Устройство для измерения температуры движущихся капель Советский патент 1981 года по МПК G01K13/02 

Все величины, входящие в уравнен отнесены к единице длины термочувст вительного элемента термоприемника. Признаком равновесного состояния термоприемника является постоянство .температуры термоприемника, т.е. О, а отсюда производная dl4-7dr О, и равенство W-,-, В этом случае система уравнений (1г приводится к виду ()--ct,). О) тк -тр тс тр Отсюда d -Т . г . где t. - равновесная температура термоприемника. Из зависимости (3) следует, что истинная температура капли ниже рав новесной температуры термоприемника на величину оС-гс oL (Tf-t-c Это отличие температур и t присуще данному методу измерения, и величина &t проявляется как систе матическая погрешность измерения. Величина t в большинстве случаев, из-за малых значений отношения / тк мала по сравнению с темпе ратурным напором (t -1 ) . Однако при измерениях с повышенной точност возникает необходимость в определении ut расчетным путем, что значительно увеличивает трудоемкость опр деления температуры капель. Учитывая, что дроцесс нестационарного теплообмена между проволочкой и средами в настоящее время изу чен недостаточно, расчетным путем можно получить только ориентировочные значения djc и сС-гк Цель дополнительного изобретения повышение точности и уменьшения трудоемкости процесса измерения, пу тем устранения разности температур между каплей и-спаем термопары в ее равновесном состоянии, С этой целью в устройство введены установленные соосно фотодатчики, осветитель,размещенные выше спая термопары по тра ектории движения капель, усилительформирователь импульсов, два блока задержки, формирователь блокирующего И1А1ульса, осциллограф и электрон ный ключ, причем фотодатчик через усилитель-формирователь соединен с первым блоком задержки и через пос ледовательно соединенные второй бло задержки и формирователь блокирующего импульса - с одним из входов электронного ключа, второй вход ко торого подключен к генератору подо грева спая, а выход - к спаю термо пары, входы осциллографа подключены к выходам первого блока задержки и усилителя. На фиг.1 изображена структурная электрическая схема устройств ; на фиг. 2 - диаграммы напряжений; на фиг. 3 - диаграмг.1ы рсгул11ровки устройства; на фиг. 4 - типбвая осциллорамма измерения термо-ЭДС термоприемника при измерении температуры капель с помощью устройства. Устройство для измерения температуры движущихся капель включает диффузор 1, в верхней части которого установлена термостатированная дозатор-капельница 2, формирующая цепочку калиброванных по массе капель 3 горячей жидкости, которые падают по оси диффузора навстречу газовому потоку с постоянными параметрами. Ниже дозатора-капельницы по оси диффузора выставлен рабочий спай термопары 4, которая через заграждающий фильтр 5 и усилитель 6 электрически связана с регистратором 7, например, светолучевым осциллографом, и входом катодного осциллографа 8. Электроды рабочего спая Чермопары 4 подогреваются от генератора 9 переменным током частотой порядка 20 кГц через электронный ключ 10. Выше спая термопары соосно выставлены фотодатчик 11 :И осветитель 12. Устройство работает следующим образом. При затенении падающей каплей 3 фотодатчика 11 в его цепи возникает электрический импульс (фиг. а), который поступает в усилитель-формирователь 13. Сформированный усилителем электрический импульс (фиг. 2б) поступает в блоки згщержки 14, 15 и запускает их задним фронтом в момент о. (фиг,2в). Блоки задержки собраны на ждущих мульти1й1браторах, которые формируют прямоугольные им-; пульсы. Задний фронт импульса от блока 14 запускает ждущую развертку осциллозграфа 8 с временной задержкой . 