SU1728681A1 - Measure of non-stationary heat flux - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к теплометрии и позвол ет повысить точность и помехоустойчивость измерений нестационарного теплового потока. При воздействии на чувствительный элемент теплового потока на его выходе образуетс  сигнал, пропорциональный разности температур приемной и обратной поверхностей чувствительного элемента 1. Этот сигнал усиливаетс , преобразуетс  в частоту и поступает на счетный вход счетчика 4. Температура приемной и обратной поверхностей чувствительного элемента измер етс  термоэлектрическими преобразовател ми 5,6 и 7, усиливаетс , преобразуетс  в частоту следовани  импульсов и поступает на счетный вход реверсивного счетчика 10. Работой счетчиков 4 и 10 управл ет формирователь 11 временных интервалов. Выходные коды счетчиков 4 и 10 поступают на соответствующие входы сумматора 14, Результат измерени , образующийс  на выходе сумматора 14, высвечиваетс  на цифровом индикаторе 15. 2 ил.The invention relates to heat conductivity and allows to improve the accuracy and noise immunity of measurements of unsteady heat flux. When a heat flow is applied to a sensitive element at its output, a signal is formed that is proportional to the temperature difference between the receiving and return surfaces of the sensitive element 1. This signal is amplified, converted to frequency and fed to the counting input of the counter 4. The temperature of the receiving and reverse surfaces of the sensitive element is measured by a thermoelectric converter mi 5, 6 and 7, is amplified, converted to the pulse frequency, and fed to the counting input of the reversible counter 10. By operation of the counter Codes 4 and 10 control the shaper 11 time slots. The output codes of the counters 4 and 10 are fed to the corresponding inputs of the adder 14. The measurement result formed at the output of the adder 14 is displayed on the digital indicator 15. 2 Il.

Description

Изобретение относитс  к теплометрии и может быть использовано в энергетике, металлургии, машиностроении и других област х народного хоз йства дл  измерени  нестационарных тепловых потоков.The invention relates to calorimetry and can be used in the power industry, metallurgy, mechanical engineering, and other areas of the national economy for measuring unsteady heat fluxes.

Известно устройство дл  измерени  нестационарного теплового потока, содержащее чувствительный элемент и вычислитель величины нестационарного теплового потока . Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность измерени .A device for measuring an unsteady heat flux is known, comprising a sensitive element and a calculator of the unsteady heat flux value. A disadvantage of the known device is low measurement accuracy.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройство дл  измерени  нестационарного теплового потока, содержащее чувствительный элемент, выполненный в виде гипертермопзры, выход которой через усилитель подключен к первому входу сумматора, три последовательно соединенных термоэлектрических преобразовател , два из которых закреплены на приемной, а третий на обратной поверхности чувствительного элемента. Недостатком предлагаемого устройства  вл етс  низка  точность измерени . .The closest to the proposed technical essence and the achieved result is a device for measuring non-stationary heat flow, containing a sensitive element made in the form of hyperthermopres, the output of which through an amplifier is connected to the first input of the adder, three series-connected thermoelectric converters, two of which are attached to the receiving , and the third on the reverse surface of the sensing element. The disadvantage of the proposed device is low measurement accuracy. .

Цель изобретени  - повышение точности измерени  нестационарного теплового потока...The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy of unsteady heat flux ...

На чертеже представлена блок-схема цифрового измерител  нестационарного теплового потока.The drawing shows a block diagram of a digital meter unsteady heat flux.

Ч ГО 00 О 00CHO 00 O 00

Устройство дл  измерени  нестационарного теплового потока содержит чувствительный элемент 1, выполненный в виде гипертермопары и соединенный через усилитель 2 и преобразователь напр жение-ча- стота 3 со счетным входом счетчика 4, последовательное соединение термоэлектрических преобразователей 5,6 и 7, выходы которых через второй усилитель 8 и второй преобразователь напр жение-частота 9 со- единены со счетным входом реверсивного счетчика 10, первый и второй управл ющие входы которого соединены непосредственно с первым и вторым выходом формировател  временных интервалов 11, а третий через линию задержки 12 с третьим выходом формировател , вход которого подключен к генератору тактовых импульсов 13, сумматора 14, п выходов которого соединены с цифровым индикатором 15, а первые и вторые п входов с выходами реверсивного счетчика 10 и счетчика импульсов 4.A device for measuring non-stationary heat flux contains a sensing element 1, made in the form of hyperthermocouples and connected through an amplifier 2 and a voltage-frequency converter 3 with a counting input of counter 4, a series connection of thermoelectric converters 5,6 and 7, the outputs of which through the second amplifier 8 and the second voltage-frequency converter 9 are connected to the counting input of the reversible counter 10, the first and second control inputs of which are connected directly to the first and second output f dimmer time intervals 11, and the third through the delay line 12 with the third output of the imager, the input of which is connected to the clock pulse generator 13, the adder 14, n outputs of which are connected to the digital indicator 15, and the first and second n inputs with the outputs of the reversible counter 10 and the counter pulses 4.

