Способ определения температуры Советский патент 1991 года по МПК G01K11/24 

Изобретение относится к термометрии, а именно к измерениям температуры преимущественно газовых сред по скорости распространения звука в газе.

Цель изобретения - повышение точности определения температуры.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения температуры газовых сред.

Устройство содержит генератор 1 электрических колебаний регулируемой частоты с цифровым частотомером 2, последовательно соединенные усилитель 3 мощности, акустическую камеру 4 с акустическим излучателем 5, приемником 6 и электронагревателем 7, усилитель 8 напряжения и фазометр 9, опорный вход которого подключен непосредственно к генератору 1, регулируемый источник 10 питания, соедиценный через цифровой амперметр 11 с нагревателем 7 акустической камеры 4, которая термоизолирована от окружающей среды и подогревается регу- лируемым источником 10 питания.

Способ определения температуры газовых сред осуществляют следующим образом.

Возбуждают непрерывные электри- ческие колебания на исходной частоте f,, которую измеряют цифровым частотомером. Непрерывные колебания частоты f разделяют на зондирующие и опорные. Преобразуют электрические колебания в акустические колебания и излучают их в акустическую камеру с исследуемой газовой средой и постоянной акустической базой 06 . Принимают прошедшие исследуемую среду зондирующие акустические колебания и преобразуют их в электрические колебания. Фиксируют фазометром разность фаз между зондирующими и опорными электрическими колебаниями

J5P (1)

JfR где а - - коэффициент, определяв-

I мый составом газовой

на электрической мощности, рассеиваемой нагревателем камеры

ДТ KI2 R,

(3)

где R - электрическое сопротивление

нагревателя камеры; К - коэффициент, учитывающий тепловую связь между нагревателем и газовой средой камеры. Увеличивают частоту зондирующих и опорных колебаний до получения первоначальной разности фаз

Ц-ИП--Г г-Ч,,

Ja(T + AT)

где ,+

+ Af

- измененное значение

частоты колебаний.

Измеряют полученное значение частоты fg цифровым частотомером.

Приравнивая (4) и (1), получают

(f, + Д f)(X Ј(

t т -р

(Т + &) аТ

(5)

После преобразования выражения (5) имеют

Изобретение относится к термометрии, а именно к средствам измерения температуры газовых сред по скорости распространения звука в газе. Целью изобретения является повышение точности определения температуры газовых сред. Генерируют непрерывные периодические электрические сигналы на исходной частоте (зондирующий и опорный), преобразуют электрический зондирующий сигнал в акустические колебания, излучаемые в исследуемую газовую среду. После прохождения постоянной акустической базы акустические зондирующие колебания принимают и преобразуют в электрические колебания . Разность фаз между зондирующими и опорными колебаниями фиксируют. Изменяют частоту колебаний до значения соответствующего первоначальной разности фаз, и определяют температуру исследуемой среды по разности частот колебаний после фиксирования первоначальной разности фаз между зондирующими и опорными колебаниями. После этого дополнительно нагревают исследуемую среду источником тепла известной мощности.Частоту генерируемых электрических сигналов изменяют до величины, при которой восстанавливается ранее измеренное значение разности фаз зондирующего и опорного сигналов, после чего величину регистрируют. Температуру среды Т определяют по результатам измерений по известной зависимости. 1 ил. (Л с о ел

(

I

ср

-- - отноше- Су

ние удельных теплоемкос тей, R - универсальная газовая постоянная, гц - молекулярная масса газа) ; Т - температура исследуемой

среды.

Вначале фиксируют разность фаз Ц, соответствующую измеряемой температуре Т. Затем дополнительно нагревают акустическую камеру, пропуская через ее нагреватель электрический ток. Величину тока выбирают такой, чтобы показание фазометра уменьшилось на 2-3% (на два - три деления при 100 делениях шкалы фазометра)

Ь- 2

Об

-Ja(T + UT)

(2

где ДТ - дополнительный нагрев исследуемой средьи

Температура дополнительного нагре- ва исследуемой среды, находящейся в акустической камере, пропорциональ(f, + Af -Ј4ЛИ +si

-4

&Т

(6)

При указанном перегреве исследуемой среды (изменение показания фазометра на 2-3 деления) & Т « Т и поэтому

4

i &т «. 1 АТ

1 + т 1 + 2Т

(7)

Подставляя (7) в (6) с учетом выражения (3), получают

w.«t-f,.«,|I-SiiSf.

