КАТАТЕРМОМЕТР

Полезная модель относится к измерительной технике, а точнее - к устройствам для определения скорости газа.
Известны термоанемометры, имеющие нить, нагреваемую электрическим током (см. Аметистов Е.В. и др. Тепло - и массообмен. Теплотехнический эксперимент М., "Энергоиздат", 1982, с.412,413).
Наиболее близким техническим решением к полезной модели является кататермометр, содержащий два резервуара, один из которых заполнен термометрической жидкостью, соединенных капилляром, снабженным измерительной шкалой (см. Агапов Б.Т. и др. Лабораторный практикум по физике М.," Высшая школа", 1982, с.138-139, 143-144).
Недостатком указанного устройства является низкая точность определения скорости газа, связанная с ошибкой визуального определения уровня термометрической жидкости (спирта) в капилляре, сложностью обеспечения синхронного включения и выключения секундомера при прохождении мениском жидкости в капилляре точек отсчета на шкале. Кроме того, это устройство не позволяет производить измерение скорости газа в труднодоступных местах, где невозможно производить визуальное наблюдение за столбиком жидкости. Организация нагрева термометрической жидкости погружением резервуара кататермометра в горячую воду с последующим его вытиранием требует времени, что снижает скорость измерения.
Задача полезной модели - повышение точности и оперативности процесса измерения.
Сущность полезной модели заключается в том, что кататермометр, содержащий два резервуара, один из которых заполнен термометрической жидкостью, соединенных капилляром, снабженным измерительной шкалой,
снабжен электрическим нагревателем, размещенным вдоль поверхности резервуара с термометрической жидкостью, корпусом с размещенными в нем тремя парами диафрагм, ориентированными перпендикулярно продольной оси капилляра, а напротив каждой пары диафрагм выполнены источник света и фототранзисторный усилитель с реле, причем два реле соединены с электрическим секундомером, а третье - с электрическим нагревателем, источниками света и источником питания.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1 кататермометр изображен в разрезе, на фиг.2, 3, 4 - электрические схемы автоматического включения и выключения электрического секундомера, источников света и электрического нагревателя. Основным элементом кататермометра является выполненный из стекла замкнутый сосуд в виде двух резервуаров - большого 1 и малого 2, соединенных капилляром 3, прикрепленным к шкале 4. Большой резервуар заполнен спиртом. На наружной поверхности резервуара 1 закреплены обмотки электронагревателя 5, защищенные тонким медным кожухом 6, подключаемые к источнику питания 7. В корпусе 8 между донышком 9 и крышкой 10 закреплены при помощи стаканчиков 11, 12, 13, гильзы 14 и прокладки 15 три пары диафрагм 16, 17, 18, оси которых перпендикулярны оси капилляра 3. Напротив диафрагм установлены источники света 19, 20, 21 и фототранзисторы 22, 23, 24, подключенные к резисторам 25, 26, 27, транзисторам 28, 29, 30, реле 31, 32, 33 и к диодам 34, 35, 36. Реле 32, 33 включены в цепь с электрическим секундомером 37. Параллельно контактам реле 31 подключена пусковая кнопка 38. Ось отверстия диафрагм 18 пересекает ось капилляра 3 в точке, соответствующей половине длины малого резервуара 2. Ось отверстия диафрагм 17 и 16 пересекает ось капилляра 3 в точках, соответствующих 40 С и 33 С по шкале 4.
Кататермометр работает следующим образом. Перед началом измерений чувствительный элемент - большой резервуар 1 размещают в потоке
газа. Нажимают и отпускают пусковую кнопку 38. Источник питания 7 подключается к электронагревателю 5 и к лампочке 21, свет от которой через диафрагмы 18 попадает на фототранзистор 24, его сопротивление уменьшается, отрицательное напряжение смещения возрастает, транзистор 28 открывается, разомкнутые контакты реле 31, включенные параллельно с кнопкой 38, замыкаются. Лампочка 21 и нагреватель 5 остаются под напряжением при отжатой кнопке 38. В этот момент лампочки 19 и 20 обесточены. Они подключены к источнику питания 7 через другую пару контактов реле 31, которая при попадании света на фототранзистор 24 размыкается. При нагревании спирт расширяется, заполняет капилляр 3 и в какой-то момент перекрывает отверстие диафрагм 18. С уменьшением освещенности фототранзистора 24 его сопротивление резко увеличивается, отрицательное напряжение смещения падает, транзистор 28 закрывается, замкнутые контакты реле 31, включенные параллельно с кнопкой 38, размыкаются. Лампочка 21 и нагреватель 5 отключаются от источника питания 7. В то же время другая пара контактов, разомкнутые контакты реле 31, включенные в цепь лампочек 19, 20 и источника питания 7, замыкаются и лампочки 19, 20 загораются, В этот момент отверстия диафрагм 16 и 17 перекрыты столбиком спирта. Контакты реле 32 замкнуты. Контакты реле 33 разомкнуты. Цепь запуска электросекундомера 37 разомкнута. При охлаждении спирта в резервуаре 1 потоком газа уровень спирта в капилляре 3 будет уменьшаться.
В тот момент, когда откроется отверстие диафрагм 17, под действием света сработает фотоусилитель с фототранзистором 23, контакты реле 33 замкнутся, произойдет запуск электросекундомера 37. Когда откроется отверстие диафрагмы 16,сработает фотоусилитель с фототранзистором 22. Контакты реле 32 разомкнутся, секундомер 37 остановится.
Определение скорости газа на основании результатов измерений производится в дальнейшем по известной методике.
Исключение необходимости в нагреве резервуара 1 с термометрической жидкостью путем погружения его в горячую воду и обтирания, автоматизация отсчета времени по секундомеру 30 позволили повысить оперативность процесса измерения и производить измерения, разместив устройство в труднодоступных местах, где исключена возможность визуального наблюдения за столбиком жидкости в капилляре 3.
Определение уровня жидкости в капилляре 3 с помощью источника света, диафрагмы и фотоусилителя позволило снизить погрешность отсчета в 2,5-3 раза.
Применение автоматической системы запуска и остановки электрического секундомера 37, включающей фотоусилители с фототранзисторами 23, 22 и реле 33, 32, позволило примерно в 5 раз увеличить точность отсчета времени (0,01 с).