Устройство для исследования характеристик потоков Советский патент 1993 года по МПК G01P5/12 

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано для исследования характеристик теплообмена в высокотемпературных газовых потоках.

Цель изобретения - расширение диапазона контролируемых высокотемпературных потоков.

На фиг.1 изображен датчик, общий вид; на фиг.2 -структурная схема устройства для исследования характеристик потоков.

Устройство для- исследования характеристик потоков содержит трубчатую подложку 1, выполненную из диэлектрического материала и снабженную полостью 2. первый пленочный чувствительный элемент 3. второй пленочный чувствительный элемент 4. электроизолированный от первого пленочного чувствительного элемента 3 пленкой 5 и от подложки 1, если она выполнена

из электропроводящего материала. Второй пленочный чувствительный элемент 4 может быть размещен как на стенке полости 2, так и в стенке подложки 1. Для защиты от абразивного износа на первый пленочный чувствительный элемент 3 может быть нанесена пленка 6. Концы подложки 1 соединены с подводящими трубками 7 и 71, которые служат не только в качестве подводящей и отводящей ветвей для подачи хладоагента, но и электрическими выводами. Первый пленочный чувствительный элемент 3 подключен к первой схеме нагрева и температурной стабилизации 81. а второй пленочный чувствительный элемент 4 подключен ко второй схеме нагрева и температурной стабилизации. К выходу 9 первой схемы нагрева и стабилизации температуры 8 подключен индикатор 10. а к выходу 91 второй схемы нагрева и стабилизации темсо

а о

CJ

пературы 81 подключен индикатор 10 и выход электрического привода клапана-регулятора 11,- установленного в контуре проточного хладоагента 12.

Перед введением датчика устройства в высокотемпературный поток через внутреннюю полость 2 подложки 1 пропускают непрерывный поток от источника хладоагента 12, Затем датчик вводят в высокотемпературный поток и помещают в заданной точке,., Далее в режиме термометров сопротивле- ния (при малых измерительных токах, не вызывающих нагрев чувствительного элемента) определяют сопротивления и (с использованием соответствующих тарировок) температуры обоих пленочных чувствительных элементов 3 и 4 в заданной точке потока при заданном расходе хладоагента. Затем с помощью регулировочных органов в измерительном плече моста (не показаны) схем нагрева и температурной стабилизации (8 и 81) пропускают ток (з и i4) через чувствительные элементы 3 и 4, чем повышают температуры этих элементов и устанавливают их на уровне соответственно Тз и ТА. При этом значение teMnepaTypbi Тз выбирается таким образом, чтобы ее значение находилось в пределах между значениями температуры, которую данный чувствительный эле мент имеет при заданных условиях теплообмена снаружи (внешний поток) и изнутри (хладо- агент) без дополнительного нагрева его током (т.е. в режиме термометра сопротивления), а температуру 4 второго пленочного чувствительного элемента А ус- танавливают при этом в пределах между значениями температур элементов 3 и 4 без дополнительного нагрева последнего током, т.е., например, в режиме термометра сопротивления. Указанные выше значения температур Тз и Т4 в указанных диапазонах устанавливаются дополнительным нагревом элементов 3 и 4 соответственно токами з и Ц, обеспечивающими, с одной стороны, работоспособность схем нагрева и темпера- турной стабилизации 8 и 81, а, с другой стороны, не вызывающими изменений нагрева хладозгента при заданных условиях. Например, при использовании в качестве хладоагента воды с температурой 20-30°С при температуре потока в исследуемой точке 2000° значения температур Тз и Т4 выбирались равными соответственно 150° С и 100° С, а требуемые для этого токи з и Ц составляли, соответственно, 0,2 А и 0,24 А, что обеспечивало работоспособность использованных схем нагрева и температурной стабилизации (термоанемометры постоянной температуры DISA) во всей интересующем диапазоне частот 0-50/.кГц

при незначительном дополнительном повышении температуры хладоагента (воды) с 85 до 90° С. Это обеспечивает сохранение установленных значений температур не только при относительно медленных изменениях или колебаниях условий теплообмена со стороны высокотемпературного потока и хладоагента, но также и в случае значительно более высокочастотных колебаний (пульсаций) теплообмена на обоих рабочих поверхностях охлаждаемого пленочного датчика (например, в случае пленочного кипения). При этом, поскольку установленные значения температур определяют величину теплового потока от первого пленочного чувствительного элемента 3 ко второму пленочному чувствительному элементу 4 и далее к охлаждаемой подложке 1 и хладоагенту 12, данный тепловой поток сохраняется неизменным и не зависит .от пульсаций, колебаний или изменений (смещений) в режиме охлаждения, вызванных названными выше причинами.

