Датчик пульсаций температуры потока жидкости Советский патент 1982 года по МПК G01K13/02 

(54) ДАТЧИК ПУЛЬСАЦИЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОТОКА ЖИДКОСТИ

, : J Изобретение относится к, температур ным измерениям, а именно к устройств для измерения пульсаций температуры потока Жидкости. Известно устройство дня измерения температуры потока, чувствительным элементом которого служит батарея термопар, которые размещены в индивидуальных ячейках дефлекторов, расположенных на значительном расстояни друг от друга в державке l . Однако это устройство не позволяет получить высокой чувствительности и разрешающей способности. Кроме того, ячейка дефлектора в случае использования устройства для измерения пульсаций термопары потока жидкости, искажает набегакщий фронт неоднородности, что приводит к снижению точности измерений. Отсутствие жесткого крепления термоэлектродов также может вызывать искажения показаний из-за возможной вибрации. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является датчик пульсаций температуры потока жидкости, содержащий батарею термопар, холодные спаи которой размещены в теплоинерционной оболочке 2. Недостатками указанного датчика являются ограниченное быстродействие (порядка десятых долей секунды) и невозможность разрешения малых пульсаций впотоке из-за расположения внешних сварных (рабочих) термоспаеп вдоль корпуса. Сравнительно большие размеры термобатареи, слабая жесткость термопар снижают точность измерений. Цель изобретения - Повышение быстродействия и разрешающей способности датчика. Указанная цель достигается тем, что в датчике термобатарея выполнена в виде жесткозакрепленной в теплоинерционной оболочке плоской 3 спирали, образугацей своими витками на торце оболочки, обращенном к потоку, клинообразные выступы,на которых размичены внешние спаи термобатареи при этом отношение высоты выступов к диаметру проволоки спирали находится в пределах 3 ,й.к20 d где h - высота .выступов d - диаметр проволоки. Наличие теплоинерционной обол.очки, которой придана обтекаемая форма улучшает гидродинамическое взаимодействие элементов датчика с потоком. При этом тепловая постоянная времени теплоинерционной оболочки выбрана из условия поддерживания температзфы внутрен1шх термоспаев, равной средней температуре о текающего потока жидкости. Так при скоростях потока воды порядка нескольких метров в секунду величина тепловой постоянной, оболочки-обтека теля ,обычно порядка минуты, Размер клинообразного выступа оп ределяется, исходя из того, чтобы теплообмен за счет теплопроводности был значительно меньше теплообмена с потоком во всем измеряемом диапазоне, а условия обтекания выступов и их жесткость были наилучшими. Оптимальные условия обтекания и теплообмена удовлетворяются при выполнении соотношения 3. На чертеже изображен предлагаемы датчик, разрез. Датчик содержит теплоинерционную оболочку - обтекатель 1, размещенный в ней кольцеобразньш сердечник 2из неэлектропроводного материала или из металла, покрытого слоем изо ляции, навитую на сердечник спираль 3из тонкой проволоки (например, ко стантановой) с металлическим покрытием в виде слоев 4 (например, родневых или медных), образующую термобатарею с внутренними 5 и внешними 6 термоспаями. Внешние спаи термобатареи расположены на клинообразных выступах 7, образованных витками спирали, а вну ренние термоспаи находятся в тепло вом контакте с оболочкой и кольцеоб разным сердечником и предохранены ОТ электрического замыкания изоляци 14 слоем 8, Концы термобатареи соединены с токосъемными проводниками 9 для подключеш1Я к измерительному прибору. Дпя улучшения условия обтекания клинообразным выступам придана криволинейная форма, например параболическая. Основания выступов жестко заделаны в теплоинерционную оболочку для придания конструкции большей жесткости. С целью устранения влияния проводимости среды на точность измерений и увеличения срока службы устройства клинообразные выступы термобатареи покрыты тонким изолирукщим слоем лака или эмали. Устройство работает следующим образом. Датчик ориентируют внешними термоспаями 6 навстречу потоку жидкости, направление которого на чертеже показано стрелками. Гладкая поверхность термоспаев обеспечивает хорошее обтекание потоком. Через некоторое время, которое определяется в основном теплоинерционнрй оболочкой 1 (обычно не более нескольких минут, термо-ЭДС от в потоке с постоянной температурой практически исчезает и датчик готов к работе. При появлении в потоке тепловых неоднородностей фронт неоднородности свободно обтекает клинообразные выступы 7 витков термобатареи с расположенными на них внешними термоспаями 6, которые, благодаря хорошим условиям теплообмена и малой собственной теплоемкости, быстро принимают температуру неоднородности. Например, при проволоки термобатареи 50 мкм и толщине слоя покрытия несколько мкм, постоянная времени датчика составляет несколько мс при скорости относительно потока порядка одного метра в секунду. время температура внутренних термоспаев 5 датчика практически не изменится, так как теплоинерционная оболочка Кне успевает заметно прогреться. В результате на выходе датчика появится термо-ЭДС величина которой будет соответствовать разности температур внешних 6 и внутренних 5 термоспаев . На медленные изменения температуры окружагацей среды датчик не реагирует. Хорошие условия обтекания внепних спаев датчика, расположенных