Датчик пульсаций температуры потока жидкости

Союз СоветскихСфциапистнчеснихРвсиубпин ОП ИСАНИ Е ИЗЬБРЕТЕН ИЯ и.,922541 Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ%Ъвудлротюиый комитет СССР ао делам изооратеиий в открытий(088,8) Дата опубликования описания 23.04.82.(54) ДАТЧИК АЦИЙ ТЕМПЕРАТУРЫИЩКОСТИ Изобретение о ным измерениям, для измерения пу потока жидкости. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является датчик пульсаций температуры потока жидкости, содержащий батарею термопар, холодные спаи которой размещены в теплоинерционной оболочке 12.Недостатками указанного датчика являются ограниченное быстродеиствие (порядка десятых долей секунды) и невозможность разрешения малых пульсаций в потоке из-за расположения внешних сварных (рабочих) термоспаев вдоль корпуса. Сравнительно большие размеры термобатареи, слабая жесткость термопар снижают точность измерений,вышение быеи способЦель изобретенитродействия и разости датчика. ч иена в теплои осится к, температурименно к устройствамсаций температуры Известно устройство для измерения,5 температуры потока, чувствительным элементом которого служит батарея термопар, которые размещены в индивидуальных ячейках дефлекторов, рас 1 О положенных на значительном расстоянии друг от друга в державке 11 .Однако это устройство не позволяет получить высокой чувствительности и разрешающей способности.15Кроме того, ячейка дефлектора в случае использования устройства для измерения пульсаций термопары потока жидкости, искажает набегающий фронт неоднородности,. что приводит к снижению точности измерений, Отсутствие жесткого крепления термоэлектродов .также может вызывать искажения пока.заний из-за возможной вибрации. азанная цель достигается тем,датчике термобатарея выполвиде жесткозакрепленной в нерционной оболочке плоской92254спирали, образующей своими витками на горце оболочки, обращенном к пос току, клинообразные выступы, на которых размещены внешние спаи термобатареи при этом отношение высоты выступов к диаметру проволоки спирали находится в пределах3,-120Ъгде Ь - высота .выступов, 10д - диаметр проволоки,Наличие теплоинерционной оболочки, которой придана обтекаемая форма улучшает гидродинамическое.взаимодействие элементов датчика с 15 потоком. При этом тепловая постоянная времени теплоинерционной ободочки выбрана из условия поддерживания температуры внутренних термоспаев, равной средней температуре об-,0 текающего потока жидкости. Так при скоростях потока воды порядка нескольких метров в секунду величина тепловой постоянной оболочки-обтекателя.обычно порядка минуты, 23Размер клинообразного выступа определяется, исходя из того, чтобы теплообмен за счет теплопроводности был значительно меньше теплообмена с потоком во всем измеряемом диапазоне, а условия обтекания выступов и их жесткость были наилучшими.Оптимальные условия обтекания и теплообмена удовлетворяются при выполнении соотношения 3(20На чертеже изображен предлагаемый датчик, разрез.40Датчик содержит теплоинерционную оболочку - обтекатель 1, размещенный в ней кольцеобразный сердечник 2 из неэлектропроводного материала или из металла, покрытого слоем изо 45 ляции, навитую иа сердечник спираль 3 из тонкой проволоки (например, константановой) с металлическим покрытием в виде слоев 4 (например, родневых или медных), образующую термобатарею с внутренними 5 и внешними 6 термоспаями.Внешние спаи термобатареи расположены на клинообразных выступах 7, образованных витками спирали, а внутренние термоспаи находятся в тепловом контакте с оболочкой и кольцеобразным сердечником и предохранены от электрического замыкания изоляци 1 4онным слоем 8. Концы термобатареисоединены с токосъемными проводниками 9 для подключения к измерительному прибору.Дпя улучшения условия обтеканияклинообразным выступам придана криволинейная форма, например параболическая, Основания выступов жестко заделаны в теплоинерционную оболочкудля придания конструкции большейжесткости. С целью устранения влияния проводимости среды на точностьизмерений и увеличения срока службы устройства клинообразные выступытермобатареи покрыты тонким изолируюцим слоем лака или эмали.Устройство работает следующим образом,Датчик ориентируют внешними термоспаями 6 навстречу потоку жидкости, направление которого на чертеже показано стрелками, Гладкая поверхность термоспаев обеспечиваетхорошее обтекание потоком. Черезнекоторое время, которое определяется в основном теплоинерционнойоболочкой 1 1 обычно не более нескольких минут, теРмо-ЭДС от датчика в потоке с постоянной температурой практически исчезает и датчикготов к работе. При появлении в потоке тепловых неоднородностей фронтнеоднородности свободно обтекаетклинообразные выступы 7 витков термобатареи с расположенными на нихвнешними термоспаями 6, которые,благодаря хорошим условиям теплообмена и малой собственной теплоемкости, быстро принимают температурунеоднородности. Например, при толщине проволоки термобатареи 50 мкми толщине слоя покрытия несколькомкм, постоянная времени датчика составляет несколько мс при скоростиотносительно потока порядка одногометра в секунду. За это время температура внутренних термоспаев 5 датчика практически не изменится, таккак теплоинерционная оболочка 1.неуспевает заметно прогреться. В результате на выходе датчика появитсятермо-ЭДС величина которой будет1соответствовать разности температурвнешних 6 и внутренних 5 термоспаев. На медленные изменения температуры окружакщей среды датчик не реагирует.Хорошие условия обтекания внешних спаев датчика, расположенныхна клинообразных выступах спиральной термобатареи, а также возможность использования в ней тонкойпроволоки обеспечивают высокие метрологические характеристики предлагаемого датчика: быстродействие порядка мс, разрешение пульсаций порядка нескольких миллиметров. Испытания опытного образца дат О чика с 60 рабочими спаями показали следующие результаты: чувствительность не хуже 0,01 С при отношении сигнал/шум не менее 5, постоянная времени до 10 мс, разрешающая спо собность по направлению оси датчика при скорости порядка 1 м/с менее 8 мм чувствительность к температурФному градиенту не хуже 1,7 мВ см/ С.20 Формула изобретения Датчик пульсаций температуры потока жидкости, содержащий термоба тарею, внутренние спаи которой размещены в теплоинерционной оболочке, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и 922541 6разрешающей способности датчика, внем термобатарея выполнена в видежесткозакрепленной в теплоинерционной оболочке плоской спирали. об-разукщей своими витками на торце обопочки обращенном к потоку, клинообразные выступы, на которых размедены внешние спаи термобатареи, приэтом отношение высоты выступов кдиаметру проволоки спирали находитсяв пределах.31 (20где- высота выступов,д - диаметр проволоки.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРУ 127841, кл. 6 01 К 13/02, 19602. Жохов А.Д., Громова И.И. Применение термоэлектрических датчиковдля измерения температурных пульсаций в море и усовершенствованиетехнологии изготовления многослойных термобатарей. "Методы и приборыдля исследования физических процессов в океане". Труды МГИ АН УССР.Киев, "Наукова думка", 1966, т. 36,с. 135-141 (прототип).