CS213277B1 - Termočlánkový snímač a vyhodnocovací zařízení tepelných charakteristik sypkých hmot - Google Patents

Description

Vynález se týk;á termočlánkového snímače a vyhodnocovacího zařízení tepelných charakteristik sypkých hmot, jejichžzspojením lze jedniným snímačem získat údaje o tepelném teku, tepelné vodivosti a teplotním spádu. Tyto údaje lze odečítat digitálně nebo analogově a celé zařízení je připojitelné k zapisovacímu přístroji nebo k systému pro automatický sběr dat, případně k regulačnímu obvedu.

Pro měření tepelných charakteristik sypkých hmot, například půdy, byl vyvinut a realizován termistorový přístroj založený na principu předehřátého zdroje tepla, který umožňuje použití v laboratorních i terénních podmínkách. Hodnoty naměřené přístrojem je však nutno dosazovat do složitých matematických vztahů obsahujících logaritmy a výpočtem stanovit skutečné hodnoty sledovaných veličin.

Stanovení měrné tepelné vodivosti sypkých hmot se dosud provádělo laboratorně, ns vzorcích odebraných ze sledované plochy, v tepelně izolovaném prostoru, který byl z jedné strany vyhříván známým zdrojem tepelné energie a měřil se teplotní spád na dané vzdálenosti.

Stávající zařízení pro měření toku tepla a tepelné vodivosti jsou při měření časově značně náročné, neoplývají vysokou přesností a je při nich téměř vždy nutné odebírat vzorek půdy ze sledované plechy a následně provádět laboratorní měření. Neumožňují kentinuelní měření a záznam a tedy ani připojení na zařízení pro automatický sběr dat, což je v současné době značným nedostatkem.

213 277

Pro měření součinitelů přestupu teple ne různých průmyslových zařízeních, ale nikliv sypkých hmot, se používá snímače podle čsl.patentu č. 125.515· Základní částí tohoto snímače je mnohonásobný diferenciální termočlánek obsahující izolační nosnou kostru ve tvaru proužků. Kolmo k těmto proužkům jsou střídavé nad a pod proužky propleteny termočlánky zapojené v sérii, takže vznikne propletení podobné jako při použití osnovy a útku. Tato základní část termočlánků je po obou stranách pokryta izolační fólií. Kromě toho je uprostřed snímače no uvedené izolační fólii položen samostatný termočlánek, jehož studený spoj je umístěn mimo čidlo a jehož teplý spoj je umístěn uprostřed čidla na vnější chlazené straně. Tento samostatný termočlánek je rovněž pokryt izolační fólií. Vývody mnohonásobného i samostatného termočlánku končí bezprostředně při okraji snímače. Takte zhotovený snímač jé nejdříve cejchován ne elektricky vytápěné ploše, která je chlazena například proudícím vzduchem, při různých známých hodnotách součinitele přestupu tepla. Na vývodech mnohonásobného termočlánku, tedy vlastního měřicího prvku, se měří napětí e^, jež je úměrné měrnému tepelnému toku j2 prostupujícímu snímač. Na vývodech samostatného termočlánku, jehož teplý spoj je umístěn pod izolační fólií na vnějěí chlazené straně snímače a jehež studený spoj je vystaven proudění chladicího média, vzniká napětí e₂, jež je úměrné oteplení povrchu snímače ve *C. Poměr

Při měření na jednotlivých místech zkoumaného objektu, například elektrického spoje, se vždy měří obe hodnoty e^, e₂« Nevýhodou tohoto snímače je, že hodnotu součinitele přestupu tepla aC je třeba vypočítávat z cejchovní křivky vždy individuálně pro keždou jednotlivou poměrnou hodnotu e^/eg.

Výstupy obdobných termečlánkevých snímačů bývají někdy zapojeny na zesilovač a ukazovací přístroj či napěťový kompenzátor. Z měřených hodnot lze zjistit tepelný tok a součinitel přestupu tepla je třeba vždy určit výpočtem.

