КАТАТЕРМОМЕТР

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно - к устройствам для определения малых скоростей движения жидкости в условиях повышенных температур и давлений, например, в испарителях.
Известна пневмометрическая дифференциальная трубка Пито для определения скорости потока жидкости или газа на основании разности измеренных одновременно полного и статического давлений, описанная в книге В.П. Преображенского «Теплотехнические измерения и приборы», М. Энергия, 1978 г., 704 с., с. 500-502.
Наиболее близким техническим решением к полезной модели является кататермометр, содержащий термочувствительный элемент, снабженный устройством для измерения температуры, ограниченный поверхностью, отделяющей его от потока, в котором определяется скорость на основании результатов измерения времени изменения температуры чувствительного элемента в заданном температурном диапазоне (Агапов Б.Т., Максютин Г.В., Островерхое П.И. Лабораторный практикум по физике. Учебное пособие. М.: Высшая школа, 1982, 335. с., с. 138-139).
Однако указанное устройство при установке его в водяном Объеме, испарителя в зоне циркуляции испаряемой воды не может обеспечить получения достоверных данных, о скорости циркуляции воды, так как в соответствии с описанной методикой измерений, применяемой при определении скорости подвижной среды с помощью кататермометра, температура поверхности чувствительного элемента кататермометра должна быть выше температуры потока, в котором определяется скорость, Повышение температуры поверхности чувствительного элемента, размещенного в потоке воды в испарителе, приведет к парообразованию на этой поверхности, окажет влияние на величину теплового потока от поверхности к движущейся воде, что внесет большую погрешность в результаты определения скорости циркуляции воды и увеличит эксплуатационные затраты.
Сущность полезной модели заключается в том, что кататермометр, содержащий термочувствительный элемент, снабженный устройством для измерения температуры, ограниченный поверхностью, отделяющей его от потока, в котором определяется скорость на основании результатов измерения времени изменения температуры термочувствительного элемента в заданном температурном диапазоне, при этом термочувствительный элемент имеет полость для циркуляции охладителя, соединенную с трубками подвода и отвода охладителя, на одной из которых установлен клапан с электрическим управлением при помощи переключающих контактов двух реле, соединенных последовательно в цепи электрического питания клапана по управляющему сигналу от микропроцессорного измерительно-регулирующего прибора, подключенного к датчику температуры, установленному в корпусе термочувствительного элемента, кроме этого кататермометр снабжен устройством для определения скорости движения жидкости в испарителе, включающем микропроцессорный вычислитель скорости, электрический секундомер два включенных последовательно в цепь электрического питания электрического секундомера реле, причем микропроцессорный вычислитель скорости подключен к электрическому секундомеру и микропроцессорному измерительно-регулирующему прибору.
Техническим результатом является повышение точности измерений и снижение эксплуатационных затрат за счет того, что при помощи кататермометра, чувствительный элемент которого снабжен полостью для циркуляции охладителя, определяется в автоматическом режиме значение скорости циркуляции воды в испарителе при температуре чувствительного элемента меньше, чем температура воды в испарителе. Это исключает возможность повышения температуры на поверхности, контактирующей с водой, до значений, превышающих температуру кипения, при которых может иметь место процесс кипения с появлением на этой поверхности пузырьков пара, влияющих на процесс переноса тепла от чувствительного элемента к жидкости, значительно снижающий точность определения скорости циркуляции жидкости в испарителе. Полная автоматизация процесса определения скорости жидкости в испарителе позволит повысить оперативность процесса измерения. Повышение точности определения скорости циркуляции воды в испарителе и уменьшение времени, необходимого для определения скорости циркуляции, позволят при резком уменьшении скорости циркуляции до значений ниже допустимых, быстро устранить аварийную ситуацию путем увеличения величины продувки испарителя с целью снижения солесодержания воды в испарителе, необходимого для увеличения скорости циркуляции. Это позволит избежать аварийных режимов, приводящих к пенообразованию на поверхности воды, захвату пены потоком пара и резкому ухудшению качества конденсата пара испарителя до значений, исключающих возможность его использования потребителем, что связано с экономическими потерями, обусловленными энергозатратами на генерацию пара в испарителе.
Таким образом, кататермометр для определения скорости циркуляции жидкости в испарителях позволяет повысить точность определения скорости циркуляции и снизить эксплуатационные затраты;
Сущность полезной модели поясняется чертежом. Основным элементом кататермометра является термочувствительный элемент 1, выполненный в виде цилиндра из хорошо проводящего тепло материала, имеющего полость 2 для циркуляции охладителя, который подводится в полость 2 по трубке подвода охладителя 3 и отводится из нее по трубке 4. Термочувствительный элемент 1 размещен в металлическом кожухе 5, плотно прилегающем к цилиндрической части термочувствительного элемента 1. На трубке 3 установлен клапан 6 с электрическим управлением, имеющий цепь электрического питания, включающую источник напряжения и два последовательно включенных в цепь реле Р1 и Р2. Контакты реле Р1 разомкнуты при отсутствии управляющего сигнала в виде напряжения на катушке реле Р1. Контакты реле Р2 замкнуты при отсутствии управляющего сигнала в виде напряжения на катушке реле Р2. В корпусе термочувствительного элемента 1 выполнена канавка в виде спирали, в которой размещены датчики температуры 7 в виде витков проволоки термометра сопротивления, изолированной от корпуса термочувствительного элемента 1. Датчик температуры 7 подключен к микропроцессорному измерительно-регулирующему прибору 8, имеющему несколько выходов. Выходы прибора 8 подключены к реле Р1, Р2, Р3 и Р4. Реле Р3 и Р4 включены последовательно в цепь электрического питания секундомера 9. Контакты реле Р4 замкнуты при отсутствии управляющего сигнала в виде напряжения: на катушке реле Р4, а контакты реле Р3 разомкнуты при отсутствии управляющего сигнала на катушке реле Р3. Выход секундомера 9 и один из выходов прибора 8 подключены к входу микропроцессорного вычислителя скорости циркуляции жидкости в испарителе 10.
