SU1670612A1 - Датчик термоанемометра - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и приборостроению и может быть использовано дл  измерени  скоростей потоков жидкостей и газов. Целью изобретени   вл етс  обеспечение унификации датчиков за счет изменени  их чувствительности. Унификаци  выходных характеристик датчиков достигаетс  путем закреплени  на корпусе 1 регулируемых турбулизаторов 9, 10 и введением регул тора 13 теплопроводности части корпуса 1, заключенной между нагревателем 5 и теплопередающей поверхностью 11. Одновременной регулировкой турбулизавторов 9, 10 /например, в виде винтовых поверхностей/ и регул тора 13 подгон ют выходную характеристику датчика под номинальную, добива сь тем самым унификации датчиков. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительному приборостроению и может быть использовано в энергетике, химии, металлургии, машиностроении, пищевой, горной и других отрасл х промышленности при измерении скоростей потоков жидкости и газа.

Цель изобретени  - обеспечение унификации датчиков за счет изменени  их чувствительности .

На фиг.1 представлена эквивалентна  электрическа  схема датчика термоанемометра; на фиг.2 - датчик термоанемометра.

На схеме (фиг.1) изображен источник ЭДС Ен, к которому подключены две парал- леьные цепи нагрузки, состо щие соответственно из активных сопротивлений RTI, RKL и Рт2, . Сопротивлени  RKL RK2, RTI - переменные. Вольтметром V измер етс  падение напр жени  на сопротивлении  RKL Элементы электрической схемы эквивалентны элементам тепловой схемы датчика

термоанемометра, а именно: источник ЭДС Ен - нагревателю датчика, сопротивление RTI - тепловому сопротивлению, величина которого определ етс  теплопроводностью части датчика, заключенной между его нагревателем и контролируемой средой со стороны теплопе- редающего элемента, температура которого измер етс  сопротивление RT тепловому сопротивлению, величина которого определ етс  теплопроводностью частей датчика, заключенных между нагревателем и средой со стороны прочихтеплопередающих элементов, сопротивление RKI - тепловому сопротивлению , величина которого определ етс  сопротивлением вынужденной конвективной теплоотдачи пограничного сло  потока, омывающего теплопередэющий элемент датчика, температура которого измер етс : сопротивление -тепловому сопротивлению, величина которого определ етс  сопротивлением конвективной теплоотдачи потока, омывающего прочие теплопередающие поверхноЁ

О

о (

ю

сти датчика; вольтметр V- измерителю перепада температур.

Датчик термоанемометра (фиг.2) содержит трубчатый корпус 1, снабженный входным конфузорным насадком 2. Внутри корпуса помещены идентичные тонкостенные втулки 3 и 4, выполненные из материала , имеющего хорошую теплопроводность. На втулку 4 намотан нагреватель 5, электрически изолированный от втулки 4. Температура втулок 4 и 3 измер етс  термопарами 6 и 7, соединенными по дифференциальной схеме. Втулки 3 и 4 отделены друг от друга теплоизол тором 8, образующим с этими втулками гладкую внутренюю поверхность датчика.

В тело теплоизол тора 8 ввернуты регулируемые турбулизаторы 9 и 10, выполненные , например, в виде винтовых элементов. Длина турбулизаторов 9 и 10 такова, что они могут быть полностью утоплены в теле датчика , при этом на поверхност х теплоизол тора 8 или корпуса 1 образуютс  глухие отверсти . Турбулизаторы 9 и 10 размещены перед основными теплопередающими поверхност ми 11 и 12 датчика. Причем поверхности 11 принадлежат корпусу 1 и теп- лоизол тору 8, а поверхность 12 - обогреваемой втулке 4, температура которой измер етс  термопарой 7. На хвостовую часть корпуса 1 датчика навернут регул тор 13 теплового сопротивлени  корпуса , который может перемещатьс  вдоль оси корпуса 1 по резьбе. Между поверхностью 11 корпуса 1 и внутренней поверхно- стью регул тора 13 имеетс  зазор, увеличивающий тепловое сопротивление (уменьшающий теплопроводность) части датчика, заключенной между нагревателем 5 и теплопередающей поверхностью 14, через которую отводитс  часть теплового потока , выдел емого нагревателем 5.

В преобразовател х, имеющих реальные выходные характеристики, существует необходимость изменени  чувствительности этих преобразователей, что может быть представлено формулой у kx, где k - коэффициент , характеризующий чувствительность . В данных датчиках это достигаетс  тем. что часть тепла от нагревател  отводитс  и в силу этого выходна  характеристика термопреобразовател  измен ет свой угол наклона. Однако выходные характеристики термопреобразователей имеют еще разброс в виде эквидистантного смещени . Дл  устранени  этого вида разброса выходных характеристик термопреобразователей турбулизируетс  часть потока, омывающего теплопередающий элемент, с помощью турбулизаторов. Выходна  характеристика термопреобразователей при такой регулировке смещаетс  эквидистантно.

l

Дл  полного совпадени  характеристик

преобразователей (в пределах 1 - 1.5%) необходимо производить эти две регулировки совместно, так как только при этом удаетс  получить унифицированную выходную характеристику .

0 Принцип работы термоанемометриче- ского датчика основан на законе вынужденной конвективной теплоотдачи от тела, обогреваемого стабилизированным источником тепла - нагревателем 5, потоку сре5 ды, омывающей датчик. О скорости движени  среды суд т по разности между температурой нагретого тела - втулки 4,  вл ющейс  основным теплопередающим элементом датчика, и температурой потока.

