SU1165998A1 - Способ измерени скорости и температуры потока жидкости или газа - Google Patents

Abstract

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И ТЕНПЕРАТУШ ПОТОКА ЖИДКОСТИ ИЛИ , основанный на нагревании и охлаждении чувствительного элемента расположенного в потоке, о т л и чающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи , нагрев и охлаждение осуществл ют в интервале температур, превышающих температуру потока, задаваемом выражением лт(т,.т„) «i(T,-TJ где . t - врем  нагрева; tj - врем  охлаждени ; ,; Т., - минимальна  температура чувствительного элемента; Т. - максимальна  температура чувствительного элемента; т, температура потока; fi га - масса чувствительного элемента; с - удельна  теплоемкость чувствительного элемента; d - коэффициент теплоотдачи; Q - количество тепла, подВодимого к чувствительному элементу в единицу времени, (Л измер ют врем  нагрева и охлаждени  чувствительного элемента, а значени  скорости и температуры потока определ ют по формулам «. me N J-l, 1 V (VMj 2 pfiC me О) СП ф ф & 1 t () TO, T,00 i J (VTJ t1 t2 me где K и K, - коэффициенты, определ емые с помощью гра дуировки.

Description

11 Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  скорости и температуры потока жидкости или газа. Известен способ одновременного измерени  скорости и температуры потока жидкости или газа при помощи двух чувствительных злементов, один из которых чувствителен к скорости и температуре, а другой тольк к температуре D. При повышении требований к пространственному разрешение измерений этот способ становитс  непригодным вследствие возрастани  ошибок, св занных с взаимным вли нием близко расположенных чувствительных злементов . Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ измерени  скорости и температуры потока жидкости с помощью одного чувствительного элемента , помещенного в поток, основанный на нагревании и охлаждении чувствительного элемента расположенного в потоке. Во врем  отсутстви  нагрева после того как температура чувствительного элемента достигает температуры окружающей среды, измер етс  температура чувствительного элемента а следовательно, температура окружающей среды. В течение 1времени нагрева после установлени  теплового баланса по температуре чувствительного элемента, количеству тепла, подводимого к чувствительному элемен ту, и температуре суд т о скорости потока среды ;2. Недостатком известного способа  вл етс  то, что измерени  скорости и температуры среды должны проводить с  после установлени  теплового равновеси  между чувствительным элементом и средой. Вследствие тепловой инерции чувствительного элемента, на установление теплового равновеси  уходит больша  часть времени измерений . Цель изобретени  - повышение быстродействи . Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу измерени  скорости и температуры потока жидкос ти или газа, основанному на нагревании и охлаждении чувствительного эле мента, расположенного в потоке, нагрев и охлаждение осуществл ют в интервале температур, превьш1ающих пературу потока, задаваемом выраием (VT,) .) +tt i - врем  нагрева; j - врем  охлаждени ; л - минимальна  температура чувствительного элемента; j - максимальна  температура чув ствительного злеьюнта; TO, - температура потока; m -г масса чувствительного элемента; с - удельна  теплоемкость чувстйи . тельного элемента; d- - коэффициент теплоотдачи; Q - количество тепла, подводимого к чувствительному элементу а единицу времени; ер ют врем  нагрева и охлаждени  ствительного элемента, а значени  рости V и температуры потока опре ют по формулам . mc(VT,) К и Kj - коэффициенты, определ емые с помощью градуи-. ровки. равнение (1) вытекает из решени  емы уравнений, определ ющих услотеплообмена при нагреве и охлажи чувствительного элемента, «( тс 1 « / JJ равнени  (2) и (3) получез данной системы уравнений, но при условии, что.на интервал темпера тур и HHTeHCHBHocVb подвода тепла наложены ограничени : ( T,-Tj.O,1f(T,-T) )(М а,) ,) где Те, П10(х максимальна  температура потока; eirnin минимальна  температура потока; г K,f m«.