PL148315B1

POLSKA
OPIS PATENTOWY
148 315
RZECZPOSPOLITA
LUDOWA
Patent dodatkowy
do patentu nr
Zgłoszono:
8 5 07 05
(P. 25439D
Pierwszeństwo
Int. Cl.4 G01K 3/08
URZĄD
PATENTOWY
PRL
Zgłoszenie ogłoszono:
8? 01 12
Opis patentowy opublikowano: 1990 03 31
Twórcy wynalazku:
Stanisław Waglowski, Tadeusz Konikowski, Henryk Kamiński,
Zbigniew Rudnicki
Uprawniony z patentu:
Instytut Energetyki, Warszawa (Polska)
SPOSÓB OKREŚLANIA RÓŻNICY TEMPERATUR W ŚCIANCE ELEMENTU OMYWANEGO
JEDNOSTRONNIE PRZEZ CZYNNIK TERMODYNAMICZNY
Przedmiotem wynalazku jest sposób określania różnicy temperatur w ściance elementu
omywanego Jednostronnie przez czynnik termodynamiczny. Określana na bieżąco różnica tempe¬
ratur jest miarą chwilowych naprężeń termicznych, powstających w ściance elementów grubościennych podczas nieustalonej wymiany ciepła.
Znany jest sposób określania różnic temperatur w ściance elementu, polegający na
pomiarze temperatur w dwóch punktach rozmieszczonych na różnej głębokości. Różnica tempe¬
ratur w ściance jest wówczas algebraiczną różnicą mierzonych wielkości.
Wadami tego sposobu określania różnicy temperatur są: mała dokładność, konieczność
selektywnego dobierania termoelementów w pary i korygowanie błędów, wynikających ze zmiany
charakterystyk termoelementów podczas eksploatacji wywołanych starzeniem się materiału,
a także duża zawodność wynikająca ze stosowania dużej liczby elementów w torach pomia¬
rowych.
W celu usunięcia tych wad i niedogodności opracowano sposób określania różnicy
temperatur w ściance elementu omywanego jednostronnie przez czynnik termodynamiczny według
wynalazku. Sposób ten charakteryzuje się tym, że pomiaru temperatury ścianki dokonuje się
tylko w jednym punkcie ścianki w pobliżu powierzchni omywanej przez czynnik termodyna¬
miczny, a różnicę temperatur określa się w członie dynamicznym o charakterystyce różnicz¬
kującej. Dynamika tego członu wraz ze zmianą temperatury dostosowuje się na bieżąco do
dynamiki elementu, a dostosowanie to wynika ze znanej dla danego materiału zależności
współczynnika dyfuzji cieplnej od mierzonej temperatury.
148 315
2
148 315
Zaletą sposobu według wynalazku jest wysoka dokładność i niezawodność określa¬
nia różnicy temperatur.
Sposób według wynalazku jest bliżej wyjaśniony w przykładowym jego zastosowaniu
na rysunku, który przedstawia schemat elektryczny urządzenia, realizującego ten sposób.
Linią przerywaną oznaczono podstawowe elementy składowe, z których zbudowane jest urzą¬
dzenie.
Urządzenie realizujące sposób według wynalazku jest zbudowane z elementu propor¬
cjonalnego 1, integratora 2 i układu mnożącego 3, połączonych tak, że szeregowo połą¬
czony element mnożący i integrator stanowią ujemne sprzężenie zwrotne dla elementu
proporcjonalnego.
Działanie urządzenia polega na określaniu różnicy temperatur w ściance elementu
A^ przy użyciu elementów zaznaczonych linią przerywaną, a mianowicie elementu proporcjo¬
nalnego 1,
integratora 2 i elementu mnożącego 3 tak, że uzyskuje się
charakterystykę
różniczkującą, przy czym jej parametry ulegają zmianie wraz ze zmianą temperatury &
,
podobnie do zmiany odwrotności współczynnika dyfuzji cieplnej materiału. Uzyskuje się
to dzięki zastosowaniu aktywnego dzielnika napięcia 3 wraz z tranzystorem polowym 4,
którego rezystancja zależy od napięcia reprezentującego temperaturę w mierzonym punkcie.
Dostosowanie charakterystyk dynamicznych urządzenia do dynamiki elementu odbywa się za
pomocą pojemności C i rezystancji R^ i R2, a odpowiednia zmiana tej dynamiki w funkcji
temperatury realizowana jest za pomocą rezystancji R, i R^. Różnicę temperatur w warun¬
kach ustalonych ustala wartość rezystancji Re.
Działanie urządzenia opisuje równanie różniczkowe
1
d^
x a^
m
k
dft
w którym x oznacza parametr charakteryzujący dynamikę układu, k - wielkość stałą ustala¬
jącą skalę, M - różnicę temperatur wynikającą z niedoskonałości izolacji termicznej po¬
wierzchni elementu nie omywanej przez czynnik termodynamiczny. Zjawisko fizyczne przewo¬
dzenia ciepła w ściance elementu opisane jest następującym równaniem różniczkowym:
-^ +AU
^l>'
_
M
.. n
s-
T*
^t
^
a.
w którym T » T
—- oznacza umowną stałą czasową elementu, będącą funkcją współczynnika
dyfuzji cieplnej materiału a * f (f ), zaś T oraz a - odpowiednie wartości w tempera¬
turze ^ = 0°C. Warunkiem wystąpienia analogii pomiędzy przebiegiem zjawiska fizycznego
a wielkością wynikową uzyskaną sposobem według wynalazku jest więc równość:
1
x -f7
V
nr
Warunek ten realizowany jest prezz element mnożący 3, utworzony przez aktywny dzielnik
napięcia zrealizowany na tranzystorze polowym 4.
Przeprowadzone badania i doświadczenia potwierdziły wysokie walory sposobu według
wynalazku.
Zastrzeżenie
patentowe
Sposób określania różnicy temperatur w ściance elementu omywanego jednostronnie
przez czynnik termodynamiczny, powstającej na skutek zmiany warunków wymiany ciepła,
znamienny
tym, że pomiaru temperatury dokonuje się tylko w jednym punkcie
ścianki w pobliżu powierzchni omywanej przez czynnik termodynamiczny, a różnicę tempe-
148 315
ratur określa się w członie dynamicznym o charakterystyce różniczkującej, przy czym dy¬
namika tego członu wraz ze zmianą temperatury dