Способ градуировки датчика термоанемометра Советский патент 1990 года по МПК G01P5/12 

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в исследованиях по аэродинамике и конвективному теплообмену.

Цель изобретения - расширение рабочего диапазона грудуировки в сторону малых скоростей.

Согласно предлагаемому способу градуировка проводится путем измерения поля электрической характеристики датчика (для схемы с постоянной температурой - напряжения U на датчике) в произвольном сечении канала при двух значениях расхода, измеряемого любым из известных способов.

Кроме того, измеряется поле Uc в том же сечении при неподвижном газе (жидкости). Напряжение следует измерять непосредственно на нити датчика, для чего датчик следует снабдить специальными потенциометрическими отводами .

Обработка измерений при тарировке заключается в совместном решении уравнения теплового баланса термоанемометра с учетом отвода тепла по нити к холодным иглам

- oc7di((-),

R

dA (1)

сд

со

00

со

R - сопротивление датчика при его средней по длине рабочей температуре tM; bi - коэффициент теплоотдачи от 5

нити к жидкости; l - диаметр и длина нити; t - температура потока; Кн теплопроводность нити; х - координата вдоль нити ig (х О - точка крепления нити к игле),

нения теплоотдачи в критериальвиде

15

Nv N -f- cRe

m

(2)

где Ny -Ј-- , Re --, NVo - число

Нуссельта при скорости потока v 0; m теплопроводность и вязкость жидкости; с,т - постоянные определяемые в результате тарировки, и уравнения сплошности

G J (D vdCO, СО

(3)

а-

где СО - площадь сечения канала;

G - массовый расход;

р - плотность жидкости, В результате решения этих уравне ний определяются значения постоянных с и га в критериальном уравнении (2), поля значений N у и Re (соответственно, oi0 , и U) в тех точках, где проводились измерения, В случае использования уравнения теплоотдачи другого вида с большим числом определяемых постоянных соответственно увеличивается число значений расхода, при которых проводится градуировка.

Особенностью способа является допущение о неизменном законе влияния скорости потока на теплоотдачу от нити датчика,т.е.допущение опосто- янстве сит во всем диапазоне изменения скорости. Это допущение подтверждается известными литературными данными по теплоотдаче проволочки . Методика учитывает также измене- ние NVo вблизи стенок канала.

Для решения уравнения (1) необходимо знать закон изменения температуры по длине нити, выражаемой уравнением

t-to

t-ycT О

1-ехр

(4)

5

ig

15

25

30

40

, нуч-

у45

55

Для решения уравнений (1)-(3) должны быть также известны следующие величины: d, 1,-Лн ,, (Зц - температурный коэффициент сопротивления нити, R, R0 - сопротивление нити при температуре потока. Диаметр проволочки d определяется по ее паспортным данным (как диаметр фильеры, через которую протягивают проволоку при изготовлении), а также прямым измерением при помощи измерительного микроскопа, Длина проволоки оп - ределяется прямым оптическим измерением, а также электрическим способом: измеряется сопротивление R4 куска проволоки достаточно большой и известной длины lt и датчика R при идентичной температуре, 1

--- 1, . Измерение сопротивления

К

R и R0 входит в стандартную процедуру пользования термоанемометром. Физические свойства материала нити и жидкости определяются либо из известной справочной литературы, либо путем вспомогательного эксперимента.

Пример. Проводится измерение распределения скорости потока воздуха по высоте плоского канала шириной b 0,115 м и высотой h 10 мм в сечении, отстоящем на 150 мм от плавного входа в канал из окружающей среды при температуре воздуха t 18,85°С, давлением р 101790 Па, при двух значениях расхода 1,86 и 2,43-10 кг/с, что соответствует средним по сечению значениям скорости 0,133 и 0,174 м/с.

Используется аппаратура фирмы DISA с модернизированным датчиком. Вольфрамовая нить имеет диаметр, d 9 мм, длину 1 1,8 мм. Сопротивление нити при температуре потока R0 1,697 Ом, при рабочей температуре R 2,855 Ом, коэффициент теплопроводности вольфрама 155 Вт (м.К), температурный коэффициент сопротивления (Ь 0,0039 град ,

Датчик перемещается поперек канала (в направлении у) при помощи специ-г ального координатника, его положение отсчитывается с точностью до 0,01 мм. Измерения проводятся с шагом 0,05 мм.

515381306

При обработке для распределения (у- - у ))/G

температуры вдоль нити прянято урав- нение (4).. Уравнения (1) - (3) с уче- том (4) преобразуются к виду (5) - (7):

w

- V

+ (

J

, n - число измерений по сечению для каждого расхода;

- номер режима по расходу воздуха.

f Ь П pb j vdy -2-ZL«Vj,; +vj,,)

yj,i yj, - ))J

(6)

N,

Ч

-4- с R

m

ei.i

(7)

Из (6) и (7) следует:

(((и.;-,)

2dc

К,.,- ,)m)(y .

Применяя (8) к двум значениям расхода (j 1,2), получим

- N

UflJ

.г V.)s

(9)

w

- V u..;-,

+ (N,

-N,,

Ч0Н))

5)

о

с)

)

)

10

(8)

о)s

(у;-У{-))/сг.С )

Порядок обработки следующий. По уравнению (5) насчитывается массив чисел NUj(; далее из (9) определяется ве- личина показателя степени га при Re, из (8) определяется величина с. Зная тис, определяются скорости Uj. для всех точек сечения И двух рассматриваемых расходов воздуха.

Указанный алгоритм реализован на языке ПЛ-I, Обработка опытных 2Q данных вместе с трансляцией программы на ЭВМ ЕС - 1022 заняла 2 мин (при n 23). Формула изобретения

25 Способ градуировки датчика термоанемометра, заключающийся в том, что организуют поток газа с известными расходами, располагают в потоке датчик термоанемометра и проводят из2о мерения его выходного сигнала, отличающийся тем, что, с целью расширения рабочего диапазона градуировки в сторону малых скоростей, при одном из значений расхода перемещают датчик термоанемометра поперек потока при синхронных измерениях поперечной координаты выходного сигнала датчика термоанемометра, повторяют перечисленные операции при втором значении расхода и при отсутствии потока газа и по полученным значениям выходного сигнала дат-, чика термоанемометра при известных расходах и положениях датчика с учетом его геометрических и физических характеристик определяют градуиро- вочную характеристику.

35

40

45

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для градуировки датчиков термоанемометров. Целью изобретения является расширение рабочего диапазона градуировки в сторону низких скоростей. Для градуировки датчика термоанемометра (ДТ) организуют в канале поток жидкости с известным значением расхода, располагают в потоке ДТ, перемещают ДТ поперек потока, проводя одновременно измерение сигнала ДТ и его положение в потоке. Затем организуют в канале поток жидкости с другим значением расхода и повторяют перечисленные выше операции. Останавливают поток и снова повторяют измерения при нулевом расходе. По полученным значениям выходного сигнала ДТ при известных расходах и положениях с учетом геометрических и физических характеристик ДТ с использованием уравнений теплового баланса ДТ, уравнения теплоотдачи и уравнения сплошности определяют градуировочную кривую ДТ.