Способ измерения отношения коэффициентов теплоотдачи в изотермических средах

: 5;:,Ч.библиотек, МБА ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Р 1804963 Со 5 оз Советских Социалистических Республ 11 к1) Дополнительное к авт видл г б 011 ч 25 О 975480 26-25 22) Заявлено 30.11,73 (2 присоединением заяв Государстее 11 кык котхктгт света к:нстров СССР(23) ПриоритетОпубликовано 28,02.76, Б 53) УДК 536.24(088,8) тень Ме 25.05.76 о делам изобретен ткрытии ата опубликования описан 2) Автор изобретени И. 3. Оку 1) Заявител 54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ В ИЗОТЕРМИЧЕСКИХ СРЕДАХ2 11 И 5 Изобретение может быть использовано при исследовании теплофизических свойств газов и жидкостей в аэро и гидродинамичестсих исследованиях, газовой хроматографии.В настоящее время не существует прямого способа измерения отношения коэффициентов теплоотдачи от двух терморезисторов, перегретых протекающим по ним током относительно окружающей среды, так как при этом требуется помимо измерения этих коэффициентов Кт и Кг и преобразования их величин в пропорциональные электрические сигналы осуществить операцию деления Кг/К 1, что является достаточно сложной задачей. Поэтому для сравнения величин коэффициентов тепло- отдачи используют дифференциальные (разностные) методы, например, в газовой хроматографии, Между тем, во многих случаях из- МЕрЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ Кг/К 1 ПрЕдПОЧтИтЕЛЬНЕЕ, чем измерение порознь величин К 1 и Кг или ИХ раЗНОСтИ Кг - К 1, таК КаК ОНО ПОВЫШаЕт точность измерения теплофизичеоких характеристик веществ вследствие уменьшения или исключения систематической погрешности измерения каждым датчиком в отдельности, позволяет упростить обработку результатов измерений, повышает универсальность приборов, исследующих теплофизические характеристики веществ и т. п.Действительно, измерение безразмерной(относительной) величины Кг/К 1 гораздопредпочтительнее, чем измерение разностиКг - К 1, например, при различных теплотехнических измерениях, так как в теории теплопередачи широко используются именно зависимости безразмерных (относительных) величин, характеризующих теплоотдачу, от безразмерных же критериев подобия,Предлагаемый способ позволяет весьма10 просто решить задачу измерения отношениякоэффициентов теплоотдачи двух терморезистивных датчиков в изотермических средах.Это достигается тем, что в качестве датчиков используют два однотипных критезисто 15 ра, один из которых запитывают стабилизированным током при отрицательном температурном коэффициенте сопротивления (ТКС)критезисторов или стабилизированным напряжением при их положительном ТКС, разогре 20 вают критезистор до критической температуры, преобразуют выходное напряжение накритезисторе или ток через него соответственно в пропорциональные им ток или напряжение, которым запитывают второй критезистор,25 разогревают его до критической температурыи измеряют соответственно выходное напряжение на втором критезисторе или ток черезнего.Пре длагаемыи способ измерения отношеоэффициентов теплоотдачи в изотерми 504963ческих средах с помощью двух терморезистивных датчиков основывается на следующем.В качестве датчиков в данном случае используются критезисторы (терморезисторы с резким изменением величины сопротивления на несколько порядков в узком температурном интервале вблизи некоторой критической температуры 0 - температуры их фазового перехода), Критезисторы по своему основному назначению являются бесконтактными термореле, срабатывающими на замыкание (критезисторы с отрицательным ТКС),или на размыкание (критезисторы с положительным ТКС в области фазового перехода) при повышении температуры среды до температуры их фазового перехода. В настоящее время промышленность выпускает критезисторы как с положительным ТКС типа СТ 5-1 (О= - 120 С), так и с отрицательным ТКС, например, типа СТ 9-1 (О =66 С).Известно, что критезисторы, разогретыепротекающим по ним током до критической температуры О, автостабилизируют свою температуру Тизменением собственного сопротивления Р как при изменении температуры окружающей среды Т, (Тс(0), так и при изменении своего коэффициента теплоотдачи К в окружающую среду в достаточно широких пределах.Таким образомТ = О = сонэкКритезисторы с отрицательным ТКС автостабилизируют свою температуру лишь приработе в режиме заданного тока, т, е, от источника тока с достаточно большим внутренним сопротивлением ХГ); выходным сигналомдля них является напряжение на критезисторе. Если критезистор с отрицательным ТКСподключить к источнику напряжения с малымЯ), то с уменьшением сопротивления Й критезистора при его фазовом переходе мощностьИ/Я, выделяемая в нем, резко возрастает,что приводит к перегреву критезистора и выходу его из строя.