Файл: Азимов, Р. К. Теплообменные измерительные преобразователи.pdf

тальные точки нанесены по данным контрольной градуировки на специальной установке для задания расходов газа [21], которая имеет предельную погрешность 0,14%.

Результаты исследований показывают, что экспериментальные гра­ дуировочные характеристики соответствуют расчетным с погрешно­ стью до 10%.

Для жидких металлов, которые существенно отличаются от газов и обычных жидкостей по своим теплофизическим свойствам к по ха­

§ 2. Теплообменные измерительные преобразователи нестационарного режима

Большинство теплообменных преобразователей работают в стаци­ онарном режиме работы с постоянной или переменной мощностью на­ грева. Для повышения их точности и быстрого действия разработаны специальные конструкции теплообменных расходомеров, работаю­ щих в нестационарном режиме [4,24]. Результаты исследований показали, что теплообменные преобразователи нестационарного, режима (ТПНР) позволяют повысить класс точности до ± 1 ,5 % , снизить постоянную времени до 10 сек. Преобразователи со стационарным

41

42

Величина расхода среды определяется временем охлаждения ТЧЭ или частотой включения нагревателя: G = /(т0) или G = /(о).

К о н с т р у к ц и я 3. Отличается от предыдущих тем, что опре­ деляется и время нагрева ТЧЭ от температуры 7\ до Т2 и время его ■охлаждения до Г,. Мощность нагревателя оптимальная. Исключены потери времени на разогрев ТЧЭ до температуры Т2 по отношению к конструкции 2 и потери времени на охлаждение ТЧЭ до температуры 7 \ по отношению к конструкции 1. Расход определяется временем ■нагрева и охлаждения ТЧЭ: G = Дтн и т0).

Класс И. Характерный признак действия: при температуре ТЧЭ 7\ нагреватель включается на строго определенное время та.

Необходимые условия работы:

1) температура ТЧЭ Тъ при которой нагреватель включается, боль­ ше температуры среды 7\ > Тср\

2) мощность нагревателя и время разогрева должны быть такими, чтобы при минимальном расходе среды исключался перегрев ТЧЭ.

Класс II состоит из двух конструкций.

К о н с т р у к ц и я 4. При включении нагревателя на опреде­ ленное время тн ТЧЭ нагревается до температуры Т2. Расход опреде­ ляется величиной этой температуры G = Дт2). Как и в конструкции 1, необходимо время на восстановление первоначального состояния

G= /(т0)-

Вданной конструкции исключены потери времени на восстановле­

ние ТЧЭ в первоначальное состояние. Расход определяется временем тч, которое, в свою очередь, зависит не только от скорости охлаждения ТЧЭ, но и от скорости его нагрева: чем больше скорость нагрева, тем выше температура Тг— температура начала охлаждения. Такое двой­ ное действие расхода обеспечивает высокую чувствительность при­ бора. Расход может определяться также частотой включения нагре­ вателя ш- С увеличением расхода частота включения нагревателя увеличивается 1551.

Класс 1П (зеркальное отображение класса II). Характерный при­ знак действия: при температуре ТЧЭ Т2 нагреватель о т к л ю ч а е т с я на строго определенное время т 0.

Необходимые условия работы:

1) температура ТЧЭ Т2и время его охлаждения при максимальном расходе среды должны быть такими, чтобы температура максимального

44

2) мощность нагревателя должна обеспечить разогрев ТЧЭ до тем­

и является функцией расхода, G = f(тх). Нагреватель вновь включает­ ся, происходит разогрев ТЧЭ до температуры Тг, и цикл повторяется.

температуре ТЧЭ Т2 нагреватель отключается на строго определенное время. ТЧЭ охлаждается за это время до температуры 7\, величина которой определяется расходом. По истечениит0 нагреватель включа­ ется, ТЧЭ нагревается до температуры 72 и т. д. Время нагрева т„ яв­ ляется функцией расхода среды G = / ( тн). Формирование временного сигнала происходит непрерывно — и во время возбуждения системы, и во время ее восстановления. Время тн зависит не только от ско­ рости нагрева ТЧЭ, но и от скорости его охлаждения: чем больше скорость охлаждения, тем ниже температура Тх начала нагрева. При­ бор обладает высокой чувствительностью ввиду двойного действия расхода. Расход может определяться частотой отключения нагревателя G = f(io'. При увеличении расхода частота отключений уменьшается.

Класс IV. Характерный признак действия: температура ТЧЭ под­ держивается позиционным регулятором, в который введена временная задержка исполнения команд переключающего устройства нагре­ вателем.

Необходимые условия работы:

1) температура ТЧЭ Г3 и временная задержка включения нагрева­ теля должны быть заданы так, чтобы при максимальном расходе тем­

ствия состоит в следующем. При температуре ТЧЭ Т3 переключающее устройство выдает команду на отключение нагревателя, блок задержки задерживает эту команду на время х3. За это время ТЧЭ будет нагрет до температуры Т2, величина которой зависит от расхода. По истече­ нии времени т3 нагреватель отключается и ТЧЭ охлаждается, скорость охлаждения зависит от расхода. Когда ТЧЭ охладится до темпера­ туры Тъ переключающее устройство выдает команду на включение нагревателя; блок задерживает и эту команду. За время этой задерж­ ки т3 ТЧЭ охладится до температуры Тъ величина которой опреде­ ляется расходом. По истечении тя нагреватель включается, ТЧЭ на­ гревается до температуры Т, и цикл повторяется.

К о н с т р у к ц и я 8. Расход определяется значениями темпера­ тур ТЧЭ 7\ и Тг G = f(Tx и Тг).

К о н с т р у к ц и я 9. Расход определяется частотой включения нагревателя G = /( о>). С увеличением расхода ч астота включения на­ гревателя увеличивается.

Аналитический метод расчета теплообменных измерительных пре­ образователей нестационарного режима. Для анализа работы теп­ лообменных преобразователей при нестационарном динамическом ре­ жиме рассмотрим модель наиболее сложного типа преобразователя (рис. 12), которая аналогична преобразователю термоанемометрическо­ го типа на рис. 5, б. Жидкость, протекающая по трубопроводу /, частично омывает тонкий стержень 2 (рис. 12). Скорость течения жид­ кости определяет потери тепла в стержне. Часть стержня, выступаю­ щая из трубопровода, теплоизолирована от него и от внешней среды.

При заданной температуре стержня Т0 на участке / — /2 начина- d

Рис. 12. Физическая модель сложного типа преобразова­ теля нестационарного режима:

а — расположение преобразователя в трубопроводе, б — модель преобразователя (1 — трубопровод; 2 — преобразователь).

ет действовать внутренний источник тепла в течение времени т„. Пос­ ле отключения источника тепла стержень 2 за время тохл охлаждается до температуры Т < Т0- По времени охлаждения тох,, устанавливаем расход жидкости в трубопроводе /.

Для модели на рис. 12 необходимо найти распределение темпера­ туры в стержне 2 в интервале времени 0 < т < тохл, а также вели­ чину времени охлаждения тохл.

Математически задача формулируется следующим образом: при

46