книги из ГПНТБ / Коротков П.А. Динамические контактные измерения тепловых величин

n=0

Используя в выражениях (1.202) и (1.202а) лишь первые члены рядов, будем иметь аналогичные зависимости для случая, когда выполняются условия (1.10)— (1.12) при а (т) = a f f l a x [1 — ехр (—6т)].

При выполнении условий (1.7)—(1.9) и а (т) = «шах sin сот имеем:

Используя в выражениях (1.203) и (1.203а) лишь первые члены рядов, будем иметь аналогичные зависимости для случая, когда выполняются условия (1.10) —

А

В заключение необходимо отметить, что рассмотренные случаи изменения ве­ личины коэффициента теплопередачи пригодны для анализа процессов тепло­ обмена в таких относительно сложных системах, как двигатели внутреннего сго­ рания, аэродинамические установки низкой плотности, взрывные камеры и т. Д.

80

Достоинство данного метода заключается в том, что он не требует знания установившегося значения переходной характе­

имеет то преимущество, что масштаб кривой К (т) может не при­

82

Здесь сплошная кривая описывается уравнением (1.208), а урав­

Если в качестве приближенного выражения, описывающего пере­ ходный процесс в измерительной среде, выбрано (1.205), то иско­ мым параметром будет В. Для определения величины этого пара­ метра воспользуемся касательной, проведенной в точке перегиба А (рис. 44). Крутизна в этой точке может быть найдена так:

83

Глава II

И З М Е Р Е Н И Е Д И Н А М И Ч Е С К И Х П О Т О К О В Г А З О В И Ж И Д К О С Т Е Й Т Е П Л О В Ы М М Е Т О Д О М

Тепловой метод измерения различных величин основан на зависимости теплового состояния приемного преобразователя (ПП), содержащего нагреваемый измерительный элемент, от параметров измеряемого потока.

.8. К Л А С С И Ф И К А Ц И Я Т Е П Л О В Ы Х И З М Е Р И Т Е Л Е Й П О Т О К О В

По признаку наличия в потоке измерительного элемента тепловые расходомеры делятся на две группы: контактные и некон­ тактные. По характеру переноса тепла и изменения теплового состояния ПП тепловые расходомеры делятся на термоанемометрические, теплового пограничного слоя и калориметрические.

Принцип действия термоанемометров основан на зависимости от скорости теплового состояния (температуры) тела (теплового элемента) небольших размеров (металлическая нить или полупро­ водниковый элемент), помещенного в поток и нагреваемого про­ ходящим по нему или по специальному нагревателю электрическим током.

Тепловой элемент может быть помещен непосредственно в по­ ток или в специальную гильзу. Во втором случае прочность эле­ мента во много раз увеличивается, но одновременно возрастает его инерционность. Таким образом, термоанемометры могут быть в контактном и неконтактном исполнении.

По характеру нагрева измерительного элемента термоанемо­ метры делятся на приборы с непрерывным, прерывистым (ци­ клическим) и гармоническим нагревом.

В расходомерах пограничного слоя тепловое состояние прием­ ного преобразователя изменяется за счет переноса тепла от нагре­ вателя к термоприемнику и дальнейшего уноса его тонким погра­ ничным тепловым слоем. Такой характер теплообмена имеет место при измерении расхода газов и жидкостей в трубопроводах диаметром от нескольких до сотен миллиметров.

85

В калориметрических неконтактных расходомерах тепло of нагревателя переносится всей массой измеряемого потока. К этому виду приборов относятся расходомеры с нагревателем и термо­ приемниками, расположенными снаружи трубопровода малого диаметра и предназначенными для измерения расхода газов и жидкостей, и расходомеры для жидких металлов различных диаметров.

Измерительные системы тепловых расходомеров бывают двух видов: разомкнутые и замкнутые (см. гл. IV).

В разомкнутых системах измеряются температура, разность температур или отношение температур при наличии постоянной мощности нагрева. Сигнал от термоприемника проходит к реги­ стрирующему прибору.

Замкнутые измерительные устройства представляют собой следящие системы, осуществляющие стабилизацию одних и изме­

вает на постоянном уровне один из параметров (температуру нагревателя или разность температур до и после нагревателя). Мерой расхода может служить мощность или ток.

Реализуемый следящими системами метод измерения принято называть методом переменной мощности. Следящие измерительные системы могут быть астатическими (с интегрирующим звеном, например реверсивным двигателем), статическими и с ручным уравновешиванием. Следящие измерительные схемы могут обеспе­ чить меньшие динамические погрешности по сравнению с разомкну­ тыми системами. Однако такое уменьшение динамических по­ грешностей ограничивается устойчивостью следящей-системы.

Несмотря на некоторое различие процессов теплообмена и особенности конструкции тепловых расходомеров, существует уравнение, которое является общим для всех видов этих приборов.

Здесь п — показатель, зависящий от типа расходомера и режима потока. Для калориметрических расходомеров п = 1. Для рас­ ходомеров пограничного слоя показатели п принимаются равными показателям степени числа Рейнольдса. Так, для вынужденного ламинарного потока [уравнение (7) табл. 2] п = 0,33, для тур­ булентного потока [уравнения (9) и (10) табл. 2] п = 0,8.

Коэффициент k включает в себя поправки от факторов,которые возможно учесть совместно только при градуировке. К таким факторам относятся, в частности, расположение термоприем­ ников, распределение температуры вдоль или вокруг преобразо­ вателя, изменение коэффициента теплоотдачи в зависимости от длины нагревателя и т. д.

86

П р и м е ч а н и е . Определяющие параметры: температура tc среды и tn поверхности, диаметр d.

Из уравнения ( I I . 1) можно сделать вывод о характере градуировочных кривых приборов с разомкнутой и замкнутой измери­ тельными системами. В приборах первого вида при фиксирован­ ной мощности, т. е. при Р = const, измеряется разность и уравнение кривых имеет гиперболический характер, а именно:

88

отношения длины / начального участка к диаметру d трубопро­

термоанемометры обладают наименьшей инерционностью. Для измерения температуры нагретой проволоки в зависимости от условий теплообмена служит либо сама проволочная нить, либо термопара, спай которой прикрепляется к нити. К проволочным преобразователям относятся также такие, в которых термопара

могут иметь диаметр 5—300 мкм и длину 1—10 мм. Обычно стре­ мятся обеспечить отношение длины к диаметру lid больше 200. При таком отношении обеспечивается пренебрежимо малое влия­ ние креплений на тепловые потери через них и аэродинамические процессы на рабочем участке нити.

Правильный выбор нити облегчается применением коэффици­ ента качества нити [75]

k — VW V~7S V? О,

где р, t, а, р — температурный коэффициент изменения сопроти­ вления, максимально допустимая температура, максимально до­

температуре, равной полусумме температур нити и газа. Экспе­ риментально и теоретически доказано, что для тех интервалов и диаметров, которые обычно применяются для измерения потоков, лучеиспусканием можно пренебречь.

89