Способ измерения теплоты сгорания горючих газов

СОЮЗ СОВЕТСКИХасцюаиеивРЕСПУБЛИК 0% 1 И 3(59 С 01 Я 25 2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Ф1ю ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГП 4(71) Ленинградский ордена ТрудовогоКрасного Знамени технологический институт холодильной промышленности(56) 1.Микина В.Д., Олейник Б.Н.Труды метрологических институтов СССР,вып.П 1, с.62-65,2. Патент США В 3393562,кл. С 01 К 17/00, 969.3. Патент СПА В 3 460 385,кл, С 01 К 17/00, 1969.(54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОТЫСГОРАНИЯ ГОР 10 ЧИХ ГАЗОВ, заключающийся в том, что измерительную и сравнительную ячейки помещают в индентичные условия, рабочую смесь непрерывно подают в измерительную ячейку и осуществляют процесс полного сжигания газа, отводят продукты сгорания и сравнивают тепловыделения в измерительной и сравнительной ячейках, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, непрерывно регстрируют тепловой поток между равными по площади противолежащими участками наружной поверхности измерительной и сравнительной ячеек, затем выравнивают тепловыделения в ячейках путем регулирования тепловой мощности сравнительнойячейки, измеряют величину компенсирующей тепловой мощности в сравнительной ячейке и по известным зависимостям определяют теплоту сгорания.Изобретение относится к теплофизическим измерениям свойств веществ и может быть использовано в теплоэнергетике, в различных областях промышленности, использующих теплоту сгорания газов, а также при научных исследованиях.Известен способ непрерывного измерения теплоты сгорания горючих газов, заключающийся в гом, что в из О мерительную ячейку непрерывно подают рабочую смесь и осуществляют процессполного сжигания газа, отводят продукты сгорания, измеряют разность температур медду продуктами сгорания на выходе иэ ячейки и окислителем на входе и поддерживают ее постоянной путем регулировки расхода исследуемого газа, затем по известным зависимостям определяют теплоту сгора ния Ц .Описанный способ является одноячеечным, поэтому для него характерно увеличение погрешности измерения изза влияния окружающей среды, Кроме 25 того, определение тепло гы сгорания связано с измерением температуры продуктов сгорания с помощью датчика температуры, установленного в потоке уходящих газов на выходе из ЗО измерительной ячейки, при этом не учитывается зависимость температуры горения от.большого числа Факторов гаких как нестационарность процессов горения и теплообмена в ячейке, све- З 5 тимость факела, условия сжигания и многих других, функциональная связь между которыми еще недостаточно изучена Дополнительную погрешность накладывает также нестабильность термоэлектрическ их свойств материала датчика температуры, обусловленная работой его в условиях высокой температуры 1500 2500 С) и агрессивной среды. 45Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения теплоты сгорания горючих газов, заключающийся в том, что измерительную и сравнительную ячейки помещают в идентичные 5 О условия, рабочую и эталонную смеси непрерывно подают соответственно в измерительную и сравнительную ячейки и осуществляют процесс полного сжигания исследуемого и эталонного газов, 55 отводят продукты сгорания, измеряют разность температур между продуктами сгорания исследуемого и эталонного газов на выходе из соответствующихячеек и по полученному значению определяют искомую теплоту сгорания. Описанный способ является двухячеечнымдиФФеренциальным) и позволяет свести к минимуму погрешность измерения,связанную с воздействием окружающейсреды 2 и 3 , Однако теплотасгорания исследуемого газа согласноэтому способу определяется по изменению температуры продуктов сгорания,измеряемой с помощью датчиков температуры, установленных в потоке уходящих газов, поэтому погрешность измерения достаточно высока. Кроме того, необходимость постоянного сжигания эталонного газа помимо исследуемого приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик.Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения теплоты сгораниягорючих газов.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу измерения теплоты сгорания горючих газов, заключающемуся в том, что измерительнуюи сравнительную ячейки помещают видентичные условия, рабочую смесь непрерывно подают в измерительную ячейку и осуществляют процесс полногосжигания газа, отводят продукты сгорания и сравнивают тепловыделения визмерительной и сравнительной ячейках, непрерывно регистрируют тепловойпоток между равными по площади проти",волежащими участками наружной поверхности измерительной и сравнительнойячеек, затем выравнивают тепловыделения в ячейках путем регулированиятепловой мощности сравнительной ячейки, измеряют величину компенсирующейтепловой мощности в сравнительнойячейке и по известным зависимостямопределяют теплоту сгорания.Уменьшение погрешности определениятеплоты сгорания горючих газов достигается путем прямого сравнения икомпенсации теплоты, выделяющейся визмерительной и сравнительной ячейках, а также путем исключения операции измерения температуры продуктовсгорания.