Кроме того, вторая схема нагрева и температурной стабилизации 8 своим выходным сигналом выполняет две функции: поддерживает температуру второго пленоч-- ного чувствительного элемента 4 на заданном .постоянном уровне и контролирует расход хладоагента через внутреннюю полость 2, ступенчато 1 изменяя его в сторону увеличения или уменьшения по достижению выходным сигналом со схемы нагрева и температурной стабилизации 81 соответственно своего нижнего и верхнего установленных предельных уровней. Контроль расхода хладоагента осуществляется непосредственным бездействием на электрический привод (не показан) клапана-регулятора 11 в контуре хладоагента 12 и через вспомогательные цепи, например, интегратор, формирователь управляющего сигнала и др. (не показаны),

Контроль расхода хладоагента по уровню сигнала на индикаторе 91 первой схемы нагрева и стабилизации температуры 81 осуществляют следующим образом.

В том случае, когда температура хладоагента в результате названных выше причин возрастает, схема 81 компенсирует изменение условий теплообмена на внутренней поверхности подложки 1 соответствующим изменением (в данном случае снижением) тока через второй пленочный чувствительный элемент 4, сохраняя тем самым на прежнем уровне тепловой поток, от первого пленочного чувствительного элемента 3 к подложке 1. С изменением тока через элемент 4 изменяется, и сигнал на индикаторе 9 схемы 81. Это продолжается до тех пор,

пока уровень сигнала не достигнет установленного предельного уровня, ниже которого схема температурной стабилизации не обеспечивает требуемой надежности. (В случае, когда в качестве схем температурной стабилизации, например, используются термоанемометры постоянной температуры, предельный уровень будет определяться минимальным током, при котором частотная характеристика измерительного устройства еще остается допустимой для данных конкретных условий и поставленной задачи). В момент достижения сигналом установленного уровня вспомогательные це- пи (не показаны) вырабатывают управляющий сигнал, контролирующий работу клапана 11 и, следовательно, расход потока хладоагента 12. В рассматриваемом в качестве примера случае достижение сигналом нижнего предельного уровня приве- дет к увеличению расхода хладоагента 12 и, соответственно, к увеличению теплообмена на внутренней поверхности подложки 1, а, следовательно, к увеличению тока через второй пленочный чувствительный элемент и, что позволяет при возрастании тепловых нагрузок, сохранять работоспособность устройстёа в целом при больших температурах и скоростях высокотемпературных потоков, а также повысить надежность устройства в ряде ситуаций, встречающихся на практике, (засорение тракта, наличие в потоке хладоагента посторонних фаз и др.).

Обратная ситуация (снижение расхода хладоагента) возникает при достижении сигналом верхнего предельного уровня, который зависит от применяемой схемой тем- перагурной стабилизации.

Формула изобретения

1. Устройство для исследования характеристик потоков, содержащее подложку, последовательно расположенные на ней первый пленочный чувствительный элемент, подключенный к первой схеме нагрева и стабилизации температуры, выход которой соединен с измерителем, второй пленочный чувствительный элемент, подключенный к второй схеме нагрева и стабилизации температуры и электрически изолированный от первого пленочного чувствительного элемента, отличающееся тем, что, с целью, расширения диапазона контролируемых высокотемпературных потоков, в него введены второй индикатор и регулируемый источник хладагента, при этом в подложке выполнен канал, связанный с управляемым источником хладагента, а выход второй схемы нагрева и стабилизации температуры подключён к управляющему входу источника хладагента и второму индикатору.

2. Устройство по п.Т, отличающееся тем, что второй пленочный чувствительный элемент размещен на стенке канала.

3. Устройство по пп.1 и 2, о т л и ч a tout e e с я тем, что подложка выполнена из электропроводящего материала, а пленочные чувствительные элементы электроизо- лированы от подложки.

4. Устройство по п,2, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что на наружную поверхность второго пленочного чувствительного элемента нанесена электроизолирующая пленка.

Фиг.1

Использование: исследование характеристик теплообмена в высокотемпературных газовых потоках. Сущность изобретения: устройство содержит трубчатую подложку, на которой последовательно расположены первый и второй чувствительные элементы, подключенные соответственно к первой и второй схемам нагрева и температурной стабилизации. Выходы схем нагрева и температурной стабилизации подключены соответственно к первому и второму индикаторам. Регулируемый источник хладагента связан с полостью в подложке и с выходом второй схемы нагрева и температурной стабилизации. 2 ил. У Ё

Фиг,2