Тепловой датчик скорости потока Советский патент 1991 года по МПК G01P13/00 

1

(21)4704660/10

(22)18.04.89

(46) 23.06.91. Бкш. 1 23 (72) А.Е.Кононов

(53)532.57:682.121.8 (088.8)

(56)Приборы точной механики. - 1988, F 11, с. 44-48.

Патент CUA М 43995480, кл. С 01 Р 13/00, 07.12.86.

(54)ТЕПЛОВОЙ ДАТЧИК СКОРОСТИ ПОТОКА

(57)Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам для определения малых скоростей потоков жидкости и исследования полей распределения скоростей внутри потока. Целью изобретения является расширение диапазона измерений в сторону малых скоростей. Датчик содержит полый стержневой теплопровод 1, внутри которого размещен электрический нагреватель 3. Снаружи стержневого теплопровода 1 закреплены не менее двух кольцевых пластин 4 одинаковой толщины, выполненные из теплоизоляционного материала. Стержневой теплопровод 1 имеет температуру на 10 - 50 К выше температуры потока. Степень охлаждения теплопровода потоком является йункцией скорости потока и регистрируется термочувствительным элементом 2, расположенным внутри стержневого теплопровода 1. Кольцевые пластины 4 сникают влияние вертикальной составляющей скорости потока, возникающей как следствие свободной конвекции. 1 ил.

с

S

V

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения малых скоростей потока жидкое ти.

На чертеже изображена схема предлагаемого датчика.

Конструкция датчика реализует зависимость температуры стержневого Теплопровода, перегретого с помощью электронагревателя относительно потока, от скорости набегающего потока при ограничении вертикальной составляющей скорости, являющейся следствием перегрева теплопровода.

Внутри палого стержневого теплопровода 1, изготовленного из материала с высокой теплопроводностью, например меди, расположены термочувствительный элемент 2 и электрический

нагреватель 3. Перпендикулярно оси стержневого теплопровода 1 на нем без зазора закреплены по крайней мере две кольцевые пластины 4, выполненные из теплоизолирующего материала, например фторопласта. Скорость всплытия нагретых частиц жидкости определяется по формуле

05

сл

ос

VeepT -4ф (Тст - Тж), (О где g - ускорение силы тяжести, м/с2; R - коэффициент объемного расширения, К ,

L - длина нагретой вертикальной

поверхности, м;

Тст - температура вертикальной поверхности (стержневого теплопровода), К,

Тж - температура жидкости (потока), К.

С Аизической точки зрения скорость VBepT , приобретаемая частицами за Счет плавучести, есть результат действия выталкивающей силы с((тст приходящейся на единицу массы жидкое ти, которая совершает работу на пути I..

Из Формулы (1) видно, что скорость вертикального потока VBepT увеличивается с увеличением длины нагретой поверхности и ростом перегрева поверхности относительно среды.

Одновременно и чувствительность датчика увеличивается с увеличением длины нагретой поверхности и ростом перегрева поверхности относительно среды, что затрудняет возможность измерения малых скоростей потока, соизмеримых со скоростью вертикального потока. Диаметр кольцевой пластины определяется по формуле

1 М(Ъ

-c-fpFur + d (2)

где D - диаметр кольцевой пластины, м,

d - диаметр стержневого теплопровода, м;

кинематическая вязкость жидкости, к г/м- с ,

Д - теплопроводность жидкости, Вт/м.К1,

h - расстояние между смежными пластинами, м , удельная теплоемкость жидкоеD 8,46

Л

I

V

ти, кДж/кг К ,

носительно потока, V.. Расстояние между смежными пластинами h определяется по формуле

А - коэффициент объемного расширения жидкости, К , и - удельный вес жидкости, кг/м3 , g - ускорение силы тяжести, м/с2 J -Т.- перегрев теплопровода от

h . -YfeBLs-p &t

V

(3)

где VBepT

- вертикальная скорость всплытия нагретых частиц жидкости вдоль стержневого теплопровода, м/с.

Введя обозначение К 8,46 4

Ср:рГ рт5Г

можно записать уравнение (2) в виде

+ d.

(5)

5

0

5

0

5

При1 выборе h нужно исходить из того, что всплывающая частица увеличивает свою скорость по мере продвижения вдоль нагретого теплопровода. Разделив тепловой пограничный слой на изолированные зоны, можно ограничить участок разгона частицы жидкости и тем самым ограничить вертикальную скорость до величины м/с. Принципиально для деления теплового слоя достаточно и одной кольцевой пластины, но в этом случае части разделенного теплового слоя будут несимметричными, что не позволит в полной мере реализовать возможности повышения точности. Поэтому необходимо иметь не менее двух кольцевых пластин.

Датчик работает следующим образом.

Его устанавливают в месте измерения скорости перпендикулярно оси потока. Электрический нагреватель 3 обеспечивает перегрев стержневого теплопровода относительно потока на 10-50 К, причем температура теплопровода является функцией набегающего потока. Температура теплопровода измеряется термочувствительным элементом 3. Кольцевые пластины 4 снижают вертикальную скорость свободной конвекции VBppT до величины, позволяющий измерять малые скорости потока.

Ф о

рмула изобретения

Тепловой датчик скорости потока, содержащий вертикально расположенные полый стержневой теплопровод с соос- но установленным нагревателем и размещенный между ними термочувствительный элемент, отличаю- ц и и с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений в сторону малых скоростей, он снабжен не менее чем двумя кольцевыми пластинами из теплоизолирующего материала, закрепленными на наружной стороне стержневого теплопровода, термочувствительный элемент выполнен в виде цилиндрического термометра сопротивления, а диаметр D кольцевых пластин связан с расстоянием h между соседними плас- нами соотношением

к4 h к

d,

где К - коэффициент теплообмена $ В - ускорение силы тяжести;

d - наружный диаметр стержневого теплопровода.

fcrea

7