на выходе иэ измерительнойячейки, приводящей, в свою очередь,к целому ряду дополнительных погрешностей измерения,Величины абсолютной погрешности измерения тепловой мощности, выделяемой при сжигании гаэа в измеритель1126пред-что Е,Д 0ЯВ. 3ной ячейке для прототипа Д Ц и лагаемого способа Д 1, с учетом, в обоих случаях ячейки находятся одинаковых условиях по отношению оболочке калориметра, равны ДЯ -- ( -- + 2), ,2). О Е кт 0где Е , Е - электРические сигналысоответственно с датчи,ка температуры и датчика теплОВОГО потока,В;.Б , Я.2 - чувствительность соотнетственно датчика температуры, В/К, и датчика теплового потока,В/Вт.термическое сопротивлениесвязи с оболочкой калориметра К/Вт,т термическое сопротивлениесняэи между измерительнойи сравнительной ячейками,К/Вт..Для одинаковых минимально контролируемых электрических сигналов Е= ЕЕ получим отношение абсолют 30 2 ю 1 пных погрешностей ВО Яд 1Ю Ю у(3)дО Я, Е,-ж)При испольэованйи стандартной температуры с чувствительностью Я= 401 О" В/К и полупронодниконого тепло- мера с чувствительностью Я = 0,1 В/Вт величина Д 1 на порядок больше Д. Расчет по формуле (3) для указанных 4 О условий показывает, что Д 0 1 остается много больше Д Я 2 вплоть до величины К 100 К/Вт. Выравниваются также погрешности при 1=1000 К/Вт, однако при этом имеет место недопустимый на практике перегрев конструктивных элементов ячейки относительно температуры оболочки калориметра. На чертеже представлена тепловая 50 схемаосуществления предлагаемого способа.На схеме изображены измерительная 1 и сравнительная 2 ячейки, обо-. лочка 3 калориметра. Для уменьшения 55 погрешности измерения от воздействия окружностей среды используется известная дифференциальная схема с двумя 853 4одинаковыми ячейками, которые помещают в идентичнье условия. Идентичность условий достигают путем симметричного расположения обеих ячеек в оболочке калориметра 3, на поверхности которой поддерживают постоянную температуру Т, а также путем связи ячееки 2 с оболочкой 3 через одинаковые термические сопротивления Ви Ко(т.е. К с = Ко)Затем в измерительную ячейку по специально"ч подводящему патрубку непрерыр ,одают рабочую смесь (исследуемый горючий газ с окислителем/ и осуществляют процесс полного сжигания газа, при этом в измерительной ячейке вьделяется тепловая мощность Я.Получившиеся продукты сгорания отводят иэ измерительной ячейки с помощью специального выводного патрубка в атмосферу. Для уменьшения погрешности измерения рекомендуется любым известным способом обеспечить с достаточной точностью условие равенства физического гепла, вносимого в измерительную ячейку с рабочей смесью, физическому теплу, уносимому с продуктами сгорания, что, например, можно выполнить с погрешностью порядка 0,057 лри достижении равенства ,температур рабочей смеси на входе в ячейку и продуктов сгорания на выходе из нее.Полученную тепловую мощность , сравнивают с теплоньделением в сравнительной ячейке Я . Для этого не-опрерывно регистрируют тепловой потокмежду равными по площади противотлежащими участками наружной поверхности измерительной и сравнительной ячеек. Указанное обеспечивается за счет включения между измерительной и сравнительной ячейками полупроводниковых преобразователей теплового потока (тепломерон). В этом случае между ячейками устанавливается тепловая связь с термическим сопротивлением К и теплоной поток Ят регистрируют по величине пропорционального ему электрического сигнала с тепломерон, Для уменьшения погрешности измерения рекомендуется принять меры для уменьшения контактных термических сопрот тивлений между тепломерами и наружными поверхностями ячеек, а также стремиться к обеспечению изотермичности наружных поверхностей ячеек.По величине электрического сигнала с тепломеров выравнивают тепловы1126853 ЬоддрофктоЮсгороиия НИИПИ Заказ 8683 32 Тираж 822 Понписное ал Патент , г.Ужгород, ул.Проектная, 4 доения в ячейках путем регулирования тепловой мощности сравнительной ячейки, измеряют величину компенсирующей тепловой мощности в сравнительной ячейке и по известным эависи" 5 мостям определяют теплоту сгорания, В этом случае с Достаточной точностью должно выполняться условие Я 0 и 01 011 щЧо 02, где ч 1 и ( " тепловые потоки через соответственно терми ческие сопротивления К и Ка, что наиболее просто реализуется с помощью установки в сравнительной ячейке электронагревателя, соединенного с, выходом регулируемого высокостабили зированного источника питания типа БНН, Б 5=49 и т.д, Величина компенсирующей тепловой мощности Я, определяется в этом случае по измеренным значениям тока и напряжения 20 на ветвях электронагревателя с погрешностью не менее 0,017 ТодаЧЩ тепловая мощность Ц, выделяющаяся в измерительной ячейке при сжигании исследуемого газа, определяется по известной зависимостиРд АОоф (4) где А - коэффициент, определяемыйпри калибровке калориметра.Затем, зная объемный расход исследуемого газа при нормальных условиях Ч (м /с), можно определить искомую теплоту сгорания Дж/м) по известной зависимостия = а/ы. (5)Таким образом, предлагаемый способ измерения теплоты сгорания горючих газов позволяет на порядок ,мень- шить относительную погрешность измерения по сравнению с прототипом.