Исследование датчиков скоростей течения, основанных на принципе теплообмена | Статья в журнале «Техника. Технологии. Инженерия»

Автор:

Рубрика: Энергетика

Опубликовано в Техника. Технологии. Инженерия №1 (1) июнь 2016 г.

Дата публикации: 08.06.2016

Статья просмотрена: 82 раза

Библиографическое описание:

Маматкулов Д. А. Исследование датчиков скоростей течения, основанных на принципе теплообмена // Техника. Технологии. Инженерия. — 2016. — №1. — С. 34-37. — URL https://moluch.ru/th/8/archive/36/1036/ (дата обращения: 21.07.2018).



Предложены схемы и разработанные конструкции тепловых датчиков для открытых каналов оросительных систем и рассмотрены их основные технические характеристики.

Ключевые слова: гидрометрические вертушки, поплавки, тепловые датчики, термогидрометр

В настоящее время при гидрометрических работах на реках, водохранилищах, каналах измерение скоростей течения производится чаще всего гидрометрическими вертушками. Реже применяются поплавки, но следует отметить, что в последнее время поплавки получили широкое применение для измерения скоростей течения аэрометодами [1,2].

Существует большое количество методов для измерения скоростей течения воды и приборов, действие которых основано на различных физических принципах:

1.Метод, основанный на регистрации числа оборотов лопастного винта (ротора);

2.Метод, основанный на регистрации скорости плывущего тела;

3.Метод, основанный на регистрации скоростного напора;

4.Метод, основанный на регистрации силового воздействия потока;

5.Метод, основанный на принципе теплообмена;

6.Метод, основанный на измерении объема воды, вошедшей в прибор за время наблюдения;

7.Метод, основанный на применении ультразвука.

В настоящее время в Республике Узбекистан и за рубежом проводятся исследования и разрабатываются тепловые датчики для измерения скоростей течения и расходов воды как в лабораторных лотках, так и в реках и каналах [3÷7].

Между телом, введенным в поток, и водной средой устанавливается теплообмен, интенсивность которого зависит от скорости течения; эта зависимость положена в основу действия рассматриваемых приборов.

Впервые эта зависимость была использована для прибора, измеряющего скорость ветра (термоанемометр). Затем принцип теплообмена был использован для измерения скорости течения воды. Рабочим органом употребляемого для этой цели прибора — термогидрометра — была тонкая платиновая проволока, по которой пропускался электрический ток, нагревающий проволоку. В потоке проволока охлаждается в зависимости от скорости течения, вследствие чего измеряется ее сопротивление электрическому току. Измеритель скорости присоединяется к одному из плеч измерительного моста, в диагональ которого включается регистрирующий прибор; по нему определяется скорость течения. Прибор предварительно должен тарироваться.

Описанная схема термогидрометра теперь не применяется ввиду существенных недостатков: платиновая проволока требует частой тарировки, обладает недостаточной механической прочностью.

Теплообменные измерительные преобразователи в зависимости от типа применяемых условий эксплуатации могут работать с несколькими видами измерительных схем. Это разомкнутые и замкнутые измерительные схемы на основе потенциометрических и мостовых схем, логометрические схемы, схемы двойных мостов, с микропроцессорами и другие [8].

Возможны два принципиально различных режима работы тепловых приборов: 1) при постоянной мощности нагревателя, когда измеряется разность температур потока до и после нагревателя и 2) измеряется переменная мощность нагревателя, изменением которой автоматический регулятор стабилизирует разность температур потока до и после нагревателя.

В современных термогидрометрах вместо проволоки применяется, например, платиновая пленка, наносимая в виде очень тонкого слоя платины на стеклянное или кварцевое основание в виде клина. Такой клиновой пленочный зонд, как его называют, отличается большой механической прочностью и лучшими характеристиками при измерении скоростей по сравнению с платиновой проволокой. Электрическая схема прибора значительно усовершенствована, в частности применяется автоматическая стабилизация температуры датчика. В таком виде теромогидрометр позволяет производить точные измерения скорости. Обладая малой инерцией, он дает возможность изучать пульсацию скоростей с большой разрешающей способностью. Начальная скорость прибора 1–2 мм/с.

Другой разновидностью прибора, основанного на рассматриваемом принципе, являются датчики с полупроводниковыми термосопротивлениями. Датчики состоят из термосопротивления и подогревателя. Электрическая схема состоит из двух самостоятельных цепей: измерительной 1 и подогревной 2 (рис. 1). Термосопротивление 3 включается в одно из плеч измерительного моста. Подогревная цепь предназначена для создания температурного перепада между поверхностью датчика и потоком.

