Зонд для определения энтальпии Советский патент 1980 года по МПК G01N25/20 

1

Изобретение относится к теплоизмерительной технике, а более конкретно к устройству калориметрических зондов для определения энтальпии потока газа с температурой до 15000°К.

Известен калориметрический зонд для определения энтальпии высокотемпературных потоков газа, основанный на измерениях тепла, воспринимаемого зондом как при отсосе из потока проб газа, так и при закрытом канале отсоса. Такой зонд имеет три коаксисшьно и с зазором расположенные трубки, образуккцие для канала отсоса газа систему охлаждения, термопары на входе и выходе систеьы охлаждения для измерения перепада температур хладагента и термопару для измерения на выходе из зонда температуры проб газ а l .

В таком зонде при наличии трех трубок поперечное сечение канала для отсоса газа получается намного меньше сечения зонда. В соответствии с этим зонд с пробой газа поступает значительно меньше тепла, чем теплапомехи через внешнюю стенку зонда. Из-за значительной величины теплапомехи по сравнению с полезным теплом чувствительность зонда и точность определения энтальпии получаются низкими. Так, например, погрешность определения энтальпии составляет 9-12% при 3000-4000 К и 6% при 5000 К.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является зонд для определения энтальпии высокотемпературного потока газа, содер10жащий трубку охлаждения, внутри которой с зазором установлена газоотборная трубка, входное отверстие которой расположено в конце трубки охлаждения на ее поверхности, подсоединен15ную к концу трубки охлаждения трубку отвода хладагента, измерители температуры, установленные на входе трубки охлаждения и на выходах газоотборной трубки и трубки отвода хладагента 2 ,

20

В таком зонде трубка охлаждения почти в два раза длиннее газоотборной трубки и при измерениях пересекает весь поток газа. Поэтому через

25 наружную поверхность трубки охлаждения в зонд поступает значительно больше тепла-помехи, чем полезного тепла с пробой газа через отверстие для отсоса. Отсюда погрешности опре30деления энтальпии получается сравнительно большими, около 10%. При определении таким зондом энтальпии около стенки канала, где температура газа ниже, чем на оси, погрешности определения энтальпии получаются еще большими. Это связано с тем, что при неизменном режиме те,чения газового потока тепло-помеха, поступающая в зонд через наружную поверхность трубки охлаждения, остается практически постоянной, а полезное тепло, поступающее с пробой газа, является еще меньше.

Чувствительность зонда и точность определения энтальпии могут быть повышены уменьшением расхода хладагента. Однако уменьшать расход хладагента в зонде, который пересекает весь высокотемпературный поток, рисковано, ибо иначе зонд может сгореть

Указанный зонд на обоих концах имеет сухари со штуцерами и термопарами . Из-за этого вводить зонд в газовый поток через отверстие в стенке канала и пользоваться им неудобно

Цель изобретения - повышение точности определения энтальпии высокотемпературного потока газа.

Поставленная цель достигается тем, что трубка отвода хладагента размещена вдоль образующей трубки охлаждения, диаметрально противоположной образующей, проходящей через центр входного отверстия газоотборнр трубки.

Укорочение трубки охлаждения почти в два раза, достигаемое такой конструкцией, существенно уменьшает приток тепла-помехи в зонд через наружную поверхность трубки охла кдения и этим повышает точность определения энтальпии, а размещение штуцеров и термопар только с одного конца зонда делает пользование таким зондом удобным.

4

На фиг. 1 изображен зонд для определения энтальпии высокотемпературного потока газа с частичными вырезами, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Зонд для определения энтальпии высокотемпературного потока газа содержит трубку 1 охлаждения с одним заглушенным концом, газоотборную трубку 2, расположенную с зазором внутри трубки 1 и около заглушенного конца выведенную одним концом через ее стенку наружу и там припаянную к ней, дополнительную трубку 3 для отвода хладагента, которая позади газоотборного отверстия 4 введена одним концом внутрь трубки 1 и припаяна к ней снаружи вдоль диаметрально противоположной образующей, проходящей через центр отверстия 4. Вторые концы трубок 1, 2 и 3 распаяны на сухарях 5 и 6, где имеются штуцеры 7 и 8 для подвода хладагента, штуцер 9 для отсоса проб газа, термопары 10 и 11 для измерения перепада температур хладагента на входе и выходе и термопара 12 для измерени температуры проб газа на выходе из зонда.

Сухари 5 и 6 соединены меходу собой через теплоизоляционную прокладку 13, установленную для предотвращения заметного теплообмена между ними.

Для зонда взяты трубки из нержавеющей стали и они спаяны серебрянным припоем. Площадь поперечного сечения зазора между трубками 1 и 2 равна площади поперечного сечения внутри трубки 3.

Зонд работает следующим образом.

Для определения энтгшьпии зонд вводится в поток газа отверстием 4 навстречу газовому потоку, показанному на чертеже стрелками. В зонде хладагент от штуцера 7 протекает сначала по трубке 3, а затем по трубке 1 к штуцеру 8. Через штуцер 9 периодически отсасываются пробы газа, температура которых на выходе из зонда измеряется термопарой. 12. С помощью термопар 10 и 11 измеряется перепгщ температур хладагента как при отсосе газа, так и при его отсутствии. Кроме этого, определяются расход хладагента и расход отсасываемого газа.

Зонд дает возможность получать одинаковую точность определения энтальпии газа как на оси, так и около стенки газового канала путем изменения расхода хладагента в зависимости от величины погружения зонда в поток газа и от локальной температуры в потоке. Испытания зонда показали повышенную точность определения энтальпии высокотемпературного потока газа, надежность в работе и удобство пользования зондом. Зонд в единичном исполнении используется при исследовании высокотемпературного теплообмена.

Формула изобретения

Зонд для определения энтальпии высокотемпературного потока газа, содержащий трубку охлаждения, внутри которой с зазором установлена газоотборная трубка, входное отверстие которой расположено в конце трубки охласждения на ее поверхности, подсоединенную к концу трубки охлаждения трубку отвода хладагента, измерители температуры, установленные на входе трубки охлаждения и на выходах газоотборной трубки и трубки отвода хладагента, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, трубка отвода хладагента размещена вдоль образующей трубки охлаждения, диаметрально противоположной образующей, проходящей через центр входного отверстия газоотборной трубки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

7879686

1.Тхоржевский В.П. Автоматический анализ химического состава газов. М., 1969, с. 198-208.

2.Физика и техника низкотемпературной плазмы. Под общ. ред. Дрес вана С.В., М., Атомиздат, 1972, с. 114 (прототип).