УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИНЕЙНОЙ СКОРОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ И ГАЗА

Устройство для определения линейной скорости потока жидкости и газа
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для определения скорости потока жидкости и газа, например, парогазовых и аэрозольных смесей, неагрессивных органических и неорганических жидкостей.
Известно устройство, описанное в способе измерения скорости течения жидкости или газа и представляющее собой термочувствительный элемент, соединенный с источником тока и регистрирующим прибором. При этом элемент выполнен из высокотемпературной металлокерамики, например, YBaCuO (см. патент РФ № 2010233, GO IP 5/12).
Недостатком известного устройства является узкий диапазон измерения скорости обусловленный ограниченными размерами чувствительного элемента, а также низкая точность измерения скорости из-за малой тепловой мощности, подаваемой на чувствительный элемент.
Наиболее близким аналогом является насадок термоанемометра, содержащий нитевидный чувствительный элемент, размещенный в герметичной оболочке и подключенный к источнику тока. При этом оболочка выполнена из материала с хорошей теплопроводностью и высоким коэффициентом поглощения теплового излучения, например окисленной стали, а полость оболочки вакуумирована или заполнена инертным газом (см., например, авт.свид. СССР № 913259 G01P5 5/12).
Недостатком известного устройства является пониженная чувствительность из-за имеющейся между оболочкой и нитевидным элементом вакуума или малоподвижного инертного газа, затрудняющих свободное омывание нити измеряемым газовым потоком, что обуславливает низкую точность измерения.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель заключается в расширении диапазона измерения линейной скорости движения потока жидкости и газа при сохранении высокой точности измерения за счет увеличения его быстродействия.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для измерения линейной скорости потока жидкости и газа, содержащем термочувствительный элемент, соединенный с источником тока и регистрирующим прибором, согласно изменению, термочувствительный элемент выполнен из металлического сплава алюмель.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где схематично изображен общий вид устройства для измерения линейной скорости потока жидкости и газа.
Устройство для измерения линейной скорости потока жидкости и газа содержит термочувствительный элемент 1, соединенный с источником поСТОЯННОГО или переменного тока 2 и регистрирующим прибором, состоящим из амперметра 3 и вольтметра 4, включенных в схему.
Термочувствительный элемент 1 может быть выполнен в виде нити, полосы постоянного или переменного сечения любой формы или в виде спирали.
Термочувствительный элемент 1 выполнен из металлического сплава алюмель, имеющего следующий состав, мае %: Ni - 95; Мп 1,5-2; А1 - 2; Si 0,5-1,0; Fe - 0,5 (см. Краткий справочник химика / Под ред. В.И.Перельмана. -М.:ГНТИ, 1963,с.506).
Устройство работает следующим образом. Предварительно осуществляют калибровку заявляемого устройства, затем термочувствительный элемент 1, выполненный из металлического сплава алюмель в виде, например, нити, устанавливают в потоке жидкости или газа на глубину, равную половине высоты поперечного сечения потока, ориентируя его перпендикулярно движению потока.
Затем на алюмелевый термочувствительный элемент 1 подают постоянное или переменное электрическое напряжение (U), измеряемое вольтметром 4. Величину подаваемого напряжения выбирают в зависимости от параметров измеряемого потока (температуры - Т, К; площади поперечного сечения потока - S, м). При прохождении электрического тока (J) величина которого регистрируется амперметром 3, температура термочувствительного элемента 1 возрастает и при этом увеличивается разность температуры (AT)
поверхности элемента 1 и измеряемого потока (газа или жидкости). В результате чего происходит теплообмен между поверхностью термочувствительного элемента 1 и потоком. А так как скорость выделения теплоты (сОв) будет пропорциональна подаваемой электрической мощности тока, то ее определяют из соотношения CUB«J-U«J Ro(l+ аДТ), где: СОв - скорость выделения теплоты, Дж/с;
J - сила электрического тока. А;
и - напряжение тока. В;
RO - электрическое сопротивление термочувствительного элемента при температуре калибровки. Ом;
а - температурный коэффициент электрического сопротивления сплава алюмель. К;
AT - разность температур потока и поверхности термочувствительного элемента.
Одновременно с этим скорость отвода теплоты более холодным потоком от нагретого элемента 1 будет пропорциональна разности их температур и площади поверхности элемента i.
А так как коэффициент теплоотдачи зависит от линейной скорости измеряемого потока, то устанавливается прямая связь между стационарной температурой поверхности термочувствительного элемента 1 и линейной скоростью измеряемого потока.
9ipe
Выполнение в заявляемом устройстве термочувствительного элемента 1 из сплава алюмель обеспечивает его высокую чувствительность, характеризуемую высоким температурным коэффициентом электрического сопротивления, равным а  1,2 -10 К , из-за содержания в сплаве алюминия и никеля, а также повышенным значением коэффициента теплоотдачи его поверхности из-за наличия на элементе 1 тонкой пленки из оксидов  и никеля с высокой степенью черноты (у  0,97).
Поэтому фиксируемая амперметром 3 сила тока при стационарной температуре измеряемого потока с высокой степенью точности будет соответствовать линейной скорости этого потока.
Для обоснования технических преимуществ заявляемого устройства по сравнению с устройством - прототипом в лабораторных условиях были проведены измерения указанными устройствами линейной скорости газового потока в газопроводе диаметром 1,0 м с расходом газа от 0,08 до 80 MVc при температуре 25 °С и давлением 0,1 МПа. Определение линейных скоростей исследуемого потока осуществляли в трех горизонтальных уровнях потока: 1 - верхнем, 2 - центральном и 3 - нижнем. Причем в каждом уровне выполняли по три замера.
Результаты испытаний приведены в таблице.
Как следует из анализа данных, приведенных в таблице, заявляемое устройство обеспечивает значительно высокую точность измерений линейных скоростей в щироком диапазоне их значений по сравнению с прототиrt
Я S
XD
cd
(и
я « о
о,
S к « и ж
ч «
S (U
о, и
м S
ж л ч
РЗ
н о о с о о
и и
t: .
О)
(X
6
пом и расчетным методом. Так погрешность прототипа превышает погрешность заявляемого устройства в 10 раз при высоких скоростях измеряемого потока и в 300 раз при малых скоростях потока.
М 9f