Характеристики термоанемометра постоянного сопротивления с загрязненной теплоотдающей поверхностью

• Автор: Саховский, Алексей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.14, 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 116 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ТЕРМОАНЕМОМЕТРИЧЕСКИЙ МЕТОД В ВИХРЕВОЙ РАСХОДОМЕТРИИ. ПРОБЛЕМА ДИАГНОСТИКИ

ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА ДЕТЕКТОРА ВИХРЕЙ

1.1. Анализ термоанемометрического метода и схем термоанемометров

1.2. Анализ основных погрешностей измерений и численных работ

1.3. Загрязнение термоанемометрического датчика скорости в процессе использования и его последствия
1.4. Применение термоанемометра в роли детектора вихрей промышленного вихревого расходомера, загрязнение

чувствительного элемента.

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Экспериментальные стенды
2.2. Экспериментальное оборудование и средства измерения.
2.2.1. Камера Эйфеля.
2.2.2. Многофункциональный термоанемометр ИРВИС ТА5.
2.2.3. Однониточный термоанемометрический датчик.
2.2.4. Климатическая камера
2.2.5. Термоанемометрический детектор вихрей.
2.3. Методика искусственного загрязнения датчиков
2.4. Градуировка однониточного термоанемометрического датчика с загрязненным чувствительным элементом.
2.5. Методика проведения исследований
2.6. Статистическая обработка данных.
2.7. Оценка погрешностей измеряемых величин.
ГЛАВА 3. МЕТОД МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНОГО СИГНАЛА ТЕРМОАНЕМОМЕТРА ПОСТОЯННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ С ЗАГРЯЗНЕННЫМ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ.
3.1. Математическая модель функционирования
термоанемометрнческого датчика вихревого расходомера
3.2. Тестовые задачи
ГЛАВА 4. ФИЗИЧЕСКОЕ И ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕРМОАНЕМОМЕТРНЧЕСКОГО ДАТЧИКА СКОРОСТИ С ЧИСТОЙ И ЗАГРЯЗНЕННОЙ НИТЬЮ.
4.1. Исследование статической характеристики
термоанемометрнческого датчика скорости с чистым
чувствительным элементом
4.2. Исследование динамической характеристики
термоанемометрнческого датчика скорости с чистым
чувствительным элементом
4.3. Моделирование работы термоанемометрнческого датчика
скорости с загрязненной ннтыо.
ГЛАВА 5. ФИЗИЧЕСКОЕ И ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕРМОАНЕМОМЕТРА С ЗАГРЯЗНЕННОЙ НИТЬЮ В СОСТАВЕ ВИХРЕВОГО РАСХОДОМЕРА.
5.1. Моделирование работы термоанемометрнческого детектора вихрей вихревого расходомера с загрязненной нитью.
5.2. Диагностирование загрязнения термоанемометрнческого
детектора вихрей в вихревом расходомере газа по амплитудно
частотной характеристике датчика
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Одним из примеров применения термоанемометрического метода в промышленности служат вихревые расходомеры газа. Принцип их действия основан на эффекте формирования дорожки Кармана в следе за неподвижным телом обтекания. Поле скоростей за телом обтекания начинает пульсировать с частотой срыва вихрей. Термоанемометрический датчик скорости преобразует эти пульсации в выходной электрический сигнал, из которого в свою очередь выделяется частота срыва вихрей, которая в широком диапазоне скоростей пропорциональная объемному расходу через расходомер. В реальных условиях эксплуатации термоанемометра в научных исследованиях и в технике чувствительный элемент датчика часто находится в условиях загрязненного потока, в котором присутствуют частицы пыли, ржавчины, пары различных органических соединений и другие вещества. Эксплуатация термоанемометра в оборудовании, где невозможно обеспечить чистоту среды, ведет к постепенному загрязнению нити датчика. Известно, что загрязнение чувствительною элемента неблагоприятно влияет на погрешность измерений и частотные характеристики термоанемометра. Учитывая, что в вихревом расходомере основным информативным параметром является частота пульсационной составляющей сигнала, некоторое ослабление амплитуды, связанное с загрязнением нити, допускается и никак не влияет на погрешность измерения расхода. В этом случае достоверность выделения частоты срыва вихрей ставится под сомнение и погрешность измерения расхода не гарантируется. До настоящего времени изучалось лишь влияние присутствия в потоке частиц загрязнения на работу термоанемометрического датчика скорости, без учета толщины и теплофизических свойств слоя загрязнения нити. Вопрос допустимой степени загрязнения чувствительного элемента детектора вихрей в вихревом расходомере газа не ставился. В связи с этим тема диссертационной работы, посвященной диагностике загрязнения термоанемометричеекой нити в вихревом расходомере, представляется актуальной. Цель работы - разработка надежных методов диагностирования степени загрязнения нити термоанемометра постоянного сопротивления в процессе эксплуатации и прогнозирование последствий загрязнения нити на результат измерений. Разработать математическую модель термоанемометра постоянного сопротивления с загрязненной нитью, работающего в качестве измерителя скорости потока и детектора вихрей вихревого расходомера газа. Провести численное и физическое моделирование влияния фактора загрязнения на статические и динамические характеристики термоанемометра постоянного сопротивления с загрязненной термоанемометричеекой нитью. Разработать метод диагностирования степени загрязнения термоанемометричеекой нити в вихревом расходомере. Выработать и обосновать критерий допустимого загрязнения термоанемомегрической нити в процессе эксплуатации вихревого расходомера. Научная новизна. Разработана модель термоанемометра постоянного сопротивления с загрязненной теплоотдающей поверхностью, работающего в качестве измерителя скорости потока и детектора вихрей в вихревом расходомере. Модель основана на решении двумерной задачи теплопроводности с учетом концевых утечек и зависимости тепловыделения от местной температуры нити. Адекватность модели подтверждена экспериментальными данными. Оценено и обобщено влияние основных факторов загрязнения на статические и динамические характеристики работы термоанемометра с загрязненной нитью. Предложен и апробирован метод диагностирования степени загрязнения термоанемометрический нити в процессе эксплуатации расходомера, основанный на связи ослабления амплитуды выходного сигнала со степенью загрязнения. Предложен и обоснован критерий допустимой степени загрязнения чувствительного элемента детектора вихрей, при котором обеспечивается измерение расхода газа без дополнительной погрешности от этого фактора. Практическая и научная значимость. Разработанные методы позволяют оценить влияние степени загрязнения чувствительного элемента термоанемометра, работающего в качестве датчика скорости и детектора вихрей расходомера газа, на изменение градуировочной зависимости и АЧХ.