СПОСОБ Н.В. ЗЕМЛЯКОВА ИЗМЕРЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ СКОРОСТИ ГАЗОВОГО ПОТОКА
ZEMLYAKOV'S METHOD OF MEASURING GAS FLOW RATE

Изобретение относится к технике приборостроения и может быть использовано в научно-исследовательских лабораториях, в учебных лабораториях, в промышленном производстве, в вентиляционной службе, в коммунальном хозяйстве. Преимущественно, изобретение может найти применение для измерения скорости напорных газовых потоков, но может использоваться и для измерения безнапорных газовых потоков.
Известен способ измерения скорости газового потока с помощью насадка Пито-Прандтля [I], который представляет собой изогнутую под углом 90° трубку. В изогнутом конце, имеющем длину от 8 до 20 значений размера ее диаметра, в его торце имеется отверстие для приема полного давления потока, а на длине трех диаметров от торцевого отверстия имеются отверстия в боковой стенке изогнутого конца, предназначенные для приема статического давления потока. Канал от отверстия и канал от боковых отверстий выведены в два отдельных, независимых патрубка, соединенных с дифференциальным манометром.
Недостатком известного способа является то, что датчик в виде насадка Пито-Прандтля является жесткой конструкцией, имеющей значительные размеры как по его диаметру, так и по длине насадка. Таким датчиком невозможно измерить скорость потока газа в участке короткой трубы, имеющей длину меньше длины изогнутого конца насадка Пито-Прандтля. Кроме того, таким датчиком невозможно измерить скорость потока газа, вращающегося в пристенной области цилиндрической камеры с вертикальной осью симметрии, если ее радиус соизмерим с изогнутым концом насадка Пито-Прандтля.
Известен способ измерения скорости потока газа с помощью термоанемометра [2], принятый в качестве прототипа. Датчик по данному способу выполнен из очень тонкой вольфрамовой или платиновой проволоки диаметром от 2,5 до 12 микрон. Такая проволока, закрепленная на вилкообразных контактах, вводится в поток газа, при этом по проволоке подают постоянное электрическое напряжение с определенной величиной постоянного тока, проволока при этом нагревается и ее сопротивление изменяется, а так как она включена в мостовую электрическую схему, то изменение сопротивления датчика ведет к изменению напряжения на вольтметре, шкала которого проградуирована в единицах скорости потока газа.
Недостатком известного способа является то, что сам датчик является дорогостоящим и сложным в изготовлении устройством. Датчик (вольфрамовая или платиновая проволока - нить) подвержен разрушению при попадании на него в потоке твердой частицы или перегоранию от всплеска величины напряжения. Кроме того, оформление такого датчика в измерительный инструмент представляет собой стержень с минимальным диаметром 12 мм, а такая большая его толщина, введенная в напорный поток, даже в трубе уже своими габаритами изменяет гидродинамическую структуру полей скоростей по сечению трубы, не говоря уже о том, чтобы такой датчик ввести в рабочую камеру с внутренним диаметром 100 мм аппарата со встречными закрученными потоками, в которой обеспечивается создание взвешенного закрученного слоя сушимого либо гранулируемого продукта.
Известен также промышленный способ измерения скорости потока газа с помощью нагреваемого зонда («струны») [3]. Принцип действия такого способа аналогичен [2].
Недостатком такого зонда является ограниченный диапазон измерения скорости от 0,1 до 10 м/с. Диаметр зонда от 12 мм и более.
Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в снижении диаметра датчика до игольчатого размера, в расширении диапазона измеряемой скорости потока, в снижении стоимости измерительного датчика и прибора в целом.