0 которую имеет необогреваема  втулка 3.

Тепловой поток, выдел емый нагревателем 5 датчика, передаетс  омывающей его среде двум  пут ми: путем теплопроводности (RTi) и конвекции (RK) через втулку 4 (эта

5 часть теплового потока полезно используетс , так как по температуре втулки 4 суд т о скорости среды); путем теплопроводности (RT2) и конвекции (Рк) через другие элементы конструкции датчика (эта часть теплового по0 тока тер етс ). Поскольку при изготовлении датчиков величины всех одноименных сопротивлений R выполнить одинаковыми невозможно , каждый датчик имеет свою градуировочную характеристику. Дл  приве5 дени  характеристик всех датчиков к единой заданной предлагаетс  сопротивлени  RT2, RKL RK2 выполн ть переменными (регулируемыми ) и с их помощью настраивать датчики в процессе градуировки, обеспечива  уни0 фикацию статических характеристик датчиков и их полную взаимозамен емость.

Тепловое сопротивление части датчика, заключенной между нагревателем 5 и омываемой потоком контролируемой среды повер5 хность 12 втулки 4, при разработке и изготовлении датчика стремитс  свести к минимуму . Тепловое сопротивление части датчика , заключенной между нагревателем 5 и остальными теплопередающими поверхно0 ст ми 11, включающими поверхность тепло- изол тора 8, втулки 3, корпуса 1, особенно его хвостовой части, стрем тс  сделать максимальным . Однако исключить полностью тепловые потери от датчика к омывающей его

5 среде через элементы конструкции датчика, температура которых не контролируетс , не представл етс  возможным. Причем величина этих потерь дл  каждого конкретного тер- моанемометрического датчика различна и определ етс  допусками на изготовление

элементов конструкции датчиков, нестабильностью теплофизических свойств, например теплопроводности использованных конструкционных материалов, и другими причинами.

У различных образцов датчиков неодинаковы также тепловые сопротивлени  вынужденной конвективной теплоотдачи как от втулок 4,так и от остальных поверхностей.омы- ваемых потоком среды. Это объ сн етс , например , различием (в пределах допусков на изготовление) размеров поверхностей 11,12 и 14, наличием на этих поверхност х и перед ними уступов, турбулизирующих пограничные слои потока контролируемой среды, различной шероховатостью теплопередающих поверхностей отдельных образцов дап-иков и р дом других причин.

Винтовые регул торы, укрепленное на датчиках перед теплопередаюплми поверхност ми 12 и 11.и регул тор теплопоовод- ности позвол ют измен т в процессе градуировки датчиков сопротивление вынужденной конвективной теплоотдачи от втулки 4,корпуса 1 и теплоизол тора 8. Ecw при градуировке датчика вы влено, что е.о выходной сигнал (разность температур, измеренных термопарами 7 и 6) выше установленного заданной унифицированной выходной характеристикой дл  данной скорости среды, следует вывернуть регулируемые турбулизаторы 10 из тела датчика перед втулкой 4, увеличив тем самым высоту уступов, турбулизирующих пограничный слой потока, омывающего эту втулку. При этом интенсифицируетс  охлаждение поверхности 12 и температура втулки 4 понижаетс  до требуемой величины. С этой же целью регулируемыми турбулизаторами 9 можно снизить интенсивность турбулентных пульсаций в пограничном слое потока,омывающего хвостовую часть корпуса 1 датчика , где тепловые потери наиболее высоки вследствие ее близости к нагревателю 5. Дл  снижени  интенсивности пульсаций турбулизаторы 9 следует утопить в тело датчика . При этом пульсации будут гаситьс  в отверсти х, образующихс  в корпусе 1 датчика . При необходимости повысить выходной сигнал дл совмещени 

характеристики градуируемого датчика с заданной следует в той или иной мере ввернуть регул торы 10 в тело датчика и (или) вывернуть регул торы 9.

Одновременно измен ют теплопроводность корпуса перемещением регул тора 13 вдоль оси датчика. При этом больша  или меньша  площадь поверхности корпуса 1 будет защищена от контакта с охлаждающим (

потоком среды, что приведет соответственно к увеличению или уменьшениютеплового сопротивлени  Рт2 этой части датчика. Увеличение теплового сопротивлени  приводит к росту выходного сигнала датчика и

наоборот. Дл  повышени  эффективности регулировани  между регул тором 13 и корпусом 1 предусмотрен зазор, величина которого , как правило, не должна превышать 1 мм, что исключает свободный конвективный

массообмен газа в зазоре. Наличие свободной конвекции в зазоре уменьшает его тепловое сопротивление.

Таким образом, добиваютс  полного совпадени  выходных характеристик различных датчиков термоанемоментра.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Датчик термоанемометра, содержащий корпус с теплопередающей поверхностью,

   нагреватель и измеритель разности температур , отличающийс  тем, что, с целью обеспечени  унификации датчиков за счет изменени  их чувствительности, дополнительно содержит по меньшей мере один ре- г

   гулируемый турбулизатор, установленный на корпусе перед теплопередающей поверхностью , и регул тор теплопроводности части корпуса, заключенной между нагревателем и теплопередающей поверхностью .

   %

   ш

   7, SaSSflgSSSSSSa

   /;,,, ,1 , s,. Л, ,

   sa

   ii

   sa

   y4 s SsN sy544y

   J 8 JO5 a Jit

   Фие. Z

   pU2.i

   a

   :

   sa