Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике 4. ТЕПЛОВЫЕ РАСХОДОМЕРЫИзмерение скорости потока (расхода) можно производить по охлаждению нагретого тела, помещенного в поток, либо по переносу тепловой энергии между двумя точками, расположенными вдоль потока [8].
Рис. VI. 16. Зависимость отношения
Рис. VI. 17. Схемы тепловых расходомеров: а — термоанемометр, б — контактный калориметрический; в — неконтактный калориметрический, 1 — нагреватели; 2 — измерители температуры В зависимости от этого тепловые расходомеры могут быть разделены на две группы: с термоанемометрическими преобразователями и с калориметрическими преобразователями (контактными и неконтактными) (рис. VI. 17). Расходомеры с термоанемометрическими преобразователями. Расходомеры с термоанемометрами в качестве преобразователей могут применяться при измерениях расходов нестационарных газовых потоков. Используются два типа термоанемометров. К первому относятся устройства, в которых термоэлемент (тонкая металлическая проволочка или пленка) включается в качестве одного из плеч непосредственно в измерительный мост. Второй тип термоанемометров имеет замкнутую измерительную схему. Нить подвержена аэродинамической нагрузке, которая зависит от отношения длины нити к ее диаметру, и ударной нагрузке, возникающей при бомбардировке нити твердыми частицами, летящими с потоком. В результате вибрации вилки зонда (вследствие пульсации потока) нить испытывает вибрационную нагрузку, которая может вызвать ее разрушение. Вибрационная нагрузка, кроме того, приводит к пульсации сопротивления нити, которая может вносить существенные погрешности в измерение. В качестве термоэлементов используются также тонкие металлические пленки, нанесенные на стеклянное или керамическое основание, которые обладают рядом преимуществ по сравнению с проволочными чувствительными элементами. Основным недостатком термоанемометров, ограничивающим область их применения, является чувствительность последних не только к скорости потока, но также к температуре и давлению газа.
Рис. VI. 18. Принципиальная схема анемометра с постоянной температурой нити Передача тепла от нити к потоку зависит от скорости потока
где
Соотношение, применяемое для расчета отдачи тепла нагретой электрическим током нити при учете наличия пограничного слоя в воздушном потоке, имеет вид
где
На рис. VI. 18 приведена схема одного из термоанемометров, имеющих замкнутую схему. Нить термоанемометра включена в мост. Несбалансированное напряжение моста
где R — электрическое сопротивление нити при заданной рабочей температуре, равной температуре Г;
с — теплоемкость нагретой нити;
С — величина емкости, шунтирующей одно из одинаковых плеч моста с сопротивлениями При рассмотрении основных характеристик термоанемометра наибольший интерес представляет зависимость между выходным напряжением сервоусилителя линейного решения и дополнительной функции, учитывающей нелинейные эффекты. Расходомеры с калориметрическим преобразователем могут быть разделены на три группы: 1) устройства, работающие с подводом постоянной мощности к нагревателю и с измерением величины нагрева потока, зависящей от его скорости; 2) устройства, работающие с постоянной температурой подогрева потока и с измерением количества энергии, подводимой к подогревателю и зависящей от скорости потока; 3) устройства, в которых температура подогревателя изменяется периодически во времени. В таких устройствах измерение скорости потока определяется по величине фазового смещения сигналов, получаемых на измерителе, и сигналов, подаваемых на подогреватель.
Рис. VI. 19. Схема калориметрического расходомера: 1 — подогреватель; 2 — измерители температуры, 3 — разъем На рис. VI. 19 показан расходомер, в котором осуществляется подвод постоянной мощности к подогревателю и измеряется перепад температур до и после подогревателя. Отвод тепла через стенки расходомера и в окружающую среду пренебрежимо мал, поэтому можно считать, что тепло, выделенное подогревателем, целиком отводится потоком. Уравнение теплового баланса для этого случая имеет вид
где
Подвод тепла к потоку осуществляется при помощи электрического подогревателя, поэтому
где R — нагреваемое сопротивление, по которому течет ток силой I при падении напряжения
Электрическая мощность Р, затрачиваемая на нагрев газа, определяется уравнением
Недостатком рассмотренных приборов является изменение их параметров при осаждении на чувствительных элементах твердых частиц, содержащихся в измеряемых потоках. Использование калориметрических преобразователей в измерителях расхода жидкости и газа допускает размещение подогревательного и измерительного элемента вне потока
Рис. VI.20. Графики распределения температуры вдоль трубки неконтактного теплового расходомера: I — случай неподвижной жидкости; II — случай движущейся жидкости,
Рис. VI.21. Схема неконтактного теплового расходомера с астатической следящей системой: РД — реверсивный двигатель; ЭУ — электрический усилитель, Скорость движения вещества, перемещающегося вдоль стенки патрубка, пропорциональна скорости течения основного потока. На трубку намотаны: центральная спираль
Рис. VI.22. Градуировочные зависимости неконтактного теплового расходомера при На рис. VI.21 изображена схема такого расходомера, которая может реализовать оба метода — постоянной и переменной мощности [10]. Расходомер предназначен для измерения малых расходов агрессивных жидкостей и газов. В качестве измерителей температуры применяются два металлических термосопротивления: Работа расходомера в режиме постоянной мощности Р состоит в том, что при изменении разности температур мост непрерывно балансируется. Уравновешенный электронный мост состоит из постоянных сопротивлений В случае реализации рассматриваемой схемой метода постоянной мощности этот электродвигатель балансирует мост, а в случае метода переменной мощности он воздействует на задатчик 3 системы регулирования Р. Градуировочные графики, соответствующие этому режиму, приведены на рис. VI.22. Чувствительность расходомера увеличивается с увеличением мощности нагрева. Однако увеличение мощности ограничивается допустимой температурой перегрева потока. Тепловые расходомеры — это сложные динамические звенья, поведение которых в переходные периоды после скачкообразного изменения расхода с определенной степенью приближения описываются дифференциальным уравнением первого порядка!
где
Т — постоянная времени, характеризующая инерционность приемного преобразователя. Выражение для постоянной времени в общем случае имеет вид
где а — суммарный коэффициент теплоотдачи окружающей среде и потоку;
Выражения (VI.45), (VI.46) справедливы для всех типов тепловых расходомеров.
|
1 |
Оглавление
|