Это достигается тем, что способ измерения величины скорости газового потока, заключающийся в том, что в газовый поток вводят термопару со сплавной точечной головкой и двумя проводниками, снабженную проволчным элементом, подают по проволочному элементу стабилизированный ток для нагрева сплавной точечной головки термопары, снимают генерируемую ею ЭДС, пропорциональную скорости газового охлаждающего потока, которую подают в виде электирческого сигнала на усилитель, при этом ток нагрева подают по проволочному элементу в виде витка из нихрома, которым обматывают сплавную точечную головку или по крайней мере один из двух проводников термопары, а генерируемую ЭДС, после усиления, подают в виде электрического сигнала на табло (шкалу) отображения информации мультиметра, преобразованную в единицах скорости.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен первый элемент - виток проволоки и второй элемент - сплавная головка термопары, на которой размещен виток проволоки. На фиг.2 изображен второй возможный вариант размещения первого элемента относительно второго элемента - виток проволоки обмотан вокруг одного проводника термопары. На фиг.3 изображен третий возможный вариант размещения первого элемента относительно второго элемента - виток проволоки обмотан вокруг двух проводников термопары. На фиг.4 изображена технологическая схема измерения скорости газового потока по новому способу, с помощью термопары и проволочного витка, размещенных в датчике, вблизи друг от друга.
Способ измерения величины скорости газового потока осуществляется следующим образом.
Берут мультиметр 1, снабженный функцией измерения температуры с помощью термопары, сплавная головка 2 которой (элемент 2) имеет диаметр порядка 1,0 мм, обматывают сплавную головку 2 термопары одним витком, например нихромовой проволоки 3 (элемент 1), имеющей диаметр 0,1 мм. Такой датчик 4 (с четырьмя проволочными выводами) вводят, например, во внутреннюю цилиндрическую полость 5 аппарата со встречными закрученными потоками, в которую по тангенциальному патрубку 6 вводят воздушный поток 7. Головка такого нового датчика 4 имеет размер менее 2-х мм, что обеспечивает измерение скорости потока 7 без существенного нарушения структуры его полей скоростей. Два вывода 8 от датчика 4 подключают к мультиметру 9, а два вывода 10 от нихромовой проволоки 3 подключают к стабилизированному источнику напряжения 11. На проволоку 3 подают стабилизированное напряжение от источника 11 и поднимают температуру на головке 2, например, до 300°С, при этом стрелка 12 прибора 9 откланяется на определенное деление на шкале 13 (в приборах с цифровым табло отображения информации, перепрограммируют такое табло на показания значений скорости газового потока в цифровой форме). Введенный поток 7 с определенной скоростью охлаждает головку датчика 4, и стрелка 12 прибора 9 откланяется влево (происходит понижение температуры датчика 4) на определенное деление на шкале 13, которое соответствует этой скорости газового потока. Для измерения малых величин скорости газового потока до 10 м/с на первый элемент 3 (проволочный виток) подают малое значение стабилизированного напряжения, обеспечивающего подъем температуры вблизи сплавной головки термопары от 40 до 60°С, а при измерении больших скоростей газового потока до 50 м/с, на первый элемент 3 (проволочный виток) подают большее значение стабилизированного напряжения, обеспечивающего подъем температуры вблизи сплавной головки термопары до 600°С. Чувствительность датчика 4 зависит от инертности охлаждения проволочного витка 3 (первого элемента), то есть от толщины проволоки 3 первого элемента (витка).
Полезность изобретения заключается в том, что такой способ (технология) измерения скорости газового потока, реализованный в приборное, оформление значительно дешевле способа прототипа. Измерительный датчик (зонд) по заявляемому способу может в десятки раз меньший диаметр, чем у прототипа. Способ позволяет измерять скорость газового потока в более широком диапазоне, чем у способа прототипа.
Источники информации
1. Н.Ф. Краснов. Прикладная аэродинамика. Под ред. Краснова Н.Ф. Учебн. пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1974 (с.70).
2. Н.Ф. Краснов. Прикладная аэродинамика. Под ред. Краснова Н.Ф. Учебн. пособие для втузов. М.: Высшая школа, 1974 (с.71).
3. http://www.energotest.ru/tam.html.