Устройство для измерения температуры Советский патент 1988 года по МПК G01K7/00 G01K3/02 

1 I

Изобретение относится к технике измерения температур, в частности, лри оценке комфортности температурной обстановки помещения.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет обеспечения возможности определения радиационной температуры для оценки комфортности температурной обстановки помещения.

На фиг.I изображено устройство для измерения температуры с датчиками, изготовленными в виде ртутных ; термометров; на фиг.2 - устройство для измерения температуры с датчиками, изготовленными в виде термопар; на фиг.З - устройство для измерения температуры,, дополнительно снабженное ваттметром и нагревательным элементом с датчиками, изготовленными в виде ртутных термометров; на фиг.4 - устройство для измерения температуры дополнительно снабженное ваттметром и нагревательным элементом с датчи- , изготовленными в виде термопар

Устройство для измерения температуры содержит вентилятор 1, к нагнетательной части которого присоединен цилиндрический патрубок 2, обе поверхности которого выполнены зеркальными, конфузор 3, турбулизирующую, экранирующую пластину 4, два датчика температуры, изготовленные в виде либо однотипных ртутных термометров 5 и 6 с резервуарами 7 и 8 (фиг.1 и 3), либо в виде однотипных термопар 9 и 10, соединенных с потенциометром 11 через ключ 12, который может находиться в положениях 13 и 14, причем в положении 13 ключ 12 соединяет потенциометр 11 только с термопарой 9, а в положении 14 - с двумя термопарами 9 и 10 (фиг.2 и 4). Устройство для измерения температуры сО держит реостат 15 и нагреватель воздуха, вьшолненный в виде керамическО го стержня 16, обмотанного спиралью 17, последовательно подк;воченного к реостату 15. Резервуар 7 термометра 5 (или термопара 9) размещен в патрубке 2 по его оси на расстоянии 1,5 2 калибра от выходного отверстия пат рубка, а резервуар 8 термометра 6 (или термопара 10) зачернен и размещен по оси патрубка 2 на расстоянии 1-5 калибров от его выходного отверстия. Турбулизирующая, экранирующая

686652

пластина 4 расположена перпендикулярно его оси в патрубке 2 между нагревателем воздуха и резервуаром 7 (или

g термопарой 9) на расстоянии 1,5-2 калибра от последнего, причем пластина 4 вьшолнена в виде круга диаметром 0,4-0,7 калибра, а обе поверхности пластины 4 изготовлены зеркальными.

10 Конфузор 3 выполнен в виде усеченного конуса .с углом раскрытия 50-70, диаметром основания 1 калибр и диаметром сечения 0,3-0,5 калибра, причем диаметр сечения не должен превы1Г шать диаметр пластины 4, и расположен на расстоянии 0,4-0,7 калибра от последней таким образом, что его ось совпадает с осью патрубка 2, а усеченная часть направлена в сторону

20 пластины 4. Нагреватель воздуха, выполненный в виде керамического стержня 16, обмотанного спиралью 17, раз- мещен в патрубке 2 по его оси между конфузором 3 и вентилятором 1.

25 Для имитации поступления тепла

на человека резервуар 8 ртутного термометра 6 должен быть выполнен цилиндрическим и расположен вертикально.

. 30 Кроме того, устройство для изме- р ения температуры может быть дополнительно снабжено ваттметром 18, нагревательным элементом 19 с зачерненной наружной поверхностью, в ко35 тором установлен второй датчик температуры - резервуар 8 термометра 6 (фиг.З) или термопара 10 (фиг.4), и ключом 20,- которьй может находиться в положениях 21 и 22 и через кото40 рый нагревательный элемент 19 подключен к реостату 15 и- ваттметру 18.При этом в положении 21 ключ 20 соединяет источник питания с цепью, связьша- ющей спираль 17 нагревателя воздуха

45 с реостатом 15, а в положении 22 - с цепью, связьшающей нагревательный элемент 19 с реостатом 15 и ваттметром 18.

Для имитации поступления лучисто50 го тепла на человека нагревательный элемент 19 должен быть выполнен цилиндрическим или чечевицеобразным и расположен таким образом, что его ось совпадает с осью патрубка 2.

