Датчик термоанемометра

"Ч 9 ИСАНИ ОБ ЕТЕНИЯ АВТОРСКОМ ИДЕТЕЛЬСТВ аучно.Дзерфее ительможет скороИзобретение от му приборостроени вано в энергетик машиностроении, п отраслях промышл скоростей потоков ж Цель изобрете фикации датчиков з ствительности, носится к измер ю и может быть ихимии, метал ищевой, горной нности при из идкости и газа, ия - обеспечен а счет изменени ительно- ПОЛ ЬЗО- лургии, и других мерении ни их чув ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Всесоюзный теплотехническийисследовательский институт им. Фжинс кого(56) Авторское свидетельство СССРФ 1137304, кл, С 01 Р 1/00, 1983.(54) ДАТЧИК ТЕРМОАНЕМОМЕТРА (57) Изобретение относится к изме ной технике и приборостроению и быть использовано для измерения На фиг,1 представлена эквивалентная электрическая схема датчика термоанемометра; на фиг,2 - датчик термоанемометра.На схеме (фиг,1) изображен источник ЭДС Ен, к которому подключены две параллеьные цепи нагрузки, состоящие соответственно из активных сопротивлений ВТ 1, Вк 1, и Вт 2, ВК 2, Сопротивления Вк 1, Вк 2, ВТ 1 - переменные. Вольтметром Ч измеряется падение напряжения на сопротивлениия ВК 1. Элементы электрической схемы эквивалентны элементам тепловой схемы датчика стей потоков жидкостей и газов. Целью изобретения является обеспечение унификации датчиков за счет изменения ик чувствительности. Унификация выходных характеристик датчиков достигается путем закрепления на корпусе 1 регулируемых турбулиэаторов 9, 10 и введением регулятора 13 теплопроводности части корпуса 1, заключенной между нагревателем 5 и теплопередающей поверхностью 11, Одновременной регулировкой турбулизаторов 9, 10 (например, в виде винтовых поверхностей) и регулятора 13 подгоняют выходную характеристику датчика под номинальную, добиваясь тем самым унификации датчиков. 2 ил,термоанемометра, а именно; источник ЭДС Ен - нагревателю датчика, сопротивление Вт 1 - тепловому сопротивлению, величина которого определяется теплопроводностью части д датчика, заключенной между его нагревателем 0 и контролируемой средой со стороны теплопередающего элемента, температура которого измеряется сопротивление Втг - тепловому С сопротивлению, величина которого определя ется теплопроводностью частей датчика, за- ф ключенных между нагревателем и средой со Я стороны прочих теплопередающих элементов, сопротивление Вк 1 - тепловому сопротивлению, величина которого определяется сопротивлением вынужденной конвективной теплоотдачи пограничного слоя потока, омывающего теплопередающий элемент датчика, температура которого измеряется: сопротивление ВК 2-тепловомусопротивлению, величина которого определяется сопротивлением конвективной теплоотдачи потока, омывающего прочие теплопередающие поверхно 1670 Б 12сти датчика; вольтметр Ч - измерителю перепада температур,Датчик термоанемометра (фиг.2) содержит трубчатый корпус 1, снабженный входным конфузорным насадкам 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 измеряется термопарами б и 7, соединенными по дифференциальной схеме. Втулки 3 и 4 отделены друг от друга теплоиэолятором 8, образующим с этими втулками гладкую внутренюю поверхность датчика.В тело теплоизолятора 8 ввернуты регулируемые турбулизаторы 9 и 10, выполненные, например, в виде винтовых элементов. Длина турбули заторов 9 и 10 такова, что они могут быть полностью утоплены в теле датчика, при этом на поверхностях теплоизолятора 8 или корпуса 1 образуются глухие отверстия. Турбулизаторы 9 и 10 размещены перед основными теплопередающими поверхностями 11 и 12 датчика. Причем поверхности 11 принадлежат корпусу 1 и теплоизолятору 8, а поверхность 12 обогреваемой втулке 4, температура которой измеряется термопарой 1. На хвостовую часть корпуса 1 датчика навернут регулятор 13 теплового сопротивления корпуса, который может перемещаться вдоль оси корпуса 1 по резьбе. Между поверхностью 11 корпуса 1 и внутренней поверхностью регулятора 13 имеется зазор, увеличивающий тепловое сопротивление (уменьшающий теплопроводность) части датчика, заключенной между нагревателем 5. и теплопередающей поверхностью 14, через которую отводится часть теплового потока, выделяемого нагревателем 5,В преобразователях, имеющих реальные выходные характеристики, существует необходимость изменения чувствительности этих преобразователей, что может быть представлено формулой у = 1 х, где 1 - коэффициент, характеризующий чувствительность, В данных датчиках это достигается тем, что часть тепла от нагревателя отводится и в силу этого выходная характеристика термопреобразователя изменяет свой угол наклона, Однако выходные характеристики термопреобразователей имеют еще разброс в виде эквидистантного смещения. Для устранения этого вида разброса выходных характеристик термопреобразователей турбулизируется часть потока, омывающего теплопередающий элемент, с помощью турбулизаторов. Выходная харак 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 теристика термопреобразователей при такой регулировке смещается эквидистантно. Для полного совпадения характеристик преобразователей (в пределах 1 - 1,5) необходимо производить эти две регулировки совместно, так как только при этом удается получить унифицированную выходную характеристику,Принцип работы термоанемометрического датчика основан на законе вынужденной конвективной теплоотдачи от тела, обогреваемого стабилизированным источником тепла - нагревателем 5, потоку среды, омывающей датчик, О скорости движения среды судят по разности между температурой нагретого тела - втулки 4, являющейся основным теплопередающим элементом датчика, и температурой потока, которую имеет необогреваемая втулка 3.