Устройство для автоматического определения коэффициента теплопроводности жидкостей и газов Советский патент 1985 года по МПК G01N25/18 

1

Изобретение относится к автоматизации теплофизических измерений, в частности к устройствам для автоматического определения коэффициента теплопроводности жвдкостей и газов в импульсном режиме, и может быть использовано для определения тепло физических свойств жидкостей и газов в быстропротекающих и необратимых процессах, в потоках при неустановившемся режиме и т.п., а также для измерения нестационарных температур (скоростей).

Известно устройство для измерения теплопроводности, содержащее датчик температуры, расположенный вблизи нагревательной пр оволоки, схему выборки дискретных значений сигнала датчика, блок памяти для временного хранения дискретных значений выходного сигнала и вычислительный блок, определяющий теплопроводность на основании содержимого блока памяти Г

Однако указанное устройство производит измерения дискретных значений сигнала с датчика, их запоминание и вычисление применительно к стационарному процессу нагревания нити, т.е. ясследуемый интервал времени используется для измерения, но одновременно не является источником энергии.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство, содержащее генератор, источник питания, ключ, измерительный мост, в одно плечо которого включен датчик, в три других переменное сопротивление, одна диагональ которого параллельно подключена к последовательно соединенным источнику питанИя и ключу, при этом один выход другой диагонали заземлен, а второй соединен с входом осциллографа, второй вход синхронизации которого подключен к выходу линии задержки, вход которой соединен с одним выходом генератора, второй вход последнего - с входом трансформатора, выход которого соединен с входом ключа 2

Для определения теплофизических свойств жидкостей, газов, в частности теплопроводности, используется формула gz /

бТГ- дГГДля определения теплопроводности по этой формуле необходимо измерять изменение сопротивления нити-датчика ZSR в исследуемой среде за очень ко1574282

роткий временной интервал в течение определенной длительности измеряемого импульса Т, подаваемого на датчик. Дпя нахояздения значений 5 4R,, R.. Р соответствующих временных интервалах t, t. ..С„ от начала воздействующего на датчик импульса необходимо многократное . повторение измеряемых импульсов. При

О многократном воздействии импульса на датчик определяется первое отклонени

на это требуется 15-20 мин.

дК,

для следующего определения - еще 15-20 мин и т.д. Для получения полной характеристики измеряемого импульса требуется 60-120 мин, необходимо выполнять режим стабилизации тока, напряжения и температуры исследуемой срег.ы.

Недостатком известного устройства является невозможность снятия тепловой характеристики датчика за один импульс, что обуславливает невозможность измерения параметров

в быстропротекающих, необратимых процессах, измерения мгновенных теплофизических характеристик и т.п., большую трудоемкость эксперимента.

Цель изобретения - сокращение

времени и повьшение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для автоматического определения коэффициента теплопроводности жидкостей и газов, содержащее генератор и измерительный мост с источником питания и ключом, в одно ппечо которого включена

нагревательная нить-датчик, в три других - переменные сопротивления, а одна диагональ которого параллельно подключена к последовательно соединенным источнику питания и ключу,

дополнительно содержит блок регистрации дискретных значений напряжения, блок памяти, вычислительный блок, усилитель и блок управления, один вход которого соединен с одним выходом генератора, второй вход - с первым выг.одом блока регистрации, девять других - с девятью выходами вьгчислительного блока, один выход блока управления соединен с первым

