Устройство для измерения среднемассовой температуры падающих капель Советский патент 1982 года по МПК G01K13/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СРЕДНЕМАССОВОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ПАДАЮЩИХ КАПЕЛЬ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения среднемассовой (средне объем ной) температуры движущихся одиночных капель при лабораторных исследованиях процессов межфазного тепло- и массообмена в газо- жидкостных грубодисперсныхсредах. Известно устройство для измерения тем пературы капель в газовом потоке, сгодер жащее отражатель и щиток, образующие лоток для падающих капель, на дне кото- рого выполнено отверстие, под которым размещен спай термопары 1 . Недостаток указанного устройства состоит в низкой точности измерения температуры капель. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения температуры движущихся капель, содержащее дозатор-«апельницу, диффузор с термоизолированными стенками и термопару с регистратором термо-ЭДСС2 Однако определение среднемассовой температуры капель с помощью данного устройства в некоторых случа$1х связано с выполнением дополнительных трудоемких сятералшй измерения, аналитической обработкой и как следствие снижением точности значений определяемой температуры. При формировании капли из жидкости с малой теплопроводностью (например, капель масла) в ней формируются глубокие температурные пульсирующие поля сложной формы, что требует зондирования ее по всему объему. Дальнейшая обработка полученных данных также затруднена, так как отсутствуют необходимые надежные данные по коэффициентам теплообмена прюволочным теплоприемником и средой капли для случая нестационарных процессов теплоообмена. В то же время данные о закономерностях изменения среднемас- совой температуры капель являются важнейшими при расчетах рабочих процессов контактных (смесительных) теплообменных устройств энергоустановок. Цель изобретения- повьпиение точности в уменьшение трудоемкости измерений пу- 3977 тем автоматизации процесса измерений и обработки результатов. Указанная цель достигается тем, что в устройство введены установленный в ней части диффузора теплонриемн1ш с сие- темой подачи жидкого теплоносителя, до- полнигельная термопара с измерителем, усилитель постоянного тока, второй ре- гистратор. блок уп эавления дозатором-ка- 1|ельницей и блок задерм и, при этом, сиетема подачи теплоносителя состоит из последовательно соединенных регулятора расхода, насоса, термостатированного резервуара, .регулируемого нагревателя и регулятора уровня, а термоприемник вы- полнен в виде капсулы сприемным от- верстием и с установленной в ней тонкостенной трубкой, сообщающейся с- регулятором расхода и образующей со стенками капсулы канал ввода теплоносителя, сооб- щающийся с регулятором уровня, причем горячий спай термопары установлен в верхней части тонкостенной трубки, а холодный спай термопары и горячий спай дополнительной термонары установлены в дозаторе-канельнице, блок управления ко- торой через блок задержки соединен с одним из входов второго регистратора, другой вход которого подключен к одному из выходов усилителя постоянного тока, второй выход которого соединен с входом регистратора термо-ЭДС, а на вход уснлитепя подключена термопара. На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 схема термоприемника ; на фиг. 3 - осцил лограмма изменения терме-ЭДС в электрй ческой цепи опары при из iepeнии температуры капель с помощью предла гаемого устройства. Устройство для измерения, среднемассовой-температуры падающих капель (фиг, 1 ймеет диффузор 1, в верхней части кото рого установлена термостатированная дозатор-капельница 2, формирующая цепочку калиброванных по массе капель 3 жидкости со стабильными начальными параметрами. Ниже дозатор-капельнишы па оси диффузора соосно на принятом расстоянии L, установлен термоприемник 4. Термоприемник подключен к системе жидкого промежуточного теплоносителя, состоящей из термостатированного резервуара 5, регулируемого нагревателя 6, регуляторов 7и 8 уровня и расхода промежзточного теплоносителя соответственно и насоса 9. 8качестве промежуточного теплоносителя 4 используется жидкость однотипная с жидгкостью, из которой формируются капли. Горячий спай термопары 10 установлен в термоприемни ке 4, холодк.ый спай - в полости насадка 11 дозатор-капельниць 2, в полости насадка 11 установлен горячий спай дополнительной термолары 12, под-ключениой к измерителю, например микро- вольтметруЧ 13, дозатор-капельница 2 снабл ена блоком 14 управления, который через блок 15 задержки соединен с оД ним из входов атодного осщ1ллографа 16 второго регистратора, вход которэго подключен к одному из выходов усилителя 17 постоянного тока, второй выход которого соединен с входом гальва- нометра светолучевого осциллографа 18 регистратора термо-ЭДС. а нл iixo.a усилителя подключена термопара 10. Термоприемник (фиг, 2) представляет собой nonyio )хапсулу обтекаемой формы с термоизолированным и прозрачнлгми стенками 19, в верхней части тгапсулы имеется приемное отвеост5 б 2О, полости капсулы тонкостенной трубкой 21 образован внутренний канал., в верхней части которого установлен рабочий спай 22 тер мопары. С помощью патрубков 23 и 24 проточные полости термоприемника сообН1аю1х:я с регуляторами 7 и 8 уровня и расхода соответственно, Произаодству измерений предшествует настройка устройства. Теплоноситель, захштый в