Способ измерения температурных характеристик сред Советский патент 1983 года по МПК G01K7/32 

(5) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК

СРЕД

1

Изобретение предназначено для оп.ределения степени неоднородности температурного поля, диаграммы распределей 1я градиента температуры в про-.

странстве,

для измерения величины градиента.

По основному авт. св. № известен способ измерения температурчч ных характеристик сред, по которому ,(, в вакуумированную ампулу, в которой находятся кварцевые пластины-резонаторы, вводят рабочее вещество и измеряют скорость изменения разностной частоты пластин, вызванную пе- ,5 рераспределением между ними рабочего вещества. Перераспределение вещества обусловлено разностью упругое ти насыщенного пара рабочего вещества, соответствующих температурам 20 пластин. Скорость изменения разност- i ной частоты является критерием раз- , ницы температур пластин, которая определяется по известным соотношениям. Основными достоинствами способа являются высокая чувствительность и нетребовательность к сохранению абсолютных значений частот кварцевых пластин, которь1е неизбежно изменяются в процессе старения пластин j.

Однако при этом невозможно судить о величине градиента температуры после перехода всего рабочего вещества с поверхности более теплой пластины на поверхность более холодной пластины. Частота кварцевых пластин оказываются после этого неизменными, их значения никак не связаны с имеющим место градиентом температуры. Для очередного измерения градиента температуры нужно устройство, реализующее этот способ, повернуть на-180 так, чтобы кварцевые пластины поменялись местами.

Цель изобретения - снижение трудоемкости измерений путем обеспечения возможности определения градиен39та температуры как в процессе перераспределения рабочего вещества, так и после его завершения. Пйставленная цель достигается тем что перед введением рабочего вещества на кварцевые пластины резонатора наносят пленки неяетучего сорбента, а после завершения перераспределения рабочего вещества измеряют разностную частоту пластин, по величине которой определяют искомый градиент температуры. Перераспределение вещества оказывается возможным благодаря тому, что давление насыщенных паров над образующимся раствором рабочего вещества в веществе нанесенной пленки меньше дав 1ения насыщенных паров чи того рабочего вещества и зависит от соотношения компонентов раствора. Пр этом перераспределение рабочего ,вещества между пластинами прекращается при .вполне определенных содержаниях его в сорбирующих пленках, которые однозна-но, связаны с перепадом температуры между пластинами На чертеже представлена схема осуществления предлагаемого способа Прибор включает в кварцевые пластины-резонато.ры 1 , напыленные электроды 2, теплопроводы 3, находящиеся в хорошем тепловом контакте с пластинами и с внешней средой, вакуумированную ампулу 4, пленки 5 не.; летучего вещества, нанесенные на поверхность кварцевых пластин 1. Рабочее веществэ и вещество-сорбент образуют раствор, близкий к совершенному или близкий к бесконечно разбавленному по отношению к веществу-сорбенту. В обоих случаях давление паров рабочего вещества над раст вором определяется законом Рауля ) где Р . давление насыщенных паров чистого рабочего вещества; N - молярная доля рабочего веществТв растворе, определяемая как отношение числа молей рабочего вещества к сумме числа молей сорбента и рабочего вещества. Одинаковым температурам пластин 1 соответствуют одними те же значения давлениянасыщенного пара чистого рабочего вещест йа 1 . В этом случае давление пара рабочего вещества над раствором на левой пластине равно Р. PQ N , над раствором на правой пла стине Рп РоМр, где Нд и моляр74ые доли рабочего вещества в растворах на левой и на правой пластинах соответственно. Если эти давления не равны, происходит перераспределение рабочего вещества между растворами со скоростью прямо пропорциональной разности этих давлений. Очевидно, что при достижении условия Ыд N.. давления паров рабочего вещества над пластинами сравняются и перераспределение вещества прекратится. Частоты кварцевых пластин будут оставаться неизменными и равными Содинаковые молярные доли означают, что одинаковыми являются массы рабочего вещества на пластинах и что соответствующие им сдвиги частоты от исходных значений также равны), пока не отличаются друг от друга температуру пластин. Если температура одной пластины (.например, левой пластины) будет выше температуры другой (правой) пластины на величину ЛТ, то рабочее вещество будет переходить из пленки на левой пластине на пленку на пра,вой пластине со скоростью пропорциональной разности давлений пара над пластинами, при этом частота левой пластины будет увеличиваться, а правой - уменьшаться.. Разность давлений пара рабочего вещества над поверхностями пластин определяется соотношением АР РТЛ РОТП) (2) При и значениях N, близких к единице (это всегда справедливо для разбавленных растворов), скорость перераспределения вещества определяется разностью давлений насыщенных паров чистого рабочего вещества при температурах пластин ( оти) т.е. скорость изменения разностной частоты, следовательно, чувствительность способа равны таковым для известного способа. Если же HfTTf N, то скорость перераспределения, а значит и чувствительность намного преBuiuataf Лаковые для известного способа. Однако при любых начальных условиях перераспределение вещества при неизменном перепаде температуры сопровождается уменьшением молярной доли рабочего вещества на поверхности более теплой пластины и ее увеличением на поверхности более холодной пластины. Это приводит к уменьшению разности давлений пара рабочего вещества над поверхностями пластин и к уменьшенио скорости перераспределения. Пер€распределе.ние прекратится, когда давления паров рабочего вещества над пластинами сравняются. Из (2) следует, что это произойдет при выполнении условия VN W/PoTf Давления насыщенных паров чистого offi рабочего вещества (тд значмо определяются температурами левой правой Т пластин, молярные доли Мд и Nfl однозначно определяют массы рабочего вещества, находящегося на левой и на правой пластинах. Следовательно, разность частот пластин после прекращения перераспределения вещества однознач но связана с перепадом температуры между пластинами, что позволяет по установившейся разности частот определить искомый перепад температуры. В качестве рабочего вещества используется октадекан , молекулярный вес которого равен 2S5 теплота испарения и давление насыщенного пара при температуре 330 К равны соответственно 22 ккал/моль и 10 мм рт.ст. В качестве нелетучего 7 сорбента кюжно применить силиконовый. эластомер с-301. Предлагаемый спосо15 обеспечивает помимо сохранения высокой чувствительности возможность определения.пе гч ( I « «wn 1 1 епада температур величиной до в установившемся режиме, когда споссЛ по основному авт. св. If никакой информации о перепаде темпеРатур дать неможет. Формула изобретения Способ измерения температурных характеристик сред по авт. св. Н , от личающийся тем, ЧТ.О, с целью снижения трудоемкости измерения, перед введением рабочего вещества на кварцевые пластины резонатора наносят пленки нелету ; чего сорбента, а после завершения перераспределения рабочего вещества измеряют разностную частоту пластин, по величине которой опрёде1 яют искомый градиент температуры. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР f , клГб 01 К 7/32, 1971.