Рис. 1. Схема измерителя скорости течения с полупроводниковым термосопротивлением

Основным элементом тепловых приборов является тепловой преобразователь (ТП) термоанемометрического типа. Конструкция преобразователя термоанемометрического типа на базе ТП (рис.2) состоит из термочувствительного элемента (термистора) 1 с нагревателем 2, капсулы (кармана) 3 из материала с высокой теплопроводностью (медь, латунь), бобышки 4 и гайки 5 из стали и штепсельного разъема 6. Нагреватель 2 выполняется из нихромового, манганинового или константанового провода диаметром 0,07–0,1 мм, который равномерно наматывается на тело термистора 1 через слой слюды толщиной 0,5–0,7 мм.

Такой нагреватель создает равномерный тепловой поток вдоль тела термистора, который остается постоянным во время измерения. Для улучшения теплопроводности внутренняя полость кармана заливается эпоксидной смолой с графитовым или цементным наполнителем.

Преобразователи термоанемометрического типа успешно применяются не только в тепловых приборах, но и в преобразователях нестационарного режима, а также для измерения расходов газов или жидкостей в больших трубопроводах [9].

Статические и динамические характеристики рассматриваемых тепловых преобразователей могут быть легко получены на основе математических моделей теплового четырехполюсника.

Рис. 2. Конструкция преобразователя скорости потока термоанемометрического типа

На основе описанного прибора были разработаны тепловые расходомеры для открытых каналов гидромелиоративных систем типа ТРК.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ДАННЫЕ ТРК

Измеряемая среда

Оросительная вода.

Пределы измерения, м3

0,5÷350

Мощность, потребляемая от сети, ВА

150

Температура измеряемой среды, 0С

5÷50

Погрешность измерения, %

1,5

Максимальное расстояние от расходомера до вторичного прибора, м

200

Параметры питания: напряжение (стабилизированное), В

2206,6

Частота, Гц

50

Масса расходомера, кг

4,0

Следует отметить, что предлагаемый расходомер имеет простую конструкцию, изготовление прибора не требует больших материальных затрат. Отличительной особенностью расходомера является надёжность в работе, не требуется специальной подготовки обслуживающего персонала.

Описанные выше датчики применяются в основном в лабораторных условиях. В натурных условиях их можно использовать только при проведении научных исследований.

Литература:

  1. Быков В. Д., Васильев А. В. Гидрометрия. — Л.: «Гидрометеоиздат», 1977.
  2. Алтунин В. С., Белавцева Т. М. Приборы и устройства в гидромелиорации. — М.: ВО «Агропромиздат», 1989.
  3. А.с.№ 517819 СССР. Датчик направления и скорости потока газа или жидкости /Р. К. Азимов и другие// Бюл.-1976.- № 22.
  4. А.с.№ 712761 СССР. Индикатор направления и скорости потока /Р. К. Азимов и другие// Бюл.-1980.-№ 4.
  5. А.с.№ 539275 СССР. Датчик наличия и направления потока. /Р. К. Азимов и другие// Бюл.-1976.-№ 46.
  6. Азимов Р. К., Азимов А. Тепловые преобразователи направления потока и расхода газов и жидкостей. — М.: «Энергоатомиздат», 1993.
  7. Азимов Р. К., Ташматов Х. К., Жабборов Х. Ш. Тепловые преобразователи для неразрушающего контроля параметров потоков газа и жидкости. // Standart — № 2–2010. С. 26–27.
  8. Коротков П. А., Беляев Д. В., Азимов Р. К. Тепловые расходомеры. — Л.: «Машгиз», 1969.
  9. Ташматов Х. К. Расходомер воды в трубопроводе на основе тепловых преобразователей термоанемометрического типа // Датчики и системы.-2006.-№ 4.-С.37–39.
Основные термины (генерируются автоматически): термоанемометрический тип, измерение скоростей течения, скорость течения, измерительный мост, платиновая проволока, электрический ток, принцип теплообмена, разность температур потока, тело термистора, измеряемая среда.

Ключевые слова

гидрометрические вертушки, поплавки, тепловые датчики, термогидрометр

Похожие статьи

Тепловые процессы в машинах постоянного тока

термоанемометрический тип, измерение скоростей течения, скорость течения, измерительный мост, платиновая проволока, электрический ток, принцип теплообмена, разность температур потока, тело термистора...

