RU170748U1 - LABORATORY INSTALLATION ON HEAT AND MASS TRANSFER - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к лабораторной установке по тепломассообмену, предназначенной для одновременной фиксации значений изменения массы и температуры при исследовании влажных нагретых сыпучих материалов, выделяющих пар. Лабораторная установка содержит емкость с испытываемым нагретым сыпучим паровыделяющим материалом, весы для установки емкости и средство измерения температуры материала в емкости. Новым является то, что установка снабжена системой автоматического управления при измерении температуры и массы испытываемого материала, с возможностью фиксации изменения значений температуры и массы одновременно. При этом установка дополнительно содержит пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор 1 с подключенной к нему термопарой 2 для измерения температуры материала в емкости, установленной на электронных весах 3 с USB-кабелем, связанных с ПИД-регулятором 1 при помощи автоматического преобразователя интерфейсов измеряемых параметров 4, который также электрически связан с ПИД-регулятором 1 и соединен USB-кабелем с персональным компьютером 5, а в линию, связывающую автоматический преобразователь интерфейсов 4 с ПИД-регулятором (1), электрически встроен оконечный резистор 6. Технический результат заключается в повышении эффективности путем повышения точности одновременно измеряемых параметров.1 ил.The utility model relates to a laboratory installation for heat and mass transfer, designed to simultaneously record the values of changes in mass and temperature in the study of wet heated bulk materials that produce steam. The laboratory installation contains a container with a test heated bulk solids, scales for installation of the tank and means for measuring the temperature of the material in the tank. New is that the installation is equipped with an automatic control system for measuring the temperature and mass of the test material, with the ability to record changes in temperature and mass at the same time. Moreover, the installation additionally contains a proportional-integral-differentiating (PID) controller 1 with a thermocouple 2 connected to it for measuring the temperature of the material in a container mounted on electronic scales 3 with a USB cable connected to the PID controller 1 using an automatic converter of the measured interfaces 4, which is also electrically connected to the PID controller 1 and connected by a USB cable to a personal computer 5, and to a line connecting the automatic converter of interfaces 4 to the PID controller (1), ektricheski integrated terminating resistor 6. The technical result is to increase the efficiency by improving accuracy of measured simultaneously parametrov.1 yl.

Description

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности к лабораторной установке по тепломасообмену, предназначенной для одновременной фиксации значений изменения массы и температуры при исследовании влажных нагретых сыпучих материалов, выделяющих пар.The utility model relates to the field of measurement technology, in particular to a laboratory installation for heat and mass transfer, designed to simultaneously record the values of changes in mass and temperature in the study of wet heated bulk materials that produce steam.

Известна установка для исследования процессов тепломассообмена в дисперсных материалах, содержащая установленные в теплоизолированном кожухе термостатируемые емкости с патрубками входа и выхода термостатированной жидкости, металлическую теплообменную плиту, влагоизолированные кассеты с исследуемым материалом, сыпучий насадок, кювету с водным раствором солей, причем при исследовании процессов тепломассообмена выявляют закономерности перераспределения влаги в материале по изменению влагосодержания слоев материала с последующим расчетом коэффициента термовлагообмена (Авторское свидетельство СССР №1522007 SU, дата приоритета 18.09.1988, дата публикации 15.11.1989, авторы: Абрамец A.M. и др., RU).A known installation for studying heat and mass transfer processes in dispersed materials, containing thermostatic containers installed in a thermally insulated casing with nozzles for the inlet and outlet of a thermostatically controlled liquid, a metal heat exchanger plate, moisture insulated cassettes with the material to be studied, loose nozzles, a cuvette with an aqueous solution of salts, is revealed during the study of heat and mass transfer processes patterns of moisture redistribution in the material by changing the moisture content of the layers of the material with subsequent calculation of the coefficient of thermal moisture exchange (USSR Author's Certificate No. 1522007 SU, priority date 09/18/1988, publication date 11/15/1989, authors: Abramets A.M. et al., RU).

Недостатком известного аналога является высокая трудоемкость исследования, а также ограниченная область использования из-за недостаточной точности при расчете коэффициента термовлагообмена по результатам изменения влагосодержания слоев материала, определяемого методом термостатной сушки.A disadvantage of the known analogue is the high complexity of the study, as well as the limited area of use due to insufficient accuracy in calculating the coefficient of thermal moisture exchange according to the results of changes in the moisture content of the layers of the material determined by thermostatic drying method.

В качестве прототипа принята экспериментальная установка, содержащая весы и термометр для фиксации изменения массы и температуры испытываемого материала, используемые в известной методике исследования сыпучих паровыделяющих материалов, по которой металлическую емкость с герметично закрывающейся крышкой, в которую насыпан материал массой 400-500 г, имеющий определенную влажность, нагревают в сушильном шкафу до необходимой температуры, после нагревания емкость с открытой крышкой помещают на платформу весов и устанавливают в ней термометр с заглублением в материал не более 5 мм, далее через определенные временные отсечки фиксируют изменение температуры и массы материала и производят обработку результатов эксперимента с целью определения, коэффициента массообмена, который используется при расчете вредности в виде влаговыделений при проектировании систем вентиляции (Шумилов Р.Н., Данилюк В.А., Филенко А.Д. Испарение влаги зернистыми материалами. - В кн.: Вентиляция и очистка воздуха, вып.5, М: Недра, 1969, с. 127-134, прототип).As a prototype, an experimental setup was adopted, containing a scale and a thermometer for recording changes in the mass and temperature of the test material, used in the well-known method for the study of bulk vapor-emitting materials, in which a metal container with a hermetically sealed lid, in which a material weighing 400-500 g, having a certain humidity, heated in an oven to the required temperature, after heating, a container with an open lid is placed on a weighing plate and a thermome is installed in it p with a depth of not more than 5 mm in the material, then after a certain time cut-off, the temperature and mass of the material are recorded and the results of the experiment are processed to determine the mass transfer coefficient that is used in calculating the harmfulness in the form of moisture in the design of ventilation systems (R. Shumilov ., Danilyuk V.A., Filenko A.D. Evaporation of moisture by granular materials. - In the book: Ventilation and air purification, issue 5, M: Nedra, 1969, p. 127-134, prototype).

Недостатком прототипа является низкая эффективность методики из-за нестыковки измерительного оборудования и отсутствия единой лабораторной установки для проведения исследований, так как весы и термометр не связаны между собой, что не позволяет в процессе эксперимента фиксировать значения изменения температуры и массы одновременно для сведения к минимуму погрешностей при фиксации данных и, тем самым, отрицательно влияет на точность последующих расчетов. Кроме того, проведение исследований по известной методике не исключает роль человеческого фактора, который также увеличивает вероятность ошибки.The disadvantage of the prototype is the low efficiency of the technique due to the inconsistency of the measuring equipment and the lack of a single laboratory setup for research, since the balance and the thermometer are not interconnected, which does not allow during the experiment to record the values of temperature and mass changes at the same time to minimize errors when data fixation and, thus, adversely affects the accuracy of subsequent calculations. In addition, conducting research using a known technique does not exclude the role of the human factor, which also increases the likelihood of error.

Задачей полезной модели является создание единой лабораторной установки по тепломассообмену и повышение ее эффективности путем обеспечения возможности одновременной фиксации значений массы и температуры во время эксперимента и повышения при этом точности последующих расчетов коэффициента массообмена на основе данных эксперимента.The objective of the utility model is to create a unified laboratory facility for heat and mass transfer and increase its efficiency by providing the possibility of simultaneously fixing the values of mass and temperature during the experiment and increasing the accuracy of subsequent calculations of the mass transfer coefficient based on experimental data.

Для решения поставленной задачи предложена лабораторная установка по тепломассообмену, содержащая емкость с испытываемым нагретым сыпучим паровыделяющим материалом, весы для установки емкости и средство измерения температуры материала в емкости. Согласно полезной модели, установка снабжена системой автоматического управления при измерении температуры и массы испытываемого материала, с возможностью фиксации изменения значений температуры и массы одновременно, при этом установка дополнительно содержит пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор с подключенной к нему термопарой для измерения температуры материала в емкости, установленной на электронных весах с USB-кабелем, связанных с ПИД-регулятором при помощи автоматического преобразователя интерфейсов измеряемых параметров, который также электрически связан с ПИД-регулятором и соединен USB-кабелем с персональным компьютером с возможностью одновременной фиксации значений массы и температуры и передачи их на компьютер, а в линию, связывающую автоматический преобразователь интерфейсов с ПИД-регулятором, электрически встроен оконечный резистор.To solve this problem, a laboratory installation for heat and mass transfer is proposed, containing a container with a test heated heated bulk vapor-generating material, a balance for installing a container, and a means for measuring the temperature of the material in the container. According to a utility model, the installation is equipped with an automatic control system for measuring the temperature and mass of the test material, with the ability to record changes in temperature and mass at the same time, while the installation additionally contains a proportional-integral-differentiating (PID) controller with a thermocouple connected to it for measuring the material temperature in a tank mounted on an electronic scale with a USB cable connected to the PID controller using an automatic interface converter from of measured parameters, which is also electrically connected to the PID controller and connected by a USB cable to a personal computer with the possibility of simultaneously recording the mass and temperature values and transferring them to a computer, and a line resistor is electrically integrated into the line connecting the interface automatic converter with the PID controller .

На чертеже представлена функциональная схема лабораторной установки по тепломассообмену, которая содержит следующие известные элементы:The drawing shows a functional diagram of a laboratory installation for heat and mass transfer, which contains the following known elements:

1 - универсальный двухканальный программный ПИД-регулятор «ОВЕН ТРМ -151», имеющий диапазон измерения температуры от - 50 до +200°C и точность измерения, равную 0,01°C (http://www.owen.ru/catalog/universal_nij_dvuhkanal_nij_programmnij_pid_regulyator_ove_n_trm151/opisanie, дата просмотра 08.06.2016);1 - a universal two-channel PID-program controller "Aries TPM-151" having a temperature measurement range from -50 to + 200 ° C and a measurement accuracy of 0.01 ° C (http://www.owen.ru/catalog/ universal_nij_dvuhkanal_nij_programmnij_pid_regulyator_ove_n_trm151 / opisanie, view date June 8, 2016);

2 - термопара «ТПК -011»;2 - thermocouple "TPK-011";

3 - электронные весы «L - микро», имеющие наибольший предел взвешивания 1 кг, дискретность 0,01 г и предел допускаемой погрешности 0,015 г (http://l-microrus.ru/catalog/291/2692/, дата просмотра 08.06.2016);3 - electronic scales "L - micro", having the largest weighing limit of 1 kg, a resolution of 0.01 g and an error margin of 0.015 g (http://l-microrus.ru/catalog/291/2692/, viewing date 08.06. 2016);

4 - автоматический преобразователь интерфейсов «USB/RS - 485 ОВЕН АС4» (http://www.owen.ru/catalog/avtomaticheskii_preobrazovatel_interfejsov_usb_rs_485_owen_as4/opisanie, дата просмотра 08.06.2016);4 - automatic converter of interfaces “USB / RS - 485 ARIES AC4” (http://www.owen.ru/catalog/avtomaticheskii_preobrazovatel_interfejsov_usb_rs_485_owen_as4/opisanie, date of viewing 08.06.2016);

5 - компьютер;5 - computer;

6 - оконечный резистор R_ок 120 Ом.6 - terminal resistor R _approx. 120 Ohms.

Согласно составу элементов функциональной схемы и их связи между собой, полезная модель представляет собой единую лабораторную установку по тепломассообмену для исследований, объединяющую весы и термометр, а также компьютер, что дает возможность одновременной фиксации изменения значений массы и температуры и передачи значений на компьютер.According to the composition of the elements of the functional diagram and their relationship with each other, the utility model is a single laboratory unit for heat and mass transfer for research, combining scales and a thermometer, as well as a computer, which makes it possible to simultaneously record changes in mass and temperature values and transfer values to a computer.

Установка работает следующим образом. Включают универсальный двухканальный программный ПИД-регулятор «ОВЕН ТРМ - 151» 1, который соединен с автоматическим преобразователем интерфейсов «USB/RS - 485 ОВЕН АС4» 4 при помощи USB-кабеля. Одновременно с этим включают электронные весы «L - микро» 3, которые также соединены с автоматическим преобразователем интерфейсов «USB/RS - 485 ОВЕН АС4» 4 при помощи USB-кабеля. На площадку весов 3 помещают измеряемый объект в виде металлической емкости с влажным нагретым материалом. На поверхность материала помещается термопара 2, подключенная к универсальному двухканальному программному ПИД - регулятору «ОВЕН ТРМ - 151» 1, и через определенные временные отсечки начинается фиксация значений изменения температуры и массы. Поскольку ПИД-регулятор 1 и весы 3 соединены USB-кабелями с автоматическим преобразователем интерфейсов 4, это дает возможность фиксировать данные изменения температуры и массы в процессе эксперимента взаимосвязанно. Лабораторная установка оснащена оконечным резистором 6 для согласования с линией компьютера 5, что дает возможность передавать на него зафиксированные значения температуры и массы, а также упростить процесс обработки результатов эксперимента, которые могут использоваться для точного расчета влаговыделений от поверхности влажных нагретых материалов, способствующих выделению водяных паров в помещениях, при проектировании систем вентиляции.Installation works as follows. They include the universal two-channel PID program controller "Aries TPM - 151" 1, which is connected to the automatic converter of interfaces "USB / RS - 485 Aries AC4" 4 using a USB cable. At the same time, they include electronic scales “L - micro” 3, which are also connected to the automatic converter of interfaces “USB / RS - 485 ARIES AC4” 4 using a USB cable. On the platform of the scales 3 place the measured object in the form of a metal container with wet heated material. A thermocouple 2 is placed on the surface of the material, connected to the universal two-channel PID program controller OVEN TRM-151 1, and after certain time cutoffs, the values of temperature and mass changes begin to be recorded. Since the PID controller 1 and the balance 3 are connected by USB cables to the automatic interface converter 4, this makes it possible to record data of changes in temperature and mass during the experiment interconnected. The laboratory setup is equipped with a terminal resistor 6 for matching with the line of the computer 5, which makes it possible to transmit fixed values of temperature and mass to it, as well as simplify the process of processing the experimental results, which can be used to accurately calculate the moisture release from the surface of wet heated materials that contribute to the release of water vapor indoors, when designing ventilation systems.

Преимущество заявляемой лабораторной установки по сравнению с прототипом заключается в том, что ее использование позволяет избежать неточностей при фиксации значений параметров тепломассообмена в процессе эксперимента, а, следовательно, избежать больших погрешностей при обработке результатов, а также свести к минимуму человеческий фактор при проведении исследований.The advantage of the claimed laboratory installation compared with the prototype is that its use allows to avoid inaccuracies when fixing the values of heat and mass transfer parameters during the experiment, and, therefore, to avoid large errors in processing the results, as well as to minimize the human factor during research.

Лабораторная установка по тепломассообмену изготовлена на кафедре «Инженерные системы зданий и сооружений» ИСИ СФУ и показала следующие преимущества: упрощает экспериментальные исследования влажных нагретых материалов, выделяющих пар, повышает точность зафиксированных результатов в процессе эксперимента.The laboratory unit for heat and mass transfer was manufactured at the Department of Engineering Systems of Buildings and Structures, ISI SFU and showed the following advantages: it simplifies experimental studies of wet heated materials emitting steam, increases the accuracy of the recorded results in the experiment.

Заявляемая лабораторная установка по тепломассообмену может быть использована для исследования сыпучих паровыделяющих материалов, а также для учебных целей, а именно для проведения лабораторных работ по дисциплине «Тепломассообмен».The inventive laboratory facility for heat and mass transfer can be used to study bulk vapor-emitting materials, as well as for educational purposes, namely for laboratory work in the discipline "Heat and Mass Transfer".

Claims (1)

Лабораторная установка по тепломассообмену, содержащая емкость с испытываемым нагретым сыпучим паровыделяющим материалом, весы для установки емкости и средство измерения температуры материала в емкости, отличающаяся тем, что она снабжена системой автоматического управления при измерении температуры и массы испытываемого материала, с возможностью фиксации изменения значений температуры и массы одновременно, при этом установка дополнительно содержит пропорционально-интегрально-дифференцирующий (ПИД) регулятор с подключенной к нему термопарой для измерения температуры материала в емкости, установленной на электронных весах с USB-кабелем, связанных с ПИД-регулятором при помощи автоматического преобразователя интерфейсов измеряемых параметров, который также электрически связан с ПИД-регулятором и соединен USB-кабелем с персональным компьютером с возможностью одновременной фиксации значений массы и температуры и передачи их на компьютер, а в линию компьютера, связывающую автоматический преобразователь интерфейсов и ПИД-регулятор, электрически встроен оконечный резистор.A laboratory for heat and mass transfer, containing a container with a test heated heated bulk steam-generating material, a balance for installing a container and means for measuring the temperature of the material in the container, characterized in that it is equipped with an automatic control system for measuring the temperature and mass of the test material, with the ability to record changes in temperature and mass at the same time, while the installation additionally contains a proportional-integral-differentiating (PID) controller with connected to it a thermocouple for measuring the temperature of the material in a container mounted on an electronic balance with a USB cable connected to the PID controller using an automatic converter of the interfaces of the measured parameters, which is also electrically connected to the PID controller and connected by a USB cable to a personal computer with the possibility of simultaneous fixation mass and temperature values and transferring them to a computer, and a terminal circuit is electrically integrated into the computer line connecting the automatic interface converter and the PID controller hist.

Images