входом блока регистраинн и одним входом блока памяти, второй выход с одним входом ключа и одним входом блока памяти, а три других - с тремя другими входами блока памяти, десят входов которого соединены с десятью выходами блока регистрации, второй вход которого соединен через усилитель с двумя выходами измерительног моста, а девять выходов, блока памят соединены с девятью входами вычислительного блока. Устройство содержит генератор, источник питания, ключ, измерительньй мост, в одно плечо которого включен датчик, в три других переменные сопротивления, одна диагонал которого параллельно подключена к последовательно соединенньм источни ку питания, клвзчу, дополнительно введены аналого-цифровой преобразователь, блок формирования сигнала для запуска АЦП, блок синхронизации, блок управления измерениями, блок вы вода информации, дифференциальный усилитель, устройство ДЗ-28, восемь вьжодов которого сое1цинены с восемью входами блока управления измерениями а девятый выход - с первым входом блока синхронизации и первым входом блока вьгеода информации, восемь выходов которого соединены с восемью входами устройства ДЗ-28, девятый вход которого соединен с одним выходом блока синхронизации, первый выхо блока управления измерениями соедине с третьим входом блока вьшода информации и первым входом блока формирования сигнала для запуска АЦП, первый выход которого соединен с девяты входом блока управления измерениями, второй выход последнего соединен с вторым входом блока синхронизации, третий выход - с вторым входом блока вьшода информации, четвертьй выход с третьим входом блока синхронизации и одним входом оптрона, выход которого соединен с входом ключа, два выхода другой диагонали моста соединены с двумя входами дифференциально.го усилителя, выход которого соединен с первым входом АЦП, одиннадцатью выходом соединенного с вторым входом блока формирования сигнала для запус ка АЦП, второй вьгход которого соединён с вторым входом АЦП. четвертью входом блока синхронизации и четвертым входом блока вывода информации, а входы с пятого по четырнадцатый с десятью выходами АЦП. Кроме TOI о, блок формирования сигна-па для запуска АЦП содержит последовательно вклю

входов десяти элементов 4И, выход формирователя соединен с одним входом триггера, другой вход которого соединен с четвертым входом блока. Ченные генератор, выход которого соединен с первым входом элемента задержки и вторым входом делителя частоты, первый вход и первый выход которого соответственно соединены с первым входом и первым выходом блока, а второй выход - с первым входом триггера, второй вход которогосоединен с одним выходом формирователя, а вход последнего - с вторым входом блока, один выход триггера . соединен с вторым входом злемента задержки, выходом соединенного с вторым выходом блока. Блок управления измерениями содержит логический элемент 8й, восемь входов которого соединены с восемью входами блока, один выход - с входами двух элементов И, выход первого элемента И соединен с третьим выходом блока, выход второго - с вторым выходом блока и одним входом формирователя, выход последнего - с вторьм входом триггера, первый вход которого соединен с девятым входом блока, а первый и второй выходы - с первым и четвертым выходами блока. Блок синхронизации содержит три формирователя, входы двух из них соединены с четвертым входом блока, а выходы - с первым входом триггера, второй вход которого соединен с выходом третьего формирователя, вход которого соединен с первым входом блока, выход триггера соединен с первым входом элемента ЗИ, второй и третий входы которого соединены соответственно с вторым и третьим входами блока, а выход с одним выходом блока. Блок вьшода информации содержит два инвертора, вход одного соединен с первь м входом блока, выход - с одним входом формирователя, вход второго соединен с третьим входом блока, а выход - с первым из четырех а первый выход триггера - с вторым из четырех входоз первых восьми элементов 4И, второй выход - с вторыми входами девятого и десятого элементов 4И, третьи входы всех десяти элементов АИ - с вторым входом блока, четвертые входы - с десятью входами блока, выходы перзьтх шести - с шестью выходами блока, выходы седьмого и

девятого - с двумя входами элемента ШШ, выход которого соединен с седьмьм вьЬсодом блока, выходы восьмого и девятого элементов 4И - с двумя входами другого элемента ИЛИ, выход последнего - с восьмым выходом блока

На фиг0 1 представлена функциональная схема устройства для автоматического измерения теплофизических параметров на фиг. 2 - временная диаграь 1а работы устройства; на фиг, 3 - характеристика импульса разбаланса с измерительного моста.

