Способ определения температуры жидкости или газа Советский патент 1987 года по МПК G01K13/02 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температзфы жидкости или газа в условиях свободной или вьшуж- денной конвекции,

Цель изобретения - повьшение точности измерения путем снижения погрешностей, вызванных теплообменом термопреобразователей с окружающими элементами и их нагревом измеритель- ным током.

На фиг.1 и 2 показаны измерительная головка и измерительная схема соответственно; на фиг.З и 4 - то же, варианты вьшолнения.

Для пояснения способа измерения температуры среды Т;.р запишем формул для тепловых потоков qp qp , проходящих через поверхности двух термопреобразователей, размеш;енных в среде, температуру которой необходимо измерить:

qp, oi,(T,-TCP ) + е„р& i/+q 5 qp,(,p), (1)

где q ,q - плотности теплового потока, проходящего через поверхность теплообмена термопреобразователей; ci, коэффициенты теплоотдач с поверхностей термодатчиков;

Т, Т- - собственная температура термопреобразователей;

Т(, - искомая температура измеряемой среды;

Ерр - приведенная степень черноты, одинаковая для обоих термопре образова- телей;

Тф - температура поверхносте фонового излучения;

(f - угловой коэффициент, одинаковый для обоих тармопреобразователей; q ,q - дополнительные теплопри токи к поверхностям термопреобразователей;обусловленные тепловыде лениями в пограничном слое, а при использовании в качестве термопреобразователей сопротивления - Джоулевой теплотой. Решая систему уравнений относит

учаем

Т -Т -f 2

ud

пp6(T,)x

(TZ+Tp+oiJ

ТоГ

(2)

5

п

5

0

5

Из анализа уравнения .(2) следует, что Т равно TI только в том случае, если qp,qpj, , и qf, что достигается при Т Т„ . 71ля идентичных термопреобразоват елей Т 1 только при Чр, Чр2. поэтому для определения Трр достаточно добиться выполнения условия

Если термопреобразователи установить на одной температуровыравниваю- щей пластине с температурой Т„ через одинаковые термические сопротивления Rf, то,тогда для тепловых потоков q и Чр справедливосоотношение

Tn-Ti Тп-Т Тг-Ti

Р1 %2KCRCR,

(3)

и уравнение (2) может быть представлено в виде:

T,-T,)..C(,)(T2 +

ц}-, - ----- -.

То есть, для того чтобы Т Tj,p для двух термопреобразователей, установленных на одной температуровырав- нивающей пластине через одинаковые термические сопротивления, достаточным условием является равенство собственных температур термопреобразователей (Т Т ) .

Устройство, предназначенное для определения температуры выхлопных газов, когда , состоит из измерительной головки, размещаемой в потоке газа, и измерительной схемы.

Измерительная головка (фиг,1) содержит два термопреобразователя 1 и 2 сопротивления с одинаковой градуировкой, навитые на цилиндрическую вспомогательную стенку 3 из низкотеплопроводного материала, установленную на температурно-выравнивающем стержне 4, Термопреобразователи 1 и 2 разделены теплоизоляционной заливкой 5, Стержень 4 имеет тепловой контакт с термоэлектрическим тепловым насосом 6, который размещен в изоляционном корпусе 7, а второй стороной контактирует с теплопроводящим стержнем 8.

Измерительная схема содержит источник 9 измерительного тока, к которому подключены термопреобразователи 1 и 2, измерительный усилитель 10, к выходу которого подключен управляемый индикатор 11, два усилителя и 13, входы которых соединены с выводами термопреобразователей 1 и 2 сопротивления, а выходы, подключены к входам блока 14 сравнения, один из- выходов которого подан на вход управ- ляемо.го индикатора 11, а второй - на вход управляемого блока 15 питания, выход которого соединен с электродами термоэлектрического теплового насо- са 6.

Способ осуществляют следующим образом.