55 Расстояние между резервуаром 8 термометра 6 (или термопарой 10) и выходным отверстием патрубка 2 выбрано исходя из двух требований: резервуар 8 (термопара 10) должен

лучаться тепловыми потоками от ограждающих конструкций и оборудования и находиться в ядре струи, выходящей из вентилятора 1 через патрубок 2, Длина начального участка, соответствующего ядру струи, составляет

1 0,335 - , (1)

где d - диаметр выходного отверстия; а - коэффициент турбулентной

структуры, равный для простой цилиндрической трубы 0,07 а для цилиндрического патрубка 0,076.

Отсюда

1 4,41d - 4,79d. (2)

Расстояние между резервуаром 7 (термопарой 9) и выходным отверстием патрубка 2 выбрано равным J,5-2 диаметров патрубка, исходя из того,что при меньшем расстоянии на выходе из патрубка не .скомпенсированы аэродинамические возмущения, вызванные расположением резервуара 7 (термопары 9) в конце патрубка 2, что приводит к неоднородностям в струе, обдувающей резервуар 8 (термопару 9) термометра 6, а при больщем расстоянии неоправданно увеличена длина патрубка 2.

Расстояние между резервуаром 7 (термопарой 9) и турбулизирующей экранирующей пластиной 4 выбрано рав- ньм 1,5-2 диаметров патрубка, так как при меньщем расстоянии не скомпенсированы аэродинамические возмущения, вызванные пластиной 4, что приводит к неравномерности обдува резервуара 7 (термопары 9), а при большем расстоянии неоправданно увеличена длина патрубка 2.

Диаметр турбулизирующей экранирующей пластины 4 выбран равным 0,4-0,7 диаметров патрубка, исходя из того, что при меньшем диаметре струи обтекает пластину без завихрений,что приводит к неравномерному температурному полю струи в зоне расположения резервуара 7 (термопары 9), а при большем диаметре неоправданно увеличено аэродинамическое сопротивление в патрубке 2.

Угол раскрытия конфузора 3 выбран равным 50-70°, исходя из того, что при большем угле неоправданно увеличено аэродинамическое сопротивление в патрубке 2, а при меньшем неоправданно увеличена длина патрубка 2,

Диаметр сечения конфузора 3 выбран равным -0,3-0,5 диаметров патрубка, так как при большем диаметре часть струи обтекает пластину 4 без завихрений, что приводит к неравномерному температурному полю струи в зоне расположения резервуара 7 (термопары 9), а при меньшем неоправданно увеличены аэродинамическое сопротивление и длина патрубка 2.

Расстояние между конфузором 3 и турбулизирующей экранирующей пластиной 4 выбрано равным 0,4-0,7 диамет- 5 ров патрубка, исходя из того, что при меньщем расстоянии неоправданно увеличено аэродинамическое сопротивление патрубка 2, а при большем часть струи обтекает пластину 4 без 0 завихрений, что приводит к неравномерному температурному полю струи в зоне расположения.резервуара 7 (термопары 9), и неоправданно увеличена длина патрубка 2.

5 В ряде случаев конструктивно удобнее размещать резервуар 7 термометра 5 (термопару 9) в патрубке 2, а вне его - в ядре потока на расстоянии не более пяти диаметров патрубка от пат 0 рубка 2. При этом резервуар 7 (термопара 9) должен быть экранирован от излучения, располагаться по оси патрубка 2, а расстояние от резервуара 7 (термопары 9) до патрубка 2 должно быть выбрано минимальным в указанных пределах. Выполнение поверхностей пластины 4 и патрубка 2 зеркальными в этом случае необязательно ,

При наличии конструктивной возможности размещения резервуара 7 термометра 5 (термопары 9) на расстоянии не менее 6 диаметров патрубка от нагревателя воздуха и изготовле- 5 ния патрубка 2 на участке между нагревателем воздуха и резервуаром 7 термометра 5 (термопарой 9) изогнутым так, чтобы исключить облучение резервуара 7 (термопары 9) спиралью 0 устройство для измерения температуры может быть изготовлено без конфузора 3 и пластины 4, так как на этом расстоянии выравнена как аэродинамическая, так и температурная c неоднородность струи, создаваемая на- гревателем воздуха.

Устройство, изготовленное без - ваттметра 18 и нагревательного элемента 19 (фиг.1 и 2), предназначено

5

0

51368665 6

для измерения радиационной температу- кают, а на этапе Замер переводят ры только в случае ее превалирования

ключ 12 в положение 13 и по показа ниям потенциометра 11 (по показани любого термометра 5 и 6) определяю искомую радиационную температуру. этом измерение заканчивают.