2в) после прохождения капли через луч осветителя. Зс1дний фронт импульса от блока 15 запускает формирователь блокирующего импульса 16 с временной задержкой 4 - f (фиг. 2г). Формирователь 16 формирует прямоугольный блокирующий имдульс длительностью (фиг.2д), который подается на электронный ключ 10, отключающий на время Tg--t (фиг.2е) термопару от генератора подогрева 9. Для предварительной регулировки системы блокировки в устройстве используется электронный осциллограф 8, который запускается импульсом От блока задержки 14 в момент Tj (см. фиг. За). На вход осциллографа через заграждающий /фильтр 5 и усилитель 6 подается сигнал от термопары 4. Если подогреть спай термопары током генератора до температуры t. -(фиг то на экране осциллографа в общем случае будет сканироваться кривая, схема которой представлена на фиг. Начало кривой соответствует моменту запуска ждущей развертки t . Между f и Tg наблюдается спад кривой, связанный с блокированием источника тока подогрева термопары. Импульс а-Ь соответствует периоду Тд - т; прохождения капли через спай. После прохождения капли температура спая стабилизируется и вновь принимает первоначальное значение . . Целью регулировки является согласование начала блокирования ис точника С тока подогрева с моментом TO и разблокирования ) с мо ментом Т. Это достигается путем варьирования длительностью импульсов, которые формируются блоками 15 и 16 соответственно (фиг.1 и 36 Да/.ьнейший подогрев спая термопары током генератора приводит в рассмат риваемом примере к исчезновению .импульса а-Ь (фиг.Зв), когда спай подогревается до равновесной температуры . При отрегулированной системе блокирования приемы измерения температуры капель идентичны приемам, которыми пользуются при измерениях с помощью устройства по авт.св. № 200819. На фиг. 4 приведена схема характерной записи изменения термо-ЭДС в цепи термопар в процессе измерения температуры капель, которую обычно получают с помощью регистратора 7. В период Тр -Kj (фиг. 4) температура спая термопары значительно ниже температуры контактирующих капель, что вызывает в цепи положительные импул сы а-Ь возмущения термо-ЭДС в цепи термоприемника. По мере подогрева спая от постороннего источника тока импульсы уменьшаются по высоте и пр температуре t, практически исчезают (интервал тг -t) .Дальнейший нагрев fg. - спая приводит к по явлению отрицательных импульсов с- Осциллограммы изменения термо-ЭД в цепи/термоприемника, полученные н посредственно с помощью устройства по авт.св. № 200819 или предлагаемым устройством, не имеют внешних отличительныхпризнаков. Однако во втором случае равновесная температура соответствует температуре капли, что повышает точность и сокраща ет трудоемкость измерений, т.к. исключаются дополнительные расчетные работы, связанные с определением .значения поправки tt. Равенство температур t-, и t подтвержда тся анализом уравнения (), В период отключения термоприемйика W-,-, 0, признаком тепловой равновесности термоприемника, как отмечалось выше, является равенство нулю производной dt-p/d-Г.Так как 0, то из уравнения следует равенство температур t-рр t. Численные значения определяются по осциллограммам с помощью дополнительных тарировочных осциллограмм. Тарировочные осциллограммы записывают по калиброванным электрическим сигналам, которые подаются на эквивалентное сопротивление, которое включается в период тарировки вместо термопары на вход регистрирующего канала. При измерениях температуры npejgлагаемым устройством формировали капли диаметром от 1 до 4 мм, рабочий спай хромель-копелевой термопары изготовили из термоэлектродов диаметром 40 и 32 мкм соответственно. Испытания показали, что устройство работоспособно и обеспечивает более высокую точность измерений по сравнению с прототипом. Формула изобретения Устройство для измерения температуры движущихся капель по авт.св. № 200819, отличающееся тем, -что, с целью повыиения точности и уменьшения трудоемкости процесса измерения за счет устранения разности температур между каплей и спаем термопары в ее равновесном состоянии, в него введены установ- ленные соосно фотодатчик и осветитель, размещенные выше спая термопары по траектории движения капель, усилитель-формирователь импульсов, два блока задержки, формирователь блокирующего импульса, осциллограф и электронный ключ, причем фотодатчик через усилитель-формирователь соединен с первым блоком задержки и через последовательно соединенные второй блок задержки и формирователь блокирующего импульса - с одним из входов электронного ключа, второй вход которого подключен к генератору подогрева спая, а выход - к спаю термопары, входы осциллографа подключены к выходам первого блока задержки и усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 200819, кл. GOI К 13/02, 1965 (прототип),

N

V:

V

г .

I

в

Jt.

т

h

S.e

d

f.Фиг.З

ty

tx