(8)

Решив уравнение (8) относительно температуры, получают

f KP-R

- Ј 2 fT - 2

(9)

Из полученного выражения (9) следует, что измеряемая температура не зависит от состава исследуемой смеси ( у и |К ) и постоянства акустиэ16511

ческой базы об Исключаются также погрешности от неравномерности амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) излучателей и приемников акустических j колебаний.

Определение коэффициента тепловой связи К, входящего в расчетную формулу (9), осуществляют в процессе калибровки акустической камеры.Для этого осу- ю ществляют дополнительный нагрев контролируемой среды из условия (2) и измеряют температуру среды Т0. Затем нагрев компенсируют соответствующим изменением частоты колебаний15 и по измеренным значениям f, fЈ, In и Id определяют общий термический коэффициент

KR

Т

iSVLjyio Гааз. (10)

L A J

В дальнейшем термический коэффиKRциент камеры (% г-) используется

для определения температуры исследуемых сред,.

Способ определения температуры реализуется в устройстве следующим образом

Генератор 1 через усилитель 3 мощности возбуждает в излучателе 5 незатухающие акустические колебания, которые проходят исследуемую среду камеры А и воспринимаются приемки- ком 6„ Принятые колебания усиливаются усилителем 8 и поступают на сигнальные входы фазометра 9, на опорный вход которого поступают непосредственно .колебания генератора 1. Вначале по амперметру 11 устанавливается нулевое значение тока нагревателя 7 акустической камеры А.Частоту колебаний генератора 1 вдипазаоне 1- 2 кГц устанавливают такой, чтобы фа- зометр 9 давал нулевое показание. Значение этой частоты f измеряют цифровым частотомером 2. Затем через нагреватель 7 пропускают ток от регулируемого источника 10 такой величины, чтобы указать, что фазометр 9 отклонился на 2-3 деления от нуля. После получения установившегося отклонения фазометра с учетом тепловой инерционности камеры 4 измеряют величину тока амперметром 11 и изменяют частоту колебаний генратора 1 до восстановления нулевого показания фазометра 9. Соответству

j

5

0

5

0

, о о

5

14

ющее значение частоты f генератора 1 измеряется частотомером 2, По измеренным значениям частот Ј и f2 и величине тока по формуле (9) рассчитывают температуру исследуемой среды. Значение термического циента J7 определяют в процессе калибровки акустической камеры. Для индикации разности фаз зондирующих и опорных колебаний используют электронный фазометр Ф2-16, отсчет частоты колебаний генератора 1 осуществляется по электронно-счетному частотомеру 43-34 и электрического тока по цифровому амперметру «ь-564 . В качестве камеры 4 используют термостатированную камеру от акустического газоанализатора типа УЗГ с пьезокерами- ческими излучателем и приемником. Нагреватель камеры отключен от терморегулятора и подключен к регулируемому источнику питания типа Б8-27.

В качестве исследуемой среды используется углекислый газ (скорость

распространения при 20°С 258,3 м/с), температура которого изменяется от +25 до +150°С. Погрешность измерения не превышает Н),1°С.

Использование предлагаемого способа наиболее эффективно для определения температуры агрессивных и токсичных газовых смесей, например парогазовых смесей из различных галогенов, используемых в технологическом процессе получения оптических волокон.

Формула изобретения

Способ определения температуры, включающий генерирование двух периодических электрических сигналов равной и заданной частоты, преобразование первого электрического сигнала в акустические колебания, измеряемые в исследуемую среду, обратное преобразование акустических колебаний в электрический сигнал после прохождения известного расстояния в исследуемой среде и измерение разности фаз между преобразованным и вторым генерируемым электрическими сигналами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, после измерения разности фаз дополнительно нагревают исследуемую среду источником тепла известной мощности, измеряют вновь установившееся после этого значение разности фаз между преобразованиым и вторым генерируемым электрическим сигналами изменяют частоту генерируемых электрических сигналов до тех пор, пока вновь установившееся значение разности фаз не станет равным первоначально измеренному, и при выполнении этого условия регистрируют соответствующее значение f часРедактор А. Козориз

;

Составитель Е. Рязанцев Техред С.Мигунова

Заказ 1601

Тираж 389

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент. г.Ужгород, ул. Гагарина,101

тоты генерируемых колебаний, а температуру Т исследуемой среды определяют по формуле

т . ..Ј..

fi - Ч

где W - мощность нагрева;

К - термический коэффициент исследуемой среды.

Корректор М. Самборская

Подписное