Способ измерения теплоты сгорания горючих газов Советский патент 1984 года по МПК G01N25/32 

Изобретение относится к теплофизическим измерениям свойств веществ и может быть использовано в теплоэнергетике, Ъ различных областях проMHinneHHOCTiij использующих теплоту сгорания газов, а также при научных исследованиях.

Известен способ непрерывного измерения .теплоты сгорания горючих газов, заключающийся в том, что в измерительную, ячейку непрерывно подают рабочую смесь и осуществляют процесс полного сжигания газа, отводят продукты сгорания, измеряют разность температур мезаду продуктами сгорания на выходе из ячейки и окислителем на входе и поддерживают ее постоянной путем регулировки расхода исследуемого газа, затем по известным зависимостям определяют теплоту сгорания ГП .

Описанньй способ является одноячеечным, , поэтому для него характерн увеличение погрешности измерения изза влияния окружающей среды. Кроме того, определение теплоты сгорания связано с измерением температуры продуктов сгорания с помощью датчика температуры, установленного в потоке .уходящих газов на выходе из измерительной ячейки, при этом не учитывается зависимость температуры горения от.большого числа факторов таких как нестационарность процессов горения и теплообмена в ячейке, еветимость факела, условия сжигания и многих даугих, функциональная связь между котррыми еще недостаточно изучена,, Дополнительную погрешность накладывает . также нестабильность термоэлактрических свойств материала датчика температуры, обусловленная работой его в условиях высокой тем. пературы 1500 2500с) и агрессивно среды.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения теплоты сгорания горючих газов, заключающийся в том, что измерительную и сравнительную ячейки помещают в идентичные условия, рабочую и эталонную смеси непрерывно подают соответственно- в измерительную и сравнительную ячейки и осуществляют процесс полного сжига1ш 7 исследуемого и эталонного газов отводят продукты сгорания, измеряют разность температур между продуктами сгорания исследуемого и эталонного

газов на выходе из соответствующих ячеек и по полученному значению определяют искомую теплоту сгорания. Описанный способ является двухячеечным ( дифференциальным) и позволяет свести к минимумз погрешность измерения, связанную с воздействием окружающей среды. 2 и з , Однако теплота сгорания исследуемого газа согласно этому способу определяется по изменению температуры продуктов сгорания, измеряемой с помощью датчиков температуры, установленных в потоке уходящих газов, поэтому погрешность измерения достаточно высока. Кроме того, необходимость постоянного сжигания эталонного газа помимо исследуемого приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик.

Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения теплоты сгорания горючих газов.

Поставленная цель достигается тем что согласно способу измерения теплоты сгорания горючих газов, заключающемуся в том, что измерительную и срав штельнук) ячейки помещают в вдентичные условия, рабочую смесь непрерывно подают в измерительную ячейку и осуществляют процесс полного сжигания газа, отводят продукты сгорания и сравнивают тепловьщеления в измерительной и сравнительной ячейках, не.прерызно регистрируют тепловой поток между равными по площади противолежащими участками наружной поверхности измерительной и сравнительной ячеек, затем выравнивают тепловьщелеиия в ячейках путем регулирования тепловой -мощности сравнительной ячейки, измеряк г величину компенсирующей тепловой мощности в сравнительной ячейке и по известным зависимостям определяют теплоту сгорания.

Уменьшение погрешности определения теплоты сгорания горючих газов достигается .путем прямого сравнения и компенсации теплоты, выделяющейся в измерительной и сравнительной ячейках, а также путем исключения операции измерения температуры продуктов сгорания.на выходе из измерительной ячейки, приводящей, в свою очередь, к целому ряду дополнительных погрешностей измерения.