Uvedené nevýhody odstraňuje termočlénkevý snímač a vyhodnocovací zařízení teplotních charakteristik sypkých hmot obsahující snímač s vícenásobným termočlánkem spojeným přes zesilovač a filtr se zapisovacím přístrojem a dále tento snímač obsahuje samostatný termočlánek spojený přes zesilovač a filtr se zapisovacím přístrojem. Podstata vynálezu spočívá v tom, že studený spoj samostatného termočlánku je umístěn v konstantní vzdálenosti oč povrchu snímače ve směru kolmém k tomuto povrchu a k výstupům obou filtrů je paralelně připojen vstup analogové děličky, jejíž výstup je spojen s číslicovým voltmetrem es převodníkem U/I. Je výhodné spojit studený spoj samostatného termočlánku s měděnou destičkou a upevnit oba prvky distanční nástavbou z tepelně a elektricky izolační hmoty.

Výhodou termočlánkového snímače a vyhodnocovacího zařízení tepelných charakteristik sypkých hmot podle vynálezu je možnost kontinuálního měření a současného analogového a číslicového odečítáni. Proto může být snímač umístěn například v půdním profilu po celé vegetační období bez porušení vegetace. Výhodou je dále možnost zapojení na zapisovací přístroj nebo na systém pro automatický sběr dat, případně na regulační obvod. Obzvláště velkou výhodou je možnost zjišťovat současně £ři teplotní charakteristiky jediným snímačem.

Termočlánkový snímač a vyhodnocovací zařízení podle vynálezu je znázorněn na dvou výkresech, na nichž obr. 1 představuje svislý řez termočlánkovým snímačem a obr. 2 znázorňuje

213 277 ébhematickě uspořádání vyhodnocovacího zeřízeni.

Pre termočlánkový snímač se používá snímače podle čs. patentu č. 125.515, který se doplňuje úpravou podle tohoto vynálezu. Známá část snímače se skládá z izolační folie 1, například ze skelných vláken. Tato izolační fólie 1 tvoří jednak dolní kryt, na kterém jsou uloženy proužky 2, mezi něž jsou vpleteny lamely vícenásobných sériově zapojených termočlánků tak, aby vždy střídavě teplé spoje 3 byly dole a studené spoje 4 byly ns horní ploše proužků 2. V konkrétním provedení bylo pro termočlánky použito lamel mědi £ a lamel konstantanu 6. Z uvedené izolační fólie £ je také vytvořen střední kryt, který leží na studených spojích 4. Na tomto středním krytu je položen jeáte samostatný jednoduchý termočlánek, jehož teplý spoj 7 je uložen nad vícenásobnými termočlánky. Takto uspořádaným snímačem je možno měřit součinitel přestupu tepla. Tato známá část snímače je podle tohoto vynálezu na straně vývodů obou popsaných termočlánků opatřeno distanční nástavbou 8, která směřuje kolmo k ploše snímače a je z tepelně a elektricky izolačního materiálu. Touto distanční nástavbou 8 procházejí oba vývody 20 obou termočlánků. Důležité je, aby studený spoj 9, samostatného termočlánku byl umístěn v určité konstantní vzdálenosti od povrchu snímače, například ve vzdálenosti 1 cm. Tím je možno zjišťovat měrnou tepelnou vodivost X. Aby se vyloučily vlivy anomálií v sypké hmotě, jako tok vody trhlinami, vliv oblázlků , je tento studený spoj £ přivařen k měděné destičce 10.

Na tloušťce popsaného snímače se vytvoří teplotní spád úměrný hustotě tepelného toku. Frincip měřicí metody spočívá v měření velikosti teplotního spádu a v určení jeho vztahu k hustotě tepelného toku P. Teplotní spád se měří vícenásobným termočlánkem, jehož výstupní napětí e^ je přímo úměrné tepelnému toku P. Pro měření součinitele vodivosti A byl studený spoj £» jak již bylo popsáno, oddálen od povrchu snímače a opatřen měděnou destičkou 10.

Tato úprava podle vynálezu způsobuje, že výstupní napětí e„ tohoto studeného spoje £ udává velikost teplotního spádu na daný úsek, například sledovaného půdního profilu, a poměr ^el/^e2 j^e úměrný koeficientu tepelné vodivosti X.

Vyhodnocovací zařízení sestává s větve pro úprevu signálu e^ z vícenásobného termočlánku. Tato vetev obsahuje v sérii zapojený zesilovač 11 a filtr 12. Zesílení musí oýt takové, abv umožnilo odečítání sledované veličiny ve zvolených jednotkách bez nutnosti přepočtu na displeji číslicového voltmetru 13. Filtr 12 je dolnofrekvenční pro omezení vlivu rušivých signálů vyšších frekvencí. K filtru 12 je připojen již zmíněný číslicový voltmetr 13 a paralelné převodník U/I 14 napětí ne proud, který je určen pro připojení výstupního signálu na zapisovací přístroj nebo no zařízení pro automatický sběr dat. Vyhodnocovací zařízení má ještě druhou větev pro úpravu signálu e₂, ze samostatného termočlánku. Tato větev obsahuje rovněž zesilovač 15 a filtr 16 se stejnými vlastnostmi jako předchozí větev. K filtru 16 je rovněž připojen převodník U/I 17 napětí na proud a paralelně je ještě připojen číslicový voltmetr 13. Toto popsané zapojení bývá obvyklé pro přenos a zpracování elektrických signálů. Aby navíc mohl zjišťovat ještě měrný koeficient tepelné bodivosti X , je toto zapojení ještě doplněno analogovou děličkou 18 a převodníkem U/I 19. Vstup analogové děličky 16 je zapojen paralelně mezi výstupem každého filtru 12.16 a vstupem příslušného převodníku U/I 14,17. Výstup analogové děličky 18 je napojen na samostatný převodník U/I 19.

213 277

Výstupní nepětí ze snímače, odpovídající měrnému tepelnému toku P, je zesílen· v zesilovači 11 ne υ_χ. Teto napětí je pak vedeno jednak na číslicevý veltmetr 13. jednak ne jeden ze vstupů analogové děličky 18 a jednak na vstup převodníku U/I 14. Zde je napětí převedeno na proud, kt.rý je určen jako vstup pro systém hromadného sběru dat či zapisovač.

Výstupní napětí ·₂, odpovídající teplotnímu spáduj-fi, je zesíleno zesilovačem 15 na U₂ a je vedeno tak jako U₂ na číslicevý voltmetr 13, ne vstup převodníku U/I 17 8 na druhý vstup analogové děličky 18. Proud z převodníku 17 je opět určen pro systém hromadného sběru dat nebo pro zapisovač.

Napětí U3 z analogové děličky 18, odpovídající koeficientu tepelné vodivosti λ, je vedeno na číslicový voltmetr 13 a jednak ns vstup vlastního převodníku U/I 19.

Celé vyhodnocovací zařízení je napájeno ze sítě přes neznázorněný usměrňovač a stabilizátor.

úprava snímsče a vyhodnocovacího zařízení podle tohoto vynálezu umožňují současný automatický záznam tří teplotních údajů ze sledovaného prostředí za použití jediného snímače, Kromě toho je možné každý teplotní údaj ručním přepínáním sledovat současně na číslicovém voltmetru.

Vynález má širokou možnost využití nejen v základním výzkumu, ale i v zemědělské velkovýrobě a při určování teplotních režimů různýcn typů půd ve šlechtitelských stanicích. Vynález má předpoklady pro využití při sledování ztrát tepelné energie ve výrobních zařízeních, na teplovodních potrubích a v chemickém průmyslu. Má možnost přímého číslicového odečtu a případného připojení na zařízení pro automatický sběr dat či zapisovač.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Térmočlánkový snímač a vyhodnocovací zařízení tepelných charakteristik sypkých hmot, obsazující snímač s vícenásobným termočlánkem spojeným přes zesilovač a filtr se zapisovacím přístrojem, přičemž tento snímač obsahuje ješte samostatný termočlánek spojený rovněž přes zesilovač a filtr se zapisovacím přístrojem, vyznačený tím, že studený spoj (9) samestetnénc termočlánku je umístěn v konstantní vzdálenosti ed povrchu snímače ve směru kolmém k tomuto povrchu, a k výstupům obou filtrů (12,16) je paralelně připojen vstup analogové děličky (18), jejíž výstup je spojen s číslicovým voltmetrem (13) a s převodníkem U/I (19).
2. 2. Termočlánový snímač a vyhodnocovací zařízení podle bodu 1, vyznačený tím, že studený spoj (9) je spojen s měděnou destičkou (10) a oba pi'vky jsou upevněny distanční nástevbeu (8) z tepelné izolační hmoty.