Совершенно аналогично можно показать,что критезисторы с положительным ТКС автостабилизируют свою температуру лишь приработе в режиме заданного напряжения, т, е,от источника напряжения с малым внутренним сопротивлением Я выходным сигналомдля них является ток через критезистор.Установившиеся значения токачерез критеэистор и напряжения с) на нем связаныуравнением энергетического баланса,), = (Т,. - Тс)или, с учетом соотношения (1),Тс) (2)где К - коэффициент теплоотдачи от критезистора,Тс - температура окружающей средыРассмотрим случай использования в качестве датчиков критезисторов с отрицательным ТКС.Если запитать один из критезисторов стабилизированным током й=сопз 1, то выходное напряжение У), на нем будет равно;к, (о - т,)1о Преобразовав напряжение У) в пропорциональный ему ток 2=аЬ, (а=сопй), достаточный для разогрева второго критезистора докритической температуры О, и подав его накритезистор, мы получим на его выходе напряжение с), равноеК,о - т) К,0 - т)з=2 аУ,К,(-) - Т ) . К 2(3)20 аК 1 (е) - Тс) К 1Таким образом, выходное напряжение навтором критезисторе пропорционально отношению коэффициентов теплоотдачи датчиков,Рассмотрим теперь случай использования вкачестве датчиков критезисторов с положительным ТКС. Если запитать один из критезисторов стабилизированным напряжениемУо=сопз 1, то ток ) через критезистор будетравен)0 К(ч - т)12Преобразовав ток ) в пропорциональноеему напряжение 02=И) (6=сопз 1), достаточное для разогрева второго критезистора до критической температуры О, и подав его на этот критезистор, мы получим ток з через него,.:-сопзК 1 о - т,) к 1Таким образом, выходной ток через второйкритезистор пропорционален отношению коэффициентов теплоотдачи датчиков.Более глубокое рассмотрение вопроса, аименно, учет неравномерности температурного поля в теле критезистора и снижения температуры его поверхности на величину ЬТ50ниже критической температуры 6 показывает,что полученные выше соотношения справедливы в том случае, когда теплопроводность);ч тела критезистора по отношению к выделяющемуся в нем тепловому потоку д существенно оольше его коэффициента теплоотдачиК в окружающую среду.Действительно, с учетом имеющего место вдействительности понижения температуры поверхности критезистора, соотношения (3) и00 (4) следует записать в виде7 К 2 (0 ЬТ 2 тс)ак) (0 - Ьт) - Тс)К, (н) - ЬТ, - Т,)Лишь при условии хчК, из которого вытекает неравенство ЬТ 0 - Тбудут справедливыми соотношенияУ,=сопз 1или ,=сопй -К 1 К 1Поэтому для измерения отношения К 2/К весьма перспективны пленочные датчики (например, на основе двуокиси ванадия Ю 2, у которых теплопроводность хч может быть весьма велика.На чертеже приведен пример устройства для осуществления предлагаемого способа.Транзистор 1, стабилитрон 2 и резисторы 3, 4 стабилизируют ток о через критезистор 5 с отрицательным ТКС, являющийся первым датчиком. Напряжениес него У=К(0 - Тс)/о через эмиттерный повторитель 6 подается на транзистор 7, преобразуется им в пропорциональный ток 2=аУ, которым запитывается критезистор 8. Напряжение на нем, пропорциональное отношению коэффициентов тепло- отдачи К/К критезисторов, измеряется прибором 9,Предлагаемый способ может быть использован, в частности, для измерения скорости Р потока жидкости или газа, Действительно, если оба критезистора поместить в поток и один из них защитить от непосредственного обтекания потоком, окружив его кожухом с развитой поверхностью, температура которой практически равна температуре среды, то для 5049636этого критезистора К=сопй, в то время как К 2=/2(Р). При этом выходной сигнал со второго критезистора У, (или Ь) равен (см. выражения (3) и (4)1у, = сопят ( ) / с, = сопят г( )К 1К 1т. е. он определяется скоростью потока Р и .не зависит, в частности, от температуры среды, 10 что является существенным преимуществомпредлагаемого способа.Формула изобретенияСпособ измерения отношения коэффициен тов теплоотдачи в изотермических средах спомощью двух датчиков о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения измерения, в качестве датчиков используют два однотипных критезистора, один из которых запитывают 20 стабилизированным током при отрицательномтемпературном коэффициенте сопротивления критезистора или стабилизированным напряжением при положительном температурном коэффициенте, сопротивления, нагревают кри тезистор до критической температуры, преобразуют выходное напряжение или ток через него соответственно в пропорциональные им ток или напряжение, которым запитывают второй критезистор, нагревают его до крити ческой температуры и измеряют соответственно напряжение или ток через второй критезистор.