резервуар 5 (фиг. 1), предварительно термостатируегся при температуре заведомо несколько ниже температуры ; падающих капель. TepMonpneNmHK 4 вьгсгав ляется на принятом расстоятйи L, от среза насадка 11 с помощью специального координатника таким образом, чтобы падающие капли попадали на рабочий спай термопары 1О. Поступающий из резервуара 5 чарез нагреватель 6 и регулятор 7 теплоноситель должен полностью заполнять полости термоприемника до уровня несколько выше верхнего края разделительной трубки 21. Устойчивое положение уровня теплоносителя достигается с помощью регулировки блоков 7 и 8. Блок 7 (например, поплавковая камера) ограничивает максимальную высоту уровня, а блок 8 (дозирующий игольчатый вентиль) регулирует расход жидкости через полость термоприемника. При ударе капли 3 о поверхность раздела уровень жидкости несколько проседает, поэтому положение уровня теплоносителя устанавливают таким образом, чтобы при ударе капли не оголялся рабочий спай термопары. Положение его мо- жет регулироваться, однако излишнее заглубление рабочего спая снижает чувст вительность термоприемника. Отрегулированное ;устройство работает следующим образом. В приемное отверстие 2О (фиг. 2) тер моприемника подают калиброванные по ма се капли 3, которые формируются из термостатированной жидкости дозатор-капельницей со стабильной частотой. При .контакте с протекающим через термопри- емннк теплоносителем капли разрушаются, смешиваются с- ограниченным объемом теп лоносителя и образовавшийся локальный объем смеси увлекается в вертикальный внутренний канал, омьгоая рабочий спай 22 термопары. Хорошему перемешиванию жидкости капли в локальном объеме и вы равн шанию в нем температурного поля способствует поворот на 18О потока про ме уточного теплоносителя в место падения капли. Если средняя температура капель отлична от температуры промежуточч ного теплоносителя, то в потоке возникают локальные температурные возмущения, коЦ торые воздействуют на рабочий- спай и вызывают импульс термо-ЭДС в электрической цепи термопары. С учетом попяр ности температурных возмущений с помо- щью блока 6 плавно изменяют температуру промежуточного теплоносителя. Например, если температура капель вьгше температуры промежуточного теплоносителя, . то возникают положительные импульсы, которые после усиления электронным усилителем будут регистрироваться осциллографом 18 (фиг. 3, период f - Г ). .Увеличение температуры теплоносителя с помощью нагревателя и одновременно ра- бочего спая термопары, температуры которых принимаются равными, приведет к уменьшению, импульсов по амплитуде (период С - fj ) и они исчезнут (период -5-2- 2- «-3 - когда температуры теплоносителя и среднемассовая температура, капел будут равны. Дальнейщий нагрев теплоносителя вызовет появление отрицательных импульсов (период Tj - f). Визуальный контроль за процессом осуществляется с помощью; катод ног о осциллографа 16 .,. -1-1 . (фиг, 1), ждущая развертка которого запу кается сигналом от блока 14, а согласуется с моментом прохождения полезного нмпульса с помощью блока 15 задержки. Значение равновесной температуры tfj/ которое соответствует равновесному состоянию рабочего спая термопа яд в пе- риод Т, 3 , определяется путем расщифровки осциллограммы и является ис- . ходным для определения среднем ссовой температуры капель в данной точкё траектории их движения. Абсолютное значение среднемассовой температуры капель определяется алгебраической суммой хс tfp J где t tтемпература холодного спая термопары 1О, которая изме- ряется с помощью дополнительной термопары 12. Предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения среднемас- совой температуры падающих капель и сократить трудоемкость измерений. Формула изобретения Устройство для измерения среднемас- совой температуры падающих капель, содержащее дозатор-капельницу, диффузор с термоизолированными стенками и термопару с рагистратором термо-ЭДС, отличающееся тем, что, с цепью повьпиения точности и уменьшения трудоемкости измерений путем автоматизации процесса измерений и обработки результатов, в него введены установленный в нижней части днффузора термоприемник с системой подачи жидкого теплоносителя, дополнительная термопара с измерителем, усилитель постоянного тока, второй ре- гнстратор, блок управления дозаторомкапельницей и блок задержки, при этом система поДачи теплоносителя состоит из последовательно соединенных регулятора расхода, насоса, термостатированного ре- зервуара, регулируемого нагревателя и.регулятора уровня, а термоприемннк выполнен в виде капсулы с приёмным от верстием и с установленной в ней тонкостенной трубкой, сообшакшхейся с регулятором расхода и образукадей со стенками капсулы канал ввода теплоносителя, сообщающийся с регулятором уровня, причем горячий спай термопары установлен в веркней части тонкостенной трубки, а хоподный спай термопары и горячий спай дополнительной термопары установлены в дозаторе-капельнице, блок управления которой через блок задержки соединен с одним из входов второго регистратора, другой вход которого по1ишючен к одному из выходов усилителя постоянного тока, второй выход которого соединен с входом

79779588

регистратора термо-ЭДС, а на вход уси-1, Авторское свидетельство СССР

лителя подключена термопара.N9 365596, кл. Q О1 К 13/О2, 1971.

Источники информации,№ 2ОО819, кл. G 01 К 13/О2, 1965

принятые во внимание при экспертизеs (прототип).

Фив.1