Тепловой датчик скорости потока
COOS СОВЕТСКИХ
43
РЕСПУБЛИК (5y)g G 01 P 13/00
ВСЕСОЮЗНАЯ
:" 1-:" I t<- -! t) .1ЧЕВН41 " О! ЕпА
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ASTOPCHOMY С8ИДЕТЕЛЬСТВУ
Ю
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ГЮ ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР (21) 4704660/10 (22) 18.04.89 (46) 23.06.9 1 Вюл. Р 23 (72) А.Е.Кононов (53) 532.57:682.121.8 (088.8) (56) Приборы точной механики. — 1988, ? 11, с. 44-48.
Патент CLIA М 43995480, кл. С 01 P 13/00, 07.12.86. (54) ТЕПЛОВОЙ ДАТЧИК СКОРОСТИ ПОТОКА (57) Изобретение относится к измери тельной технике, в частности к средствам для определения малых скоростей потоков жидкости и исследования полей распределения скоростей внутри потока. Целью изобретения является расширение диапазона измерений в сторону малых скоростей. Датчик содержит поИзобретение относится к измерительной технике и предназначено для определения малых скоростей потока жидкости.
На чертеже изображена схема предлагаемого датчика.
Конструкция датчика реализует зависимость температуры стержневого теплопровода, перегретого с помощью электронагревателя относительно потока, от скорости набегающего потока при ограничении вертикальной составляюцей скорости, являюпейся следствием перегрева теплопровода.
Внутри полого стержневого теплопровода 1, изготовленного из материала с высокой теплопроводностью, например меди, расположены термочувствительный элемент 2 и электрический
„,SUÄÄ 165810 А 1 лый стержневой теплопровод 1, внутри которого размещен электрический нагреватель 3. Снаружи стержневого теплопровода 1 закреплены не менее двух кольцевых пластин 4 одинаковой толщины, выполненные иэ теплоизоляционного материала. Стержневой теплопровод 1 имеет температуру на 10 - 50 К выше температуры потока. Степень охлаждения теплопровода потоком является
Ьункцией скорости потока и регистрируется термочувствительным элементом
2, расположенным внутри стержневого теплопровода 1. Кольцевые пластины 4 снижают влияние вертикальной составляющей скорости потока, возникающей как следствие свободной конвекции.
1 ил. нагреватель 3. Перпендикулярно оси стержневого теплопровода 1 на нем без зазора закреплены по крайней мере две кольцевые пластины 4, выполненные из теплоиэолируюцего материала, например Ьторопласта. Скорость всплытия нагретых частиц жидкости определяется по формуле (1) где g — ускорение силы тяжести, м/с, Р " коэффициент объемного расши-! рения, К
L — длина нагретой вертикальной поверхности, м;
7 — температура вертикальной поверхности (стержневого теплопровода), К, 1бэ0100
4Г»
D = K --- + d
+ d, (2) D = 8,46
Введя обозначение
В = К, — — + +d
6 э (4) К =8,46
Т„, — температура жидкости (потока), К.
С физической точки зрения скорость г1, приобретаемая частицами эа счет плавучести, есть результат деггствия выталкиваюггей силы ;P(T — Т ), приходящейся на единицу массы ягидкости, которая совершает работу на пуTH 1 °
Иэ Формулы (1) видно, что скорость вертикального потока Ч е т увеличивается с увеличением длины нагретой поверхности и ростом перегрева поверхности относительно среды.
Одновременно и чувствительность датчика увеличивается с увеличением длины нагретой поверхности и ростом перегрева поверхности относительно среды, что затрудняет возможность измерения малых скоростей потока, соизмеримых со скоростью вертикального потока. Диаиетр кольцевой пластины определяется по формуле где D — диаиетр кольцевой пластины, I мь
Л вЂ” диаметр стержневого теплопровода, и, 1 — кинематическая вязкость жидкости, кг/и с, ф — теплопроводность жидкости, вт/M ê;
Ь вЂ” расстояние между смежными пластинами, м, С. — удельн:. гя теплоемкость жидкосГ ти, краж/кг К, (3— — коэсмЬициент объемного расши-l рения жидкости, К удельный вес жидкости, кг/и, ускорение силы тяжести, м/с 1
Д =Т -Т вЂ” перегрев теплопровода относительно потока, К.
Расстояние между смежными пластинами h определяется по формуле (3) о.p.Qt где g ья т вертикальнаЯ cKGPocTb всплытия нагретых частиц жидкости вдоль стержневого теплопровода, и/с.
35 можно записать уравнение (2) в виде
При выборе Ь нуя<но исходить из того, что всплывающая частица увеличивает свою скорость по иере продвижения вдоль нагретого теплопровода.
Разделив тепловой пограничный слой на изолированные зоны, можно ограничить участок разгона частицы жидкости и теи саиьги ограничить вертикальную скорость до веггичикы 10 "-10 м/с.
11ринципиально для деления теплового слоя достаточно и одной кольцевой пластины, но в этом случае части разделенного теплового слоя будут несимиетричннигг, что не позволит в полной иере реализовать возможности повышения то гности. Поэтоиу необходимо иггеть не менее двух кольцевых пластин.
Датчик работает следуюцим образом.
Его устанавливают в месте измереггия скорости перпендикулярно оси потока. Электрический нагреватель 3 обеспечивает перегрев стержневого теплопровода относительно потока на
10-50 К, причем температура теплопровода является функцией набегающего потока. Температура теплопровода измеряется термочувствительным элементом 3. Кольцевые пластины 4 снижают вертикальную скорость свободной конвекции 1гь т до величины, позволяющий изиерять малые скорости потока.
6 о р м у л а и з о б р е т е н и я
Тепловой датчик скорости потока, содержаций вертикально расположенные полый стержневой теплопровод с соосно установленным нагревателеи и разиеценный между ниии териочувствительный элемент, о т л и ч а ю— ц и и с я тем, что, с целью расширения диапазона измерений в сторону малых скоростей, он снабжен не менее чем двумя кольцевыми пластинами иэ теплоизолируюцего материала, закрепленными на наружной стороне стержневого теплопровода, термочувствительный элемент выполнен в виде цилиндрического термометра сопротивления, а диаметр D кольцевых пластин связан с расстоянием h между соседними пласнаии соотношением
1658100
Корректор М. Самборская
Подписное
Заказ 2432 Тираж 341
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 где Š— коэффициент теплообмена, g — ускорение силы тяжести
Составитель В.Сараханов
Редактор Т.Иванова Техред М,Моргентал наружный диаметр стержневого теплопровода.