Устройство содержит генератор 1, источник 2 питания, ключ 3, иэмерительный мост 4, блок 5 регистрации, блок 6 памяти, вычислительный блок 7, усилитель 8 и блок 9 управления.

Работа предлагаемого устройства для автоматического определения коэффициента теплопроводности заключается в измерении и запоминании дискретньк значений импульса через известные временные интервалы, характеризующего разбаланс моста, в связи с изменением сопротивления нагреваемой нити-датчика.

В работе используется вычислительное устройство Электроника ДЗ-28, блок регистрации, аналого-цифровой преобразователь Ф-707 /1 с числом разрядов десять, ключ реализован на оптроне.

Предварительно балансируется измерительный мост. В блоке формирования сигнала для запуска АЦП с помощь генератора и делителя частоты задается длительность измеряемого импульса и длительность меяаду измерениями. По команде Пуск с клавиатуры ДЗ-28 происходит выполнение первой программы, т.е. в течение одного измеряемого импульса измерение п дискретных значений напряжения с последующим запоминанием. Происходит это следующим образом. По команде Пуск с клавиатуры ДЗ-28 по восьми выходам проходит сигнал Ynpi, выбирающий нужное внешнее устройство. Через элемен И проходит сигнал Уир и устанавливает в ожидание элементы 4И, с выходов которых в двоичном коде по два байта будут передаваться дискретные значения напряжений через каждые и (в данном случае мс). Сигнал о. выхода элемента И блока управления измерениями в блоке синхронизации

на одном входе элемента ЗИ устанавливает одно из разрешений и одновременно через формирователь триггер устанавливается в исходное состояние выходной сигнал с которого устанавли ает в исходное состояние делитель частоты. Сигнал ВВ с девятого выхода ДЗ-28 и сигнал с выхода делителя частоты управляют состоянием триггера, т.е. сигнал ВВ с устройства ДЗ-28 п раз подтверждает состояние триггера, в течение которого на втором выходе появляется задающий импульс, в течение длительности которого через оптрон и открытый транзистоный ключ на датчике измерительного моста генерируется импульс, амплитуд которого определяется источником напряжения. Импул с разбаланса с двух входов другой диагонали моста через дифференциальный усилитель поступает на аналоговый вход А1Ш. Делитель частоты задает длительность импульса измерения Т на датчик измерительного моста, управляя состоянием триггера, и длительность интервалов между дискретными измерениями, управляя состоянием триггера, т.е. через каждые . р одного выхода триггера через элемент ИЛИ подается на АЦП разрешение на измерение (сигнал Запуск АЦП), через время преобразования сигнал Конец измерения с первого выхода АЦП поступает через некоторую задержку на другой вход триггера, т.е. переводит его в состояние ожидания, чтобы по следующему сигналу с делителя частоты через интервал между дискретным измерением вновь подать разрешение на АШТ для измерения следующего дискретного значения. Вместе с измерением происходит преобразование, на десяти выходах АЦП устанавливается значение U. в двоичном коде. Другая особенность устройства связана с тем,- что в машину можно одновременно передать код по восьми входам, а АЦП для большей точности измерения используются с 8,16,32 выходами и т.д.