над температурой воздуха (t Для измерения t независимо от соотношения между t JJ и t в устройство должно быть дополнительно снабжено ваттметром 18 и нагревательным элементом 19 (фиг.З и 4).

Измерение радиационной температуры проводят в три этапа: Сравнение, Контроль, Замер. На этапе Сравнение определяют соотношение между t Hxtj, на этапе Контроль компенсируют тепловое воздействие температуры воздуха на устройство, для чего выравнивают показания датчиков температуры, на этапе Замер осуществляют измерение искомой радиационной температуры.

Перед замером устройство с датчиками температзфы, выполненными в виде термометров 5 и 6 располагают горизонтально, а с датчиками, выполненключ 12 в положение 13 и по по ниям потенциометра 11 (по пока любого термометра 5 и 6) опред искомую радиационную температу этом измерение заканчивают.

Если потенциометр 11 показь положительную разность темпера

10 измеряемых термопарами 10 и 9 мометр 6 показьтает более высо температуру, чем термометр 5), свидетельствует о том, что в д точке помещения t tg.B этом

15 на этапе Контроль ключ 20 пе чают в положение 21 или исполь устройство, изготовленное без метра 18 и нагревательного эле 19 (фиг.1 и 2), включают спира

20 нагревателя воздуха и реостато плавно повьшают температуру во проходящего по патрубку 2 до т пока показания потенциометра станут равны нулю (не сравнива

ными в виде термопар 9 и 10 - верти- 25 показания термометров 5 и 6).

кают, а на этапе Замер переводят

ключ 12 в положение 13 и по показаниям потенциометра 11 (по показаниям любого термометра 5 и 6) определяют искомую радиационную температуру. На этом измерение заканчивают.

Если потенциометр 11 показьтает положительную разность температур,

измеряемых термопарами 10 и 9 (термометр 6 показьтает более высокую температуру, чем термометр 5), это свидетельствует о том, что в данной точке помещения t tg.B этом случае

на этапе Контроль ключ 20 переключают в положение 21 или используют устройство, изготовленное без ваттметра 18 и нагревательного элемента 19 (фиг.1 и 2), включают спираль 17

нагревателя воздуха и реостатом 15 плавно повьшают температуру воздуха, проходящего по патрубку 2 до тех пор, пока показания потенциометра 11 не станут равны нулю (не сравниваются

Изобретение м.б. использовано при оценке комфортности температзф- ной обстановки помещения и позволяет расширить функциональные возможности. Устр-во содержит вентилятор 1, патрубок 2, конфузор 3, экранирующую пластину 4, датчики температуры, изготовленные в виде термометров 5 и 6 с резервуара14и 7 и 8, реостат 15, нагреватель воздуха, выполненньй в виде керамического стержня и обмотанного спиралью. Введение новых элементов и образование новых связей . между элементами устр-ва позволяет обеспечить возможность определения радиационной температуры (t д) для оценки комфортности температурной обстановки помещения. Измерение проводят в три этапа. Этап Сравнение определяет соотношение между радиационной температурой и температурой воздуха. На этапе Контроль компенсируют тепловое воздействие температуры воздуха на устр-во, для чего выравнивают показания датчиков тем- . На этапе Замер осуществляют измерение искомой tg. Для измерения радиационной температуры независимо от соотношения между t „ и температурой воздуха устр-во д.б. снабжено ваттметром и нагревательным элементом. 1 з.п. ф-лы, 4 ил. f ш (Л со О5 ОС О5 О5 ел

кально. Этим поступление лучистого тепла на человека имитируется поступлением лзгчистого тепла на датчики.

Этап сравнение проводят следующим образом. Включают вентилятор 1, в результате чего воздух, проходящий через патрубок 2, обдувает термопары 9 и 10 (резервуары 7 и 8 термометров 5 и 6). При этом ключ 12 должен находиться в положении 14.

Термопара 9 (резервуар 7 термометра 5) в значительной мере изолирована от тепловых потоков помещения патрубком 2, а на термопару 10 (резервуар 8 термометра 6) эти потоки ока- 40 детельствуют об исключении влияния зывают существенное воздействие. По- на показания термопары (термометра

6), следовательно при этом обе термопары (оба термометра) регистрируют

этому, хотя обе термопары (оба резервуара) фиксируют некоторые средние значения между t и tg, температура, регистрируемая термопарой 9 (термометром 5), ближе к tg, а температура, регистрируемая термопарой 10 (термометром 6), ближе к tp. Поэтому равенство температур на термопарах 9 и

радиационную температуру.

