УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТОЛЩИНЫ ОСАДКА НА ПОВЕРХНОСТИ ТРУБОПРОВОДОВ

Устройство для измерения толщины осадка на поверхности относится к области измерительной техники и предназначено для измерения толщины твердых отложений в трубопроводе с использованием теплофизических измерений.
Известно устройство (термозонд), реализующее метод неразрушающего контроля теплопроводности материалов (патент РФ №2123179, кл. G01 25/18, 1998 г.), содержащее цилиндрический корпус, состоящий из двух частей, соединенных между собой с помощью четырех винтов, на которых установлены пружины, обеспечивающие прижатие измерительной головки к поверхности исследуемого объекта, при этом измерительная головка имеет возможность возвратно-поступательного движения в цилиндрической полости корпуса. Измерительная головка состоит из держателя с размещенными на нем эластичной пластиной и теплоизоляционной подложкой. На поверхности теплоизоляционной подложки расположены линейный нагреватель и термочувствительный элемент, который представляет собой термобатарею, состоящую из двух термопар, расположенных в канавках теплоизолятора симметрично относительно линии нагрева.
Недостатком устройства неразрушающего контроля теплопроводности материалов является высокая трудоемкость операции расчета теплофизических свойств измеряемого материала.
Известен способ определения положения границ раздела сред с помощью термопрофилемера «Способ определения положения границ раздела сред» (патент РФ 2250439, опубл. 27.11.2004 г.), заключающийся в регистрации изменения профиля температуры датчика после воздействия на датчик
распределенным нагревателем. После воздействия нагревателя и расчета значений коэффициента конвективной теплоотдачи на поверхности стержня вычисляется положение границы разделения сред, т.е. толщина вещества.
Недостатком способа определения положения границ раздела сред с помощью термопрофилемера для измерения толщины является высокая трудоемкость операции расчета коэффициента конвективной теплоотдачи.
В качестве прототипа выбрано устройство, описанное в способе неразрушающего контроля теплофизических свойств материала (Патент РФ №2301996, опубл. 2007.06.27), в котором при измерении теплопроводности датчик помещается на измеряемую поверхность, затем включают нагреватель. Далее регистрируется момент времени, когда величина перепадов температур в двух областях снизится до некоторого значения, обозначенного как ###U1028. В результате измерения вычисляется теплопроводность исследуемого материала.
Недостатком известного устройства является высокая трудоемкость измерения толщины осадка вследствие многочисленных расчетов температурных зависимостей датчиков во времени.
Задачей полезной модели является измерение толщины осадка на поверхности снижение числа конструктивных элементов, снижение трудоемкости измерения толщины осадка на поверхности измерителя, которая решается за счет использования преобразования линейного размера в интегральную теплоемкость осадка на поверхности измерителя.
Поставленная задача достигается тем, что устройство измерения толщины осадка на поверхности трубопроводов выполнено в корпусе, содержащем нагреватель и термометр. Нагреватель расположен в нижней части корпуса, а термометр - в верхней части корпуса, причем все составные части устройства выполнены в непосредственном тепловом контакте друг с другом.
Устройство измерения толщины осадка представляет собой твердотельный измеритель теплоемкости, что повышает его сопротивление к разрушению. Снижение трудоемкости происходит за счет использования линейной градуировочной характеристики.
Сущность полезной измерителя толщины осадка поясняется чертежом. На фигуре показан измеритель толщины в разрезе.
Устройство для измерения толщины осадка состоит из металлического корпуса 1, катушки нагревательного элемента 2, выполненной как единое целое с нижней частью корпуса 1.
Нагревательный элемент 3 выполнен в виде многослойной катушки из провода с низким температурным коэффициентом сопротивления, намотанной на катушку нагревательного элемента 2.
Устройство для измерения толщины осадка содержит термометр 5, выполненный в виде многослойной катушки из провода с высоким температурным коэффициентом сопротивления, намотанной на катушку датчика температуры 6 или в виде термопары.
Электрические выводы 4 припаяны к выводам нагревательного элемента 3. Электрические выводы 7 припаяны к выводам термометра 5.
Устройство для измерения толщины осадка работает следующим образом.
Перед измерением устройство для измерения толщины осадка 1 погружается исследуемую среду на глубину, превышающую общую длину устройства для измерения толщины осадка. При измерении толщины через катушку нагревателя 3 при помощи проводов 4 пропускается электрический ток. За счет мощности тока происходит выделение тепла в нагревательном элементе 3. От катушки нагревателя 2 тепло отводится в корпус 1. Из корпуса 1 теплота уходит во внешнюю среду и в к катушку чувствительного элемента 6. В результате достигается локальный перегрев, позволяющий измерить теплоемкость окружающего вещества. После этого температура катушки датчика температуры 6 передается термометру 5. Величина электрического сопротивления термометра 5 измеряется при помощи соединительных проводов 7. При этом благодаря исполнению термометра 5 в виде части связанной с нагревателем достигается увеличение стойкости измерителя толщины к внешним факторам воздействия.
Основным недостатком прототипа, применяющегося для НК ТФСМ, является то, что неотъемлемым, с точки зрения метрологии, условием его работы является необходимость использования четырех термометров. Для устройства для измерения толщины осадка осуществляется измерение его инерционности, что можно регистрировать и одним термометром.
Положительный эффект от использования предлагаемого устройства для измерения толщины осадка это снижение количества конструктивных частей и снижение трудоемкости расчетов при вычислении теплофизических свойств твердых веществ на поверхности устройства для измерения толщины осадка.