Поэтому в интервале между измерением двух соседних дискретных значений нужисз передать U- в двоичном коде двумя байтами, это передается на четвертые входы-элементов 4И. Управляется эта передача сигналами ВВ и СИП. По сигналу Запуск АЦП с триггера через элемент И формируются два импульса для передачи первого байта формирователем, для второго - формирователем. Сигнал ВВ с ДЗ-28 через формирователь дважды устанавливает триггер в исходное состояние, а по сигналу Запуск АИП с триггера через элемент И и формирователи на одном вых де триггера устанавливается дважды сигнал сип, который передается на один из трех входов элемента ЗИ, на двух других входах которого уже установлены разрешения сигналом Упр и импульсом измерения Т. Дважды на выходе элемента ЗИ формируетс сигнал сип, .который поступает на девятый вход ДЗ-28, он и дает разрешение на запись в память ДЗ-28 двух последовательных байтов с выходов элементов 4И блока. В блоке вывода информации через иквертор элементы 4И устанавливаются в состояние ожидания, через инвертор и формирователь проходит сигнал ВВ на один из входов триггера, состоянием которого управляют два сигнала ВВ и сигнал Запуск АЦП, сигналы с выхо дов этого триггера формируют сигналы сип, которые и дают раэрешение на последовательное прохождение первого и второго байтов на входы ДЗ-28. Первый байт передает информацию с первого по восьмой выходов АЦП, второй - с девятого и десятого входов. В блоке памяти ДЗ-28 запись двух байтов в двоичном коде переводится по программе измерений в деся тичное число. Таким образом, чтобы провести измерение в режиме автоматизации с помощью предлагаемого устройства, достаточно ввести программу измерения и нажать клавишу . Время измерения равно сумме длительности измеряемого импульса и длительности мапшнных команд. Пред лагаемое устройство позволяет измерять параметры кратковременных процессов, например теплопроводности растворов при поЛш еризации, длительность которых 1 с и т.п. При необходимости от программ измерения можно обратиться к программе вычисления необходимого параметра с выводом на печать. 4288 С помощью устройства я использования Электроники ДЗ-28 возможно за один воздействующий на датчик импульс (для толуола Т20 MCJ . воздуха с) замерить через временные интервалы внутри измеряемого импульса несколько дискретных значений амплитуд напряжения измеряемого импульса. В предлагаемом устройстве через временные интервалы фиксируются амплитуды импульса Ug, и...и„, а затем определяются dR и А 4R.« Lfyib, / Е-2ди.. , -f-fl- -ifc24Uj) 16 7Г 44U,.R, Таким образом, расчет теплопроводности происходит по одной формуле, но массив исходных значений поступает по-разному. В данном случае во время измерения в течение Т в,память ДЗ-28 записываются все измеренные значения. В предлагаемом устройстве используется Электроника ДЗ-28, отечественная микро-ЭВМ, аналого-цифровой преобразователь Ф-7077/1 (время преобразования 8 мкс). В память ДЗ-28 вводятся две программы: для проведения измерений и вычисления нужного параметра с вы:водом на печать. В первой программе задается число измерений п, по второй программе проводится расчет и он почти аналогичен известному расчету. Предлагаемое устройство.позволяет осуществить в течение одного кратковременного импульса связь с ДЗ-28 и АПП и, таким образом, успеаь замерить и записать необходимое количество дискретных значений a шлитyд напряжения одного импульса. В устройстве задается длительность измеряемого импульса Т и лительность Z между измерением искретных значений, в первой программе число измерений t-n, так как оба параметра легко изменить можно считать длительность измеряемого имульса переменной величиной, миниальная длительность измеряемого имульса ограничена снизу техническим словием ДЗ-28 и АЦП,

/ s

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ, содержащее генератор и измерительный мост с источником питания и ключом, в одно плечо которого включена нагревательная нить-датчик, .в три других - переменные сопротивления. а одна диагональ которого параллельно подключена к последовательно соединенным источнику питания и ключу, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени и повьппения точности измерения, оно дополнительно содержит блок регистрации дискретнск значений напряжения, блок памяти, вычислительный блок, усилитель и блок управления, один вход которого соединен с одним выходом генератора, второй вход - с первым выходом блока регистрации, девять других - с девятью выходами вычислительного блока, один выход блока управления соединен с первым входом (Л блока регистрации и одним входом блока памяти, второй выход - с одним входом ключа и одним входом блока памяти, а три других - с тремя другими входами блока памяти, десять входов которого соединены с десятью выходами блока регистрации, О1 второй вход которого соединен через усилитель с двумя выходами измери IND тельного моста, а девять выходов блока памяти соединены с девятью входами вычислительного блока. оо

С

(риг.1