Измерительную головку размещают в исследуемой среде так, чтобы соблюдались условия и о(о(+йо, что достигается последовательным размещением термопреобразователей по направлению движения среды. В термопреобра- зователях 1 и 2 одинаковой градуировки при прохождении измерительного тока от источника тока (при равных температурах) выделяется одинаковое количество теплоты, что предопределя

ет одинаковое количество повьшения температуры термопреобразователей 1 и 2 в силу их идентичности. В газе нагрев термопреобразователей 1 и 2 за счет излучения от стен канала или .других источников при равенстве темпе- ратур осуществляется также одинаково благодаря идентичности коэффициентов поглощения равных поверхностей обоих термопреобразователей.

Поток газа или жидкости омывает измерительную головку. Между термопреобразователями 1 и 2 и потоком осуществляется теплообмен, причем теплообмен с термопреобразователем 1 осуществляется более интенсивно, чем с преобразователем 2.

12 и

Температура термопреобразователя 1 падает по сравнению с температурой термопреобразователя 2. Усиленные в усилителях 12 и 13 выходные сигналы термопреобразователей поступают в блок 14 сравнения, где осуществляется сравнение их между собой. В случае превышения значения температуры тер- мопреобразователя 2 над значением температуры термопреобразователя 1 (или наоборот) блок 14 сравнения выдает командный сигнал на управляемый

блок 15 питания, по которому к элект-55 данную координату потока жидкости

родам термоэлектрического насоса 6 подается ток соответствующей полярности. Тепловой насос 6 отводит теплоту от стержня 4 к несущему стержню

рши газа и ориентир тот, как показа на фиг.З|В случае измерения темпер туры не потока а объема жидкости или газа устройство ориентируется

ывосопз- рав- на я, дами о- fO

обт в юда15 то ещеравбра-ров20 ое

я 1 е 2 ли пе- 50 ово тов оих

13188084

2 и 8, Температуры поверхностей термопреобразователей 1 и 2 выравниваются, блок 14 сравнения отключает правля- емый блок питания 15 от теплового насоса 6 и второго выхода подает сигнал на управляемый индикатор 11, разрешая индикацию выходного сигнала измерительного усилителя 10, постоянно отслеживающего суммарный выходной сигнал термопреобразователей 1 и 2. Зарегистрированный выходной сигнал термопреобразователей 1 и 2 в момент равенства их температур по градуировке соответствует температуре газово- .го или жидкостного потока.

Измерительная головка, приведенная на фиг.З, содержит два одинаковых термопреобразователя 16 и 17 сопротивления, собранные на рабочих поверхностях двух батарейных термоэлектрических преобразователей 18 и 19 теплового потока, соответственно смонтированных на температуровырав- нивающей п.пастине 20, которая своей второй поверхностью контролирует с термоэлектрически 5 тепловым насосом 21, снабженным теплоотводящей несущей пластиной 22. Термопреобразователь 16 сопротивле 1ия и преобразователь 18 теплового потока отделены от термопреобразователя 17 и преобразователя 19 теплового потока теплоизоляционной заливкой 23. Торцы слоистой констрз кции (16 - 22) снабжены тепло

изоляционными обтекателями 24, снижающими возм тдение течения потока.

Термометры 16 и 17 сопротивления включены последовательно в цепи ис- Точника .25 тока и измерительного усилителя 26, выход которого подан на управляемьй индикатор 27. Преобразователи 18 и 19 теплового потока в цепи усилителя 28 по выходному сигналу включены навстречу друг другу. Выход усилителя 28 подан на. вход блока 29 сравнения, один из выходов которого подан на вход управляемого индикатора 27, а второй - на вход управляемого блока 30 питания, выходы которого подсоединены к электродам термоэлектрического теплового насоса 21.

