Главная  Основы теплометрии и змерение плотности 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [ 17 ] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64

еых датчиках, приведены на рис. 28. При закипании воды величина сигнала датчика снижалась, как правило, до 1/5 первоначального значения, в то время как плотность теплового потока сохранялась на прежнем уровне. Причина такого значительного уменьшения величины сигнала заключается в том, что в месте выхода нижнего выступа и по всему периметру датчика образуется прямоугольная впадина, в которой чередуются различные по химической активности материалы (жесть, припой, медь, константан). Здесь имеются благоприятные условия для развития центров парообразования, интенсивно отводящих тепло. Вблизи нижнего выступа и по периметру отбор тепла в жидкость происходил с нижней токосъемной пластины, минуя промежуточную. Таким образом, измеряемый поток в незначительной мере участвует в выработке сигнала датчика. Результаты опытов показали- необходимость проведения детального теоретического анализа комплекса тепловых- и термоэлектрических явлений для определения целесообразных путей конструирования монолитных датчиков.

2. ОСОБЕННОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ СИГНА.ПА В О. Д. Т. П. ПРИ НЕРАВНОМЕРНОМ РАСПРЕДЕЛЕНИИ ИЗМЕРЯЕМОГО ПОТОКА,

В практике измерений часто встречаются случаи, когда даже при малых размерах датчика эпюра измеряемого потока оказывается неравномерной (например, распределение потоков на поперечно обдуваемом цилиндре или сфере).

Перекосы приводят к неравномерности распределения термо-

3. д. с, генерируемой на средней пластине пронизывающим ее потоком, что вызывает появление короткозамкнутых контуров электрического тока с соответствующими снижениями величины электрических потенциалов. Последние неразличимо накладываются на термо-э. д. с, генерируемую потоком в месте крепления токосъемных проводников. В связи с этим задача сводится к установлению величины возмущения, вызванного наложенной разностью электрических потенциалов в короткозамкнутых контурах, и определению зоны и характера влияния местного возмущения малой протяженности.

Решение этих двух задач позволяет ответить на ряд вопросов, в частности о целесообразных размерах датчика, в котором сигнал в центральной части свободен от влияния возмущений, неизбежных на краях.

Для установления качественной картины распределения изотерм и линий теплового тока были проведены измерения на электротепловых моделях на интеграторе Фильчакова - Паншина ЭГДА-9/61.

Поскольку в рабочих условиях датчик обычно располагается по изотермической поверхности, при исследованиях на моделях с достаточным основанием можно потребовать, чтобы одна из

.4* 51



граней датчика (верхняя или нижняя) была изотермичной, т. е. эквипотенциалью. На противоположной грани условие И рода заменено условием I рода по методике подобной предложенной в работе [242] для перехода от условий III рода к условию I рода. Для этого на поверхность модели наклеивается рассеченная параллельными разрезами область такой геометрии, чтобы при наложенной разности потенциалов сопротивления полос моделировали граничные условия.

Полученные на бумажных моделях результаты можно рассматривать лишь как первое приближение. Дело в том, что неоднородность бумаги моделей приводит к заметным местным нарушениям. Решения уточнялись по методике, принятой в теории потенциальных течений. Она основана на свойстве ортогональности линий тока и эквипотенциалей (Коши-Римана):

+4! = 0; 4 + 4 = 0; (II.4)

дх ~ - ду дх > ду

где ф и 1]; - функция тока и потенциал.

Эпюры полей температур и тепловых потоков, полученные для линейного и параболического законов распределения поступающего потока, приведены на рис. 29 и 30. Аппроксимирующие свойства прямой и параболы широко используются в приближенном анализе. Как видно из полученных эпюр полей, горизонтальные компоненты потоков составляют не более 16% максимального значения вертикальных.

Следует обратить внимание на то, что горизонтальная составляющая сама по себе не вырабатывает на датчике сигнала и, таким образом, не является прямым источником помехи в сигнале. Она косвенно влияет на изменение вертикальных проекций тепловых потоков.

При малых углах, когда в разложениях тригонометрических функций в ряды можно ограничиться первыми членами,

1 - cos а а , с\

Следовательно, вертикальные проекции теплового потока, вырабатывающие сигналы, могут изменяться не более чем на 1,5% максимального изменения потока по датчику.

Благодаря возможности проводить локализованные измерения с помощью миниатюрных датчиков вариации измеряемого потока по датчику обычно значительно меньше среднего значения измеряемого параметра, к которому, в конечном счете, должка быть отнесена погрешность измерения.



Таким образом, при анализе можно ограничиться одномерной неоднородностью измеряемого потока и принять во внимание тепло- и электропроводность только в актуальном для измеряемого потока направлении - перпендикулярном к плоскости датчика. В этом случае промежуточная пластина может быть представлена как сплошной набор тонких стержней, тепло- и электроизолированных друг от друга по высоте и соединенных друг с другрм токосъемными пластинами.





Рис. 29. Эпюра поля потоков и температур при линейном изменении потока вдоль датчика.

IlIfiTiTrtb..

т

Рис. 30. Эпюра поля потоков и температур при параболическом изменении потока вдоль датчика.

При определении электропроводности в тонкой токосъемной пластине достаточно учесть величину сопротивления протеканию электрического тока только вдоль пластины и пренебречь величиной поперечного сопротивления. Последнее объясняется тем, что в токосъемных пластинах толщина отличается от длины на два порядка, а это приводит к соответствующему отличию в продольном и поперечном электрическом сопротивлениях на четыре порядка. Обозначения описанной модели приведены на рис. 31. В направлении, перпендикулярном к плоскости рисунка, размер принят равным единице.

Изменение потока по датчику не ограничено, но, естественно, должно быть задано как функция координаты х. Распределение



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [ 17 ] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64