В предлагаемом устройстве величина теплового потока определ етс  по формулеIn the proposed device, the heat flux is determined by the formula

- Л 1+ л L pcb v- L 1+ l L pcb v

q Ь 01 b1 6-q L 01 b1 6-

XX

(2t01 +tbl )-(2to2 + tb2)(2t01 + tbl) - (2to2 + tb2)

5F5F

где A,c,p,b - коэффициент теплопроводности , теплоемкость, удельна  плотность и толщина чувствительного элемента;where A, c, p, b is the coefficient of thermal conductivity, heat capacity, specific density and thickness of the sensitive element;

toi , - температура приемной и обратной поверхности чувствительного элемента в момент времени п ;toi, is the temperature of the receiving and return surfaces of the sensitive element at the moment p;

to2 . tb2 температура приемной и обратной поверхности чувствительного элемента в момент времени Т2 ;to2. tb2 the temperature of the receiving and return surfaces of the sensitive element at time T2;

Дг п Т2 .Dg p T2.

Устройство дл  измерени  нестационарного теплового потока работает следующим образом.A device for measuring transient heat flux works as follows.

При воздействии на чувствительный элемент теплового потока на его выходе образуетс  сигнал, пропорциональный разности температур приемной и обратной поверхности (to - tt), который усиливаетс  усилителем 2 в А/b раз и далее поступает на преобразователь напр жение-частота 3. На выходе преобразовател  3 по вл етс  последовательность импульсов, частота которых пропорциональна  величине -г (to -tt).When a heat flux is applied to a sensitive element, a signal is generated at its output, which is proportional to the temperature difference between the receiving and return surfaces (to - tt), which is amplified by amplifier 2 to A / b times and then goes to voltage-frequency converter 3. At output of converter 3 a sequence of pulses appears, the frequency of which is proportional to the magnitude of -r (to -tt).

Эти импульсы подаютс  на счетный вход счетчика импульсов 4.These pulses are fed to the counting input of the pulse counter 4.

Температура приемной и обратной поверхностей чувствительного элемента измер етс  термоэлектрическими преобразовател ми 5,6 и 7. Суммарный сигналThe temperature of the receiving and return surfaces of the sensitive element is measured by thermoelectric converters 5,6 and 7. The total signal

с этих преобразователей, пропорциональный величине(2т.0 + tt), усиливаетс  усилителем 8 в раз и поступаетfrom these converters, proportional to the magnitude (2m.0 + tt), is amplified by an amplifier 8 times and enters

наon

0 5 0 0 5 0

5five

00

5five

00

5five

00

второй преобразователь напр жение-частота 9, С выхода преобразовател  9 последовательность импульсов, с частотой,the second voltage-frequency converter 9, From the output of the converter 9, a sequence of pulses, with a frequency

пропорциональной (2t0 + tb),proportional (2t0 + tb),

поступает на счетный вход реверсивного счетчика 10.arrives at the counting input of the reversible counter 10.

Работой реверсивного счетчика 10 и счетчика импульсов 4 управл ет формирователь временных интервалов 11, который из тактовых импульсов, поступающих от генератора 13, формирует три последовательности управл ющих импульсов.The operation of the reversible counter 10 and the pulse counter 4 controls the driver of the time intervals 11, which of the clock pulses from the generator 13 generates three sequences of control pulses.

На первом и втором выходах форирова- тель 11 образует импульсы длительностью 1 с, с периодом следовани  Т. Длительность импульсов на третьем выходе формировател  11 равна Шти период.On the first and second outputs, the former 11 forms pulses with a duration of 1 s, followed by a period T. The duration of the pulses at the third output of the imaging unit 11 is equal to the Six period.