- К,; V. - максимальна  скорость пот ка. Из соотношений (2) и (3) скорость и температура потока могут быть найдены с погрешностью менее 1%. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - графики зависимости нагр ва и охлаждени  чувствительного элемента и его температуры от времени. Устройство содержит (фиг. 1) чув .ствительный элемент 1, установленный в мостовой схеме с резисторами 2 - 4 измеритель 5 разбаланса моста, выход которого подключен через электронный ключ 6 к источнику 7 тока, нагревающему чувствительный элемент 1. Имеет с  также источник 8 малого тока, нагревающий чувствительный элемент 1. У диагонали моста 1 - 4 подключен измеритель 9 длительности импульсов и пауз мезвду импульсами. Устройство работает следующим образом. При достижении заданного разбалан са моста, а следовательно, температуры чувствительного элемента Т2 (фиг. 2) на электронный ключ 6 с изм рител  5 разбаланса моста подаетс  команда на выключение нагревающего . напр жени  от источинка 7 после чего мост 1 - 4 питаетс  только от источника 8 малого тока, который не нагре вает чувствительный элемент. После достижени  другого заданного значени разбаланса моста, а следовательно, температуры чувствительного элемента Т (фиг. 2) измеритель 5 разбалан са подает команду на электронный ключ 6 о включении нагревающего напр жени . Далее цикл повтор етс . Врем  t и t определ етс  с помощью измерител  9 длительности импульсов и пауз между ними. Примером осуществлени  предложенного способа может служить измерение скорости и температуры потока воздуха с помощью чувствительного элемента, представл ющего собой вольфрамовую нить диаметром 5 мкм и длиной 1 мм. В рассматриваемом примере диапазон скоростей составл л 25 - 100 м/с, а диапазон температур 20 - . В соответствии с предложенным способом нить нагревалась электрическим током мощностью Q 0,1 Вт от температуры Т 210С до температуры Т 220с, после чего электропитание отключалось и нить остывала до первоначальной температуры и т.д. При этих услови х неравенства (6) и (7) удовлетвор ютс , поэтому скорость и температуру потока можно определ ть по формулам (2) и (3). По величине скорости, определ емой независимым способом, и измерени м времени нагрева t и остывани  tj, строилась тарировочна  зависимость (фиг. 2), из которой определ лись коэффициенты К и К. Дл  данного примера были получены следующие величины: К 2,1 10 Вт/град ( Вт/град; pc 5,65-10 Дж/град; -() 1.77..1o 1/с Характерное врем  измерений в рассматриваемом случае составл ет 20 МКС. В то же врем  при измерени х известным способом в сопоставимых услови х врем  измерени  превышает 1 мс. Таким образом, врем  замера одной пары значений скорость - температура предлагаемым способом уменьшаетс  по сравнению с временем замера известным способом более чем в 50 раз, что соответственно повышает временное рдзрешение способа, необходимое дл  изучени  быстроизмен ющнхс  характеристик потоков.

Claims (1)

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ПОТОКА ЖИДКОСТИ ИЛИ ГАЗА, основанный на нагревании и охлаждении чувствительного элемента, расположенного в потоке, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, нагрев и охлаждение осуществляют в интервале температур, превышающих температуру потока, задаваемом выражением t_x - время охлаждения;

   T=T_i-T₁;

   Τ_Λ - минимальная температура чувствительного элемента;

   Т₂ - максимальная температура· чувствительного элемента;

   Т_я - температура потока;

   пг - масса чувствительного элемента;

   с - удельная теплоемкость чувствительного элемента;

   d - коэффициент теплоотдачи;

   Q - количество тепла, подводимо- ~ го к чувствительному элемен- 3 ту в единицу времени, измеряют время нагрева и охлаждения чувствительного элемента, а значения скорости и температуры потока опре'деляют по формулам ; y_s ^wc _L ₊ J___Q 12 ~ s t₂ n>c‘ ’

   SU „ П65998 >

   -1 , 1 ^a *4 V ^wc {Jz ~ ) где t=t₄+t ₂ ;

   Ц - время нагрева;

   где К, и K₂ - коэффициенты, определяемые с помощью градуировки.