Кататермометр для определения скорости циркуляции жидкости в испарителе работает следующим образом. Поток циркулирующей в испарителе жидкости омывает металлический кожух 5 с расположенным в нем термочувствительным элементом 1. При равенстве температуры T термочувствительного элемента 1 температуре жидкости в испарителе Tж (T=Tж) на одном из выходов прибора 8 появляется сигнал в: виде управляющего напряжения, которое подается на катушку реле Р1 и контакты реле Р1, бывшие до этого разомкнутыми, замыкаются., При этом контакты реле Р2 при отсутствии управляющего напряжения на катушке реле Р2 остаются замкнутыми. Таким образом, при равенстве Т. и Tж электрическая цепь питания электроклапана 6 становится замкнутой, электроклапан 6 открывается и охладитель по трубке 3 поступает в полость 2 в корпусе термочувствительного элемента 1 и отводится из нее по трубке 4. В ходе охлаждения температура T термочувствительного элемента 1 уменьшается. При T, равной некоторой заданной температуре T1, на одном из выходов прибора 8 появляется сигнал в виде управляющего напряжения, который подается на катушку реле Р2 и контакты реле Р2 размыкаются. Цепь питания электроклапана 6 оказывается разомкнутой и электроклапан 6 закрывается. Охлаждение термочувствительного элемента 1 прекращается и его температура начинает повышаться за счет переноса тепла от потока жидкости, циркулирующей в испарителе, к термочувствительному элементу 1 через стенку металлического кожуха 5. При выполнении условия T=T1 на одном из выходов прибора 8 появляется сигнал в виде управляющего напряжения, который подается на катушку реле Р3 и контакты реле Р3, бывшие до этого момента разомкнутвми, замыкаются. При этом контакты реле Р4 находятся в замкнутом состоянии при отсутствии напряжения на катушке реле Р4. При замкнутых контактах реле Р3 и Р4, включенных последовательно в электрическую цепь питания; электрического секундомера 9, начинается отсчет времени нагрева термочувствительного элемента 1 в заданном интервале температур от T=T1 до T=T2 по секундомеру 9. При нагреве термочувствительного элемента 1 до T=T2 на одном из выходов прибора 8 появляется сигнал в виде управляющего напряжения, который подается на катушку реле Р4 и контакты реле Р4 размыкаются. Цепь электрического питания секундомера 9 разрывается и отсчет времени нагрева τ термочувствительного элемента 1 в диапазоне температур от T=T1 до Т=Т2 с помощью секундомера 9 завершается. Значение времени нагрева т в цифровом коде, подается., на микропроцессорный вычислитель 10. При температуре термочувствительного элемента T, равной Tж с одного из выходов прибора 8 на вход вычислителя 10 в цифровом коде; поступает сигнал, соответствующий условию T=Tж.
На основании полученных значений температуры жидкости в испарителе Tж и времени нагрева т термочувствительного элемента 1 от температуры T=T1 до температуры T=T2 микропроцессорный вычислитель 10 выполняет расчет скорости циркуляции жидкости в испарителе v. Значение v определяется на основании анализа вычислителем внесенных в память вычислителя семейства зависимостей вида v=f(τ), каждая из которых известна для одного значения T=Tж. На основании анализа хранящихся в памяти вычислителя 10 зависимостей v=f(τ) микропроцессором выбирается температура T=Tж, соответствующая результату последнего измерения, находится соответствующая этой температуре зависимость v=f(τ) и после выбора значения τ, соответствующего полученному в последнем измерении секундомером 9, вычисляется значение v, на основании зависимости у=f(τ) при T=Tж.
Таким образом, определение скорости циркуляции v связано с необходимостью реализации ряда последовательных операций, образующих циклы, связанных с охлаждением термочувствительного элемента 1 от T=Tж до T=T1, нагревом его от T=T1 до T=T2 с измерением времени нагрева, вычислением v и нагревом термочувствительного элемента 1 то T=Tж с последующим охлаждением до T=T1, нагревом до T=T2, а затем до T=Tж и так далее. Переход от предыдущего, цикла к последующему происходит в автоматическом режиме. При T=Тж электроклапан 6 открывается и температура термочувствительного элемента за счет охлаждения начинает уменьшаться, а при T=T1 электроклапан 6 перекрывает поток охладителя и температура термочувствительного элемента начинает увеличиваться вплоть до T=Tж.