На этапе Замер ключ 12 переключают в положение 13 и по показаниям потенциометра 11 (по показаниям любого термометра 5 или 6) определяют ис10 (термометрах 5 и 6), -свидетельст- 50 комую радиационную температуру. На

вует о том, что t

R

более низкая температура термопары 9 (термометра 5) - о том, что t л 7 t

Б

более

высокая - о том, что t t .

Если показания потенциометра 11 равны нулю (термометры 5 и 6 показывают одинаковую температуру), это свидетельствует о том, что t g tg. В этом случае этап Контроль пропусПри этом температурная неоднородность струи, создаваемая нагревателем воздуха, выравнивается путем последовательного сжатия потока в конфу- 0 зоре 3, внезапного расширения на выходе из конфузора и турбулизации за пластиной 4. Прямое облучение термопары 9 (резервуара 7) спиралью 17 исключается размещением в патрубке 2 пластины 4, а переизлучение с пластины сведено к минимуму зеркальным покрытием ее поверхностей. Нулевые показания потенциометра 11 (равенство показаний термометров 5 и 6) сви5

радиационную температуру.

На этапе Замер ключ 12 переключают в положение 13 и по показаниям потенциометра 11 (по показаниям любого термометра 5 или 6) определяют исэтом измерение заканчивается.

Если потенциометр 11 показьюает отрицательную разность температур, измеряемых термопарами 10 и 9 (тер- 55 мометр 6 показьшает более низкую температуру, чем термометр 5), это свидетельствует о том, что в данной точке помещения t t. В этом случае установка для измерения температуры

7

обязательно должна быть снабжена ваттметром 18 и нагревательньм элементом 19.

На этапе Контроль ключ 20 переключают в положение 22, включают нагревательный элемент 19 и реостатом 15 плавно повышают температуру нагревательного элемента 19 до тех пор, пока показания потенциометра 11 не станут равны нулю (не сравняются показания термометров 5 и 6).

Это равенство свидетельствует о том, что температура поверхности нагревательного элемента 19 равна температуре воздуха, омьюающего эту поверхность, следовательно конвективный теплообмен на этой поверхности отсутствует, а регистрируемая ваттметром 18 мощность затрачивается на поддержание стационарного лучистого теплообмена между ограждениями помещения и поверхностью нагревательного элемента 19:

(t,,.-t,) л- FCtg - t,),(3)

где ,N - мощность, регистрируемая

ваттметром 18;

d - koэффициeнт лучистого теплообмена, определяемый экспериментально для заданной поверхности нагревательного элемента 19;

F - площадь поверхности нагревательного элемента 19; поб температура поверхности йагревательного элемента 19. Отсюда

t - t - -5

« - ь .р

По формуле (4) на этапе Замер определяют искомое значение t j. Для этого ключ 12 переключают в положе-: ние 13 и по показаниям потенциометра 11 (по показаниям любого термометра 5 или 6) определяют t g, а по показа

20

368665

ниям ваттметра 18 - N (на шкале ваттметра 18 может быть установлена дополнительная шкала t, оттарирован- ная в зависимости от tg, Лд и F). На этом измерение заканчивают.

Конкретные параметры устройства (фиг.4) могут быть следующими: диаметр патрубка 20-30 мм; скорость 10 потока воздуха на выходе из патрубка 4-6 м/с; производительность вентилятора 5 - 15 длина керамического стержня 100 мм; расчетная максимальная мощность спирали 300 Вт; рас- 15 четная максимальная мощность нагревательного элемента 0,5 Вт; диапазон измерения ваттметра О - 0,5 Вт. Формула изобретения

25 целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения возможности определения радиационной температуры для оценки комфортности температурной обстановки помещения, оно снабжено реостатом и нагревателем воздуха, расположенным в патрубке между первым датчиком температуры и вентилятором и последовательно соединенным с реостатом, причем патрубок присоединен к нагнетающей части

35 вентилятора, а второй датчик температуры зачернен и размещен по оси патрубка на расстоянии от него, равном 1-5 диаметром патрубка.

30

40

45

ваттметру.

г 1716

/ / /

3QQOOOr /ir nnr Q

аоооооеооооог А-

50-70

27 220В 0,

;5 «sfS

/

ю

Фи&.2

77

9

Фи&.З

Q.8-1d

ФигЛ