Методы измерения скорости потока в скважинной геофизике

Исследование датчиков скоростей течения, основанных на... Рис. 2. Конструкция преобразователя скорости потока термоанемометрического типа. На основе описанного прибора были разработаны тепловые расходомеры для открытых каналов...

Усовершенствованный метод измерения температуры

Опишем принцип измерения высокой температуры низкотемпературными датчиками.

Цилиндр приводят в контакт с поверхностью контролируемого твердого тела, либо погружают в жидкую или газообразную среду, температуру которой необходимо измерить.

Интенсификация теплообмена в каналах | Статья в журнале...

При закрутке потока местные пристеночные скорости увеличиваются, и общее течение изменяется.

Такие отрывы потока интенсифицируют теплообмен.

Диапазон изменения температуры в условиях внешнего теплообмена для...

Исследование и разработка устройства для измерения больших...

Исследование датчиков скоростей течения, основанных на... 6.Метод, основанный на измерении объема воды, вошедшей в прибор за время наблюдения. В потоке проволока охлаждается в зависимости от скорости течения...

Выбор преобразователя расхода жидкостей в открытых каналах...

2. Приборы, измеряющие расход по принципу «площадь - скорость», то

Методы измерения скорости потока в скважинной геофизике.

Если скорость течения газа мала и между стенками трубопровода и окружающей средой происходит хороший теплообмен, то процессы...

Применение емкостного датчика для определения температуры...

Температуру в настоящее время измеряют с помощью приборов, принцип работы которых базируется на свойствах твердых тел, газов и жидкостей

При нагревании чувствительного элемента (проводника, терморезистора) его сопротивление электрическому току изменяется.

Проточно-инжекционные амперометрические системы...

 кондуктометрические — измеряющие изменение электропроводности в потоке – жидкости носителе при введении в систему анализируемого образца

В интервале скоростей течения подвижной фазы от 50 до 150 см3/час для электродов с внутренним диаметром 0,1 см и длиной...

Измерение импульсным методом коэффициента теплового...

Исследование датчиков скоростей течения, основанных на...

Такой нагреватель создает равномерный тепловой поток вдоль тела термистора, который остается постоянным во время измерения.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Тепловые процессы в машинах постоянного тока

термоанемометрический тип, измерение скоростей течения, скорость течения, измерительный мост, платиновая проволока, электрический ток, принцип теплообмена, разность температур потока, тело термистора...

Методы измерения скорости потока в скважинной геофизике

Исследование датчиков скоростей течения, основанных на... Рис. 2. Конструкция преобразователя скорости потока термоанемометрического типа. На основе описанного прибора были разработаны тепловые расходомеры для открытых каналов...

Усовершенствованный метод измерения температуры

Опишем принцип измерения высокой температуры низкотемпературными датчиками.

Цилиндр приводят в контакт с поверхностью контролируемого твердого тела, либо погружают в жидкую или газообразную среду, температуру которой необходимо измерить.

Интенсификация теплообмена в каналах | Статья в журнале...

При закрутке потока местные пристеночные скорости увеличиваются, и общее течение изменяется.

Такие отрывы потока интенсифицируют теплообмен.

Диапазон изменения температуры в условиях внешнего теплообмена для...

Исследование и разработка устройства для измерения больших...

Исследование датчиков скоростей течения, основанных на... 6.Метод, основанный на измерении объема воды, вошедшей в прибор за время наблюдения. В потоке проволока охлаждается в зависимости от скорости течения...

Выбор преобразователя расхода жидкостей в открытых каналах...

2. Приборы, измеряющие расход по принципу «площадь - скорость», то

Методы измерения скорости потока в скважинной геофизике.

Если скорость течения газа мала и между стенками трубопровода и окружающей средой происходит хороший теплообмен, то процессы...

Применение емкостного датчика для определения температуры...

Температуру в настоящее время измеряют с помощью приборов, принцип работы которых базируется на свойствах твердых тел, газов и жидкостей

При нагревании чувствительного элемента (проводника, терморезистора) его сопротивление электрическому току изменяется.

Проточно-инжекционные амперометрические системы...

 кондуктометрические — измеряющие изменение электропроводности в потоке – жидкости носителе при введении в систему анализируемого образца

В интервале скоростей течения подвижной фазы от 50 до 150 см3/час для электродов с внутренним диаметром 0,1 см и длиной...

Измерение импульсным методом коэффициента теплового...

Исследование датчиков скоростей течения, основанных на...

Такой нагреватель создает равномерный тепловой поток вдоль тела термистора, который остается постоянным во время измерения.

Посетите сайты наших проектов

Задать вопрос