Счетчик импульсов 4 и реверсивный счетчик 10 работает следующим образом.The pulse counter 4 and the reversible counter 10 operates as follows.

В момент времени т управл ющий импульс со второго выхода формировател  11 поступает на первый управл ющий вход счетчика 4 и второй управл ющий вход реверсивного счетчика 10. При наличии этого импульса на управл ющих входах оба счетчика 4 и 10 суммируют импульсы, поступающие на их счетный вход. Далее, в момент времени та управл ющий импульс с первого выхода формировател  11 будет .поступать на первый управл ющий вход реверсивного счетчика 10, который вычитает импульсы, поступающие на его счетный вход. Таким образом, к моменту тз счетчик импульсов 4 зафиксирует число, пропорциональное A/b(toi tbi), а реверсивный счетчик 10 - число, пропорциональноеAt time t, the control pulse from the second output of the imaging unit 11 is fed to the first control input of the counter 4 and the second control input of the reversible counter 10. With this pulse present, the control inputs both counters 4 and 10 sum the pulses to their counting input . Further, at the moment of time, the control pulse from the first output of the imaging unit 11 will enter the first control input of the reversible counter 10, which subtracts the pulses arriving at its counting input. Thus, by the time tz, the pulse counter 4 will record a number proportional to A / b (toi tbi), and the reversible counter 10 will fix a number proportional to

(2 toi + tbi) - (2 to2 + tb2 ), что будет соответствовать сумме удвоенной скорости измерени  температуры приемной и скорости изменени  температуры обратной стороны чувствительного элемента за врем  (2 toi + tbi) - (2 to2 + tb2), which will correspond to the sum of the doubled measurement rate of the receiving temperature and the rate of change of the temperature of the back side of the sensing element over time

О с b Tj - Tiz и умноженной на Oh with b tj - tiz and multiplied by

Оба этиBoth of these

числа подаютс  на входы n-разр дного сумматора , имеющего 2п входов, который определ ет их сумму. В момент времени тз управл ющий импульс с третьего выхода формировател  1.1 поступит на управл ющие входы цифрового индикатора 15 и сумматора 14, а через линию задержки 12 на второй управл ющий вход счетчика импульсов 4 и третий управл ющий вход реверсивного счетчика 10. Цифровой индикатор 15the numbers are fed to the inputs of an n-bit adder having 2n inputs, which determines their sum. At the moment of time TZ, the control pulse from the third output of the former 1.1 goes to the control inputs of the digital indicator 15 and the adder 14, and through the delay line 12 to the second control input of the pulse counter 4 and the third control input of the reversible counter 10. Digital indicator 15

высветит на своем табло результат суммировани , т.е. число, пропорциональное нестационарному тепловому потоку д.will display on the scoreboard the result of the summation, i.e. a number proportional to the unsteady heat flux d.

Управл ющий импульс с третьего выхода формировател  11, пройд  через линию временной задержки 12, сбрасывает счетчик импульсов 4 и реверсивный счетчик 10 в нулевое состо ние и подготовл ет схему дл  следующего измерени . Лини  временной задержки 12 необходима дл  того, что- бы разнести во времени операцию записи числа с выхода сумматора 14 в цифровой индикатор 15 и операцию обнулени  обоих счетчиков.The control pulse from the third output of the driver 11, having passed through the time delay line 12, resets the pulse counter 4 and the reversible counter 10 to the zero state and prepares a circuit for the next measurement. The time delay line 12 is necessary in order to place in time the operation of recording the number from the output of adder 14 into the digital indicator 15 and the operation of zeroing both counters.

.Формул а изоб ретен и Formula and isobretin

Цифровой измеритель нестационарного теплового потока, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде гипертермопары, подключенной-выходом к усилителю, три последовательно соединен- ных термоэлектрических преобразовател , два из которых закреплены на приемной, а один - на обратной поверхности чувствительного элемента, сумматор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , в него введены последовательно соединенные второй усилитель,A digital transient heat flux meter containing a sensitive element made in the form of a hyperthermocouple, connected to the amplifier, three series-connected thermoelectric converters, two of which are fixed to the receiving and one to the reverse surface of the sensitive element, an adder that differs in that, in order to improve the measurement accuracy, a second amplifier, connected in series, is inserted into it,