При другом варианте выполнения, измерительную головку помещают в зарши газа и ориентир тот, как показано на фиг.З|В случае измерения температуры не потока а объема жидкости или газа устройство ориентируется не

вдоль скорости потока, а вдоль вектора гравитационной подъемной силы, возбуждающей свободную конвекцию. Через термопреобразователи 16 и 17 пропускают ток от источника 25 тока. Электрическое сопротивление термопре- образователей 16 и 17 изменяется пропорционально температуре. Выходной сигнал в виде уровней напряжения усиливается в измерительном усилителе 26 и подается на вход управляемого индикатора 27, Прохождение через тер- мопреобразователи сопротивления измерительного тока приводит к разогреву, их температура повьшается, Теплоотвод по арматуре или торможение потока также одинаково повьшмет температуру термопреобразователей 16 и 17 в силу юс идентичности.

Радиационные излучения стен или других каких-либо источников одинаково повьштют температуру термопреобразователей 16 и 17 в силу равенства излучательной способности их поверх- костем,

Поток газа или лсидкости участвует в теплообмене с поверхностями термо преобразователей, причем интенсивность теплообмена различается, так как с(, т.е. отвод теплоты от термопреобразователей 16 к потоку выше, чем отвод теплоты от термопреобразователя 17 даже в случае свободной конвекции. При этом дифференциальный сигнал от преобразователей 18 и 19 теплового потока отличен от нуля. Этот сигнал усиливается в усилителе 28 и затем сравнивается в блоке сравнения с нулем и по полярности.

При равенстве нулю дифференциаль- ного сигнала преобразователей 18 и 19 блок 29 сравнения выдает управля- ющий сигнал на индикатор 27, осутце- 1 ствляющий индикацию вьпсодного сигнал термопреобразователей 16 и 175 по градуировке соответствующего температуре жидкости или газа. В случае отклонения от нуля дифференциального сигнала преобразователей 18 и 19 теплового потока блок 29 сравнения, воз действует на вход управляемого блока 30 питания, обеспечивает лодачу последним на термозлектроды теплового насоса 21 тока соответствующей полярности. Тепловой насос 21 осуществляе отвод теплоты от температуровыравни- ваюп;ей пластины 20, чем изменяет ее температуру. Это осуществляется до достижения дифференциальным сигналом преобразователей 18 и 19 нулевого уровня. После чего блок 29 сравнения отключает командный сигнал блока 30 питания и подает сигнал на управляемый индикатор 27, разрешая индикацию сигнала термопреобразователей 16 и 17, по градуировке соответствующего температуре газа или жидкости.

Формула изобретения

1.Способ определения температуры лдадкости или газа, заключающийся в размещении в исследуемой среде двух идентичньк термопреобразователей и измерении их температур, отличающийся тем, что, с целью повьпления точности измерения путем снижения погрешностей, вызванных теплообменом с окружающими элементами

и их нагревом измерительным током, термопреобразователи располагают последовательно вдоль направления потока измеряемой среды, определяют разность температур поверхностей термопреобразователей и в зависимости от значения разности температур осуществляют подвод тепла к термопреобразователям Или отвод тепла от термопреобразователей с помощью дополнительного источника тепла до равенства термопреобразователей, а температуру среды определяют по показаниям одного из термопреобразователей в момент равенства их температур.

2.Способ ПОП.1, отличающийся тем, что разность температур термопреобразователей определяют по разности тепловых потоков, проходящих через тепловоспринимающие поверхности термопреобразователей с помощью дополнительных тепломеров, находящихся в контакте с термопреобразователями.

fJffme Й7Л7

или /ffudffocfffu

Изобретение относится к термометрии, Пель изобретения - новьшение точности измерения. Устройство предназначено для определения температуры выхлопных газов. Оно состоит из измерительной головки, размещенной в потоке газа, и измерительной схемы, .содержащей измеритель 9 тока, усилитель 10, индикатор 11, усилители 12 и 13, блок 14 сравнения, один из выходов которого подан на вход индикатора 11, а другой - на вход блока 15 питания. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет снизить погрешность, вызванную теплообменом термопреобразователей с окружающими элементами и их нагревом измерительным током. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. i (Л оо ао 00 о ОО (иг.2

Редактор В.Петраш

Составитель В.Куликов

Техред В.Кадар Корректор А Ильин

Заказ 2А98/32Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,

Фиг.Ц