Тепловой поток, выделяемый нагревателем 5 датчика, передается омывающей его среде двумя путями: путем теплопроводности(В 1) и конвекции(Вк 2) через втулку 4(эта часть теплового потока полезно используется, так как по температуре втулки 4 судят о скорости среды); путем теплопроводности (ВТ 2) и конвекции (Вкг) через другие элементы конструкции датчика (эта часть теплового потока теряется). Поскольку при изготовлении датчиков величины всех одноименных сопротивлений В выполнить одинаковыми невозможно, каждый датчик имеет свою градуировочную характеристику. Для приведения характеристик всех датчиков к единой заданной предлагается сопротивления Вт 2, Вк 1, Вк 2 выполнять переменными (регулируемыми) и с их помощью настраивать датчики в процессе градуировки, обеспечивая унификацию статических характеристик датчиков и их полную взаимозаменяемость.Тепловое сопротивление части датчика, заключенной между нагревателем 5 и омываемой потоком контролируемой среды поверхность 12 втулки 4, при разработке и изготовлении датчика стремится свести к минимуму. Тепловое сопротивление части датчика, заключенной между нагревателем 5 и остальными теплопередающими поверхностями 11, включающими поверхность тепло- изолятора 8, втулки 3, корпуса 1, особенно его хвостовой части, стремятся сделать максимальным. Однако исключить полностью тепловые потери от датчика к омывающей его среде через элементы конструкции датчика, температура которых не контролируется, не представляется возможным. Причем величина этих потерь для каждого конкретного термоанемометрического датчика различна и определяется допусками на изготовлениеэлементов конструкции датчиков, нестабильностью теплофизических свойств, например теплопроводности использованных конструкционных материалов, и другими причинами, 5У различных образцов датчиков неодинаковы также тепловые сопротивления вынужденной конвективной теплоотдачи как от втулок 4,так и от остальных поверхностей,омываемых потоком среды, Это объясняется, на пример, различием (в пределах допусков на изготовление) размеров поверхностей 11, 12 и 14, наличием на этих поверхностях и перед ними уступов, турбулизирующих пограничные слои потока контролируемой среды, различ ной шероховатостью теплопередающих поверхностей отдельных образцов дал иков и рядом других причин.Винтовые регуляторы, укрепленного на датчиках перед теплопередаюл,нми повер хностями 12 и 11,и регулятор теплопооводности позволяют изменят в процессе градуировки датчиков сопротивление вынужденной конвективной теплоотдачи от втулки 4,корпуса 1 и теплоизолятора 8 Есл при 25 градуировке датчика выявлено, что е,о выходной сигнал (разность температур, измеренных термопарами 7 и 6) выме установленного заданной унифицированной выходной характеристикой для данной 30 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 35 этом интенсифицируется охлаждение поверхности 12 и температура втулки 4 понижается до требуемой величины, С этой же целью регулируемыми турбулизаторами 9 можно снизить интенсивность турбулентных 40 пульсаций в пограничном слое потока,омывающего хвостовую часть корпуса 1 датчика, где тепловые потери наиболее высоки вследствие ее близости к нагревателю 5, Для снижения интенсивности пульсаций тур булизаторы 9 следует утопить в тело датчика. При этом пульсации будут гвситься в отверстиях, образующихся в корпусе 1 датчика. При необходимости повысить выходной сигнал для совмещения характеристики градуируемого датчика с заданной следует в той или иной мере ввернуть регуляторы 10 в тело датчика и (или) вывернуть регуляторы 9,Одновременно изменяют теплопроводность корпуса перемещением регулятора 13 вдоль оси датчика. При этом большая или меньшая площадь поверхности корпуса 1 будет защищена от контакта с охлаждающим потоком среды, что приведет соответственно к увеличению или уменьшению теплового сопротивления йт 2 этой части датчика. Увеличение теплового сопротивления приводит к росту выходного сигнала датчика и наоборот. Для повышения эффективности регулирования между регулятором 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, добиваются полного совпадения выходных характеристик различных датчиков термоанемоментра. Формула изобретения Датчик термоанемометра. содержащий корпус с теплопередающей поверхностью, нагреватель и измеритель разности температур, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения унификации датчиков эа счет изменения их чувствительности, дополнительно содержит по меньшей мере один регулируемый турбулизатор, установленный на корпусе перед теплопередающей поверхностью, и регулятор теплопроводности части корпуса, заключенной между нагревателем и теплопередающей поверхностью,1670612 Потак оставитель Ю. Власоехред М.Моргентал рректор М.Максимишинец едактор Л,Веселовск Ужгород, ул, Гагарина, 10 й комбинат "Пат эводственно-иэдател акаэ 2748 Тираж 329 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5