преобразователь напр жение-частота и реверсивный счетчик, последовательно соеди- ненные второй преобразователь напр жение-частота, подключенный входом к выходу первого усилител , и счетчик, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и формирователь временных интервалов, лини  задержки и цифровой индикатор, соединенный входами с выходами сумматора, при этом формирователь временных интервалов подключен первым выходом к первому управл ющему входу реверсивного счетчика, вторым выходом ко второму управл ющему входу реверсивного счетчика и к первому управл ющему входу счетчика, третьим выходом к управл ющим входам сумматора и цифрового индикатора непосредственно, а к третьему управл ющему входу реверсивного счетчика и ко второму управл ющему входу счетчика через линию задержки, выходы реверсивного счетчика и счетчика подключены соответственно к первой и второй группам входов сумматора, свободные концы цепочки из последовательно соединенных термоэлектрических преобразователей подключены ко входам второго усилител .voltage-frequency converter and reversible counter, serially connected second voltage-frequency converter connected by the input to the output of the first amplifier, and counter, serially connected clock generator and time generator, delay line and digital indicator connected by inputs to the outputs an adder, wherein the time interval former is connected by the first output to the first control input of the reversible counter, the second output to the second control input p The eversive counter and the first control input of the counter, the third output directly to the control inputs of the adder and digital indicator, and the third control input of the reversible counter and the second control input of the counter through the delay line, the outputs of the reversible counter and counter, respectively, are connected to the first and the second group of inputs of the adder, the free ends of the chain of series-connected thermoelectric converters are connected to the inputs of the second amplifier.

Фиг.11

Г; ГгГ3ЦG; YYYY

Фиг. 2FIG. 2

Claims (1)

Формула изобретенияClaim Цифровой измеритель нестационарного теплового потока, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде гипертермопары, подключенной выходом к усилителю, три последовательно соединенных термоэлектрических преобразователя, два из которых закреплены на приемной, а один - на обратной поверхности чувствительного элемента, сумматор,отличающ и й с я тем, что, с целью повышения 25 точности измерения, в него введены последовательно соединенные второй усилитель, преобразователь напряжение-частота и реверсивный счетчик, последовательно соединенные второй преобразователь напряжение-частота, подключенный вхо5 дом к выходу первого усилителя, и счетчик, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и формирователь временных интервалов, линия задержки и цифровой индикатор, соединенный входами с 10 выходами сумматора, при этом формирователь временных интервалов подключен первым выходом к первому управляющему входу реверсивного счетчика, вторым выходом ко второму управляющему входу ревер15 сивного счетчика и к первому управляющему входу счетчика, третьим выходом к управляющим входам сумматора и цифрового индикатора непосредственно, а к третьему управляющему входу реверсив20 ного счетчика и ко второму управляющему входу счетчика через линию задержки, выходы реверсивного счетчика и счетчика подключены соответственно к первой и второй группам входов сумматора, свободные концы цепочки из последовательно соединенных термоэлектрических преобразователей подключены ко входам второго усилителя.A digital meter of unsteady heat flux containing a sensitive element made in the form of a hyperthermocouple connected with an output to an amplifier, three thermoelectric converters connected in series, two of which are mounted on the receiving side, and one on the back surface of the sensitive element, an adder distinguishing that, in order to increase 25 measurement accuracy, a second amplifier, a voltage-frequency converter and a reversible counter are connected in series to it, sequentially separated by a second voltage-frequency converter connected to the output of the first amplifier by an input5, and a counter connected in series with a clock generator and a shaper of time intervals, a delay line and a digital indicator connected by inputs to 10 outputs of the adder, while the shaper of time intervals is connected by the first output to the first control input of the reversible counter, the second output to the second control input of the reverse counter and to the first control input of the counter, the third output to the control inputs of the adder and the digital indicator directly, and to the third control input of the reversible counter and to the second control input of the counter through the delay line, the outputs of the reverse counter and counter are connected respectively to the first and second groups of inputs of the adder, the free ends of the chain of series-connected thermoelectric converters are connected to the inputs of the second amplifier. Фиг.1Figure 1 форп. п п т forep n p t Ί Ί 7 _t 7 _t 1сех Ί П л 1seh Ί P l h' h ' ^/сех ⁷ Л^ / seh ⁷ L Г, г_гт₃{G, g _g t ₃ { 4 4 Фиг.2Figure 2