование технологии изготовления многослойных термобатарей. "Методы и приборы для исследования физических процессов в океане". Труды МГИ AH УССР.

Киев, "Наукова думка", 1966, т. 36, с. 135-141 (прототип). на клинообразных выступах спиральной термобатареи, а также возможность использования в ней тонкой проволоки обеспечивают высокие метрологические характеристики предлагаемого датчика: быстродействие порядка мс, разрешение пульсаций порядка нескольких миллиметров.

Испытания опытного образца дат- 10 чика с 60 рабочими спаями показали следующие результаты: чувствительность не хуже 0,01 С при отношении сигнал/шум не менее 5, постоянная времени до 10 мс, разрешающая способность по направлению оси датчика при скорости порядка 1 м/с менее

8 мм чувствительность к температурФ

0 ному градиенту не хуже 1,7 мВ см/ С.

Формула изобретения

НИИПИ 3 аказ 2563/54 краж 883 Подписное

Датчик пульсаций. температуры потока жидкости, содержащий термобатарею, внутренние спаи которой размещены в теплоинерционной оболочке, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и

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