Величины абсолютной погрешности измерения тепловой мощности, вьщеляемой при сжигании газа в измерительной ячейке для прототипа uQj и пр лагаемого способа AQn, с учетом, чт в обоих случаях ячейки находятся в одинаковых условиях по отношению к оболочке калориметра,.равны tA -.. электрические сигналы coojTBeTCTBeHHO с датчи .ка температуры и датчика теплового потока, В; S - чувствительность соответственно датчика тем пературы, В/К, и датчи ка теплового потока, В/Вт.; R - термическое сопротивлен связи с оболочкой калор метра К/Вт; термическое сопро.тивлени связи между измерительн и сравнительной ячейками К/Вт. . . Для одинаковых минимально контролируемых электрических сигналов Е| ЕО получим отношение абсолютi min ных погрешностей S2 1 s () . При использовании стандартной тем пе2атуры с чувствител; ностью 5 40 10 Б/К и полупроводникового тепломера с чувствительностью 8л 0,1 В величина AQ| на порядок больпе Др«. Расчет по формуле (З) для указанных условий показывает, что ДО остается много больше AQ вплоть до величины R 100 К/Вт, Выравниваются также погрешности при К/Вт, однако при этом имеет место недопустимый на практике перегрев конструктивных элементов ячейки относительно температуры оболочки калориметра. На чертеже представлена тепловая схема осуществления предлагаемоТго сп соба. На схеме изображены измерительная 1 и сравнительная 2 ячейки, оболочка 3 калориметра. Для уменьшения погрешности измерения от воздействия окружностей среды используется извес ная дифференциальная схема с двумя 534 одинаковыми ячейками, которые помеща, ют в идентичнее условия. Идентичность условий достигают путем симметричного расположения обеих ячеек в оболочке калориметра 3, на поверхности которой поддерживают постоянную температуру Т, а также путем связи ячеек I и 2 с оболочкой 3 через одинаковые термические сопротивления R (т.е. RX RO). Затем в измерительную ячейку по специальному подводящему патрубку непрерыр 11одают рабочую смесь (исследуемый горючий газ с окислителем) и осуществляют процесс полного сжигания газа, при этом в измерительной ячейке выделяется тепловая мощность QU.Получившиеся продукты сгорания отводят из измерительной ячейки с помощью специального выводного патрубка в атмосферу. Для уменьшения погрешности измерения рекомендуется любым известным способом обеспечить с достаточной точностью условие равенства физического тепла, вносимого в измерительную ячейку с рабочей смесью, физическому теплу, уносимому с продуктами сгорания, что, например,мржно выполнить с погрешностью порядка 0,05% лри достижении равенства ;температур рабочей смеси на входе в ячейку и продуктов сгорания на выходе из нее. Полученную тепловую мощность Qy сравнивают с тепловыделением в сравнительной ячейке QQ. Для этого непрерывно регистрируют тепловой поток Q между равными по площади противолежащими участками наружной поверх ности измерительной и сравнительной ячеек. Указанное обеспечивается за счет включения между измерительной и сравнительной ячейками полупроводниковых преобразователей теплового потока (тепломеровj. В этом случае между ячейками уста 1авливается тепловая связь с термическим сопротивлением R и тепловой поток Qy регистрируют по величине пропорционального ему электрического сигнала с тепломеров, ля уменьшения погрешности измерения рекомендуется принять меры для уменьения контактных термических сопрот тивлений между тепломерами и наружыми поверхностями ячеек, а также тремиться к обеспечению изотермичости наружных поверхностей ячеек. По величине электрического сигнаа с тепломеров выравнивают тепловыSделения в ячейках путем регулирования тепловой модности сравнительной ячейки, измеряют величину компенсирующей -тепловой мощности в сравнительной ячейке и по известным завис мостям определяют теплоту сгорания. В этом случае с Достаточной точност должно выполняться условие и где Q, Qji тепловые потоки через соответственно термические сопротивления R и Rg, что н более просто реализуется с помощью установки в сравнительной ячейке электронагревателя, соединенного с выходом регулируемого высокостабили зированного источника питания типа БНН-150, и т.д. Величина компенсирующей тепловой мощности Q определяется в этом случае по измеренным значениям тока и напряжения 53 на ветвях электронагревателя с погрешностью не менее 0,01%. , тепловая мощность Qj, выделяющаяся в измерительной ячейке при сжигании исследуемого газа, определяется по известной зависимости .. A.Qg, (4) где А - коэффициент, определяемый при калибровке калориметра. Затем, зная объемный расход исследуемого газа при нормальных условиях W (м/с), можно определить искомую теплоту сгорания Р(Дж/м) по известной зависимости Q QX/W. (5) Таким образом, предлагаемый способ измерения теплоты сгорания горючих газов позволяет на порядок меньшить относительную погрешность измерения по сравнению с прототипом.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПДОТЫ СГОРАНИЯ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ, заключающийся в том, что измерительную и сравнительную ячейки помещают в индентичные условия, рабочую смесь непрерывно подают в измерительную ячейку и осуществляют процесс полного сжигания газа, отводят продукты сгорания и сравнивают тепловыделения в измерительной и сравнительной ячейках, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, непрерывно рег1«:трируют тепловой поток между равными по площади противолежащими участками наружной поверхности измерительной и сравнительной ячеек, затем выравнивают тепловьщеления в ячейках путем регулирования тепловой мощности сравнительной § ячейки, измеряют величину компенси(О рующей тепловой мощности в сравнительной ячейке и по известным зависимостям определяют тепло1-у сгорания.

Вкод

прйфк/noS Сгорания