Способ бесконтактного измерения температуры жидкости Советский патент 1979 года по МПК G01J1/10 

(54) СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

ЖИДКОСТИ Цель изобретения - повышение точности измерений температуры жидкости на границе раздела газ-жидкость в дв)афазном потоке. Указанная цель достигается тем, что в известном способе бесконтактного измерения температуры жидкости с помощью теплового приемника излучения, включающем модуляцию потоков излучения от жидкости и пирометрического калибратора, модуляцию осуществляют путем пропускания через жидкость газа в количестве, обеспечивающем чередование границ раздела газ-жидкость и сплошной массы жидкости, которую берут за калибратор, а измеряют тепловое (инфракрасное) излучение от границ раздела газ-жидкость и сравнивают его с излучением от сплоишой массы жидкости. В двухфазный поток, например газ-жидкость в котором необходимо измерить температуру жидкости на границе раздела фаз, вводят газ и жидкость. При входе ; газа в жидкость в ней образуются пузырьки, стенки которых и являются, в данном случае, границей раздела фаз. Поднимаясь в жидкости, стенки пузырьков периодически соприкасаются с поверхностью прозрачного для ИК-излучения материала, а в промежутке между пузырьками с этой поверх ностью соприкасается жидкость без пузырьков сплошная масса жидкости. При этом в термически неравновесных условиях течения газожидкостного потока через лучепрозрачный материал распространяется ИК-излучение от пленок жидкости с различной температурой, которые окружают границу раздела фаз и сплош ную массу жидкости. При чередовании пленок жидкости с заданной частотой у поверхности лучепрозрачного материала на приемник ИКизлучения, закрепленный у другой поверхности лучепрозрачного материала, падает модулированное ИК-излучение, которое затем усиливается,, преобразуется и регистрируется на ленте самописца. Таким образом, модуляцию ИК-излучения осуществляют путем пропускания через жидкость газа в количестве, обеспечивающем чередование границ раздела газ-жидкость и сплошной массы жидкости. Иначе говоря, газ вводят в жидкость в таком количестве, чтобы модуляция не нарушалась, а поток газа не оттеснял жидкость и не прокладывал чере нее себе свободный путь. В качестве пирометрического калибратора берут сплошную массу жидкости, поступающу к лучеорозрачной поверхности при известной температуре. Температуру пленок жидкости на границе раздела газ-жидкость определяют измеряя и сравнивая инфракрасное излучение от пирометрического калибратора (сплошной массы жидкости) и жидкости на границе раз дела фаз. При этом используется дифференциальный метод регистрации ИК-излучения, позволяющий получить сигнал, пропоршона.гтьный разности между радиацией объекта измерения (жидкости на границе раздела фаз) и радиацией пирометрического калибратора. Пример. Через воду с температурой 30°С пропускают в виде пузырей нагретый газ с начальной температурой 1250° С и в количестве 500 л/ч, обеспечивающем чередование границ раздела газ-жидкость и сплошной массы жидкости у поверхности лучепрозрачного материала из полиэтиленовой пленки толщиной 50 мкм.. Газ, охлаждаясь в пузырьках, нагревает пленки жидкости, окружающие границу раздела фаз, до температуры, превышающей температуру сплошной массы жидкости. На приемник ИК-излучения, в качестве которого используется пироприемник типа ЛПП-2, поочередно попадает ИК-излучение от воды с температурой 30° С и от воды с более высокой температурой. Так как пленки воды толщиной более 100 мкм практически полностью поглощают ИК-излучение с длиной волны более 2,8 мкм, то ИК-излучением газа из полости пузырьков в опытах пренебрегают. Сигнал от пироприемника усиливается при помощи усилителя, преобразуется и регистрируется на ленте светолучевого осциллографа HI 15. Минимальные отклонения светового луча на ленте соответствуют температуре пленок воды с температурой 30°С, я максимальные - температуре пленок воды, окружающих границу раздела фаз. Затем задают ряд дискретных значений температур воды от 30 до 100° С и, получив закон изменения амплитуды сигнала от температуры воды, определяют температуру на границе раздела газ-жидкость в двухфазном потоке. На чертеже изображен график, показывающий зависимость .изменения температуры воды на границе раздела газ-жидкость (trp) от высоты газожидкостного слоя (h), находящегося в прямоугольной камере с размерами 20 X 60 X 300 мм. Максимальная температура воды на границе раздела фаз равна 120° С при температуре сплощной массы жидкости 30°С, т.е. перегрев воды на границе раздела фаз достигал 90° С. Предлагаемый способ бесконтактного измерения температуры жидкости обеспечивает по сравнению с существующими способами повышение точности измерений температуры жидкости на границе раздела газ-жидкость в двухфазном потоке, во-первых, за счет использования калибратора с излучательными свойствами, идентичными свойствам объекта измерения, во-вторых, за счет уменьщекия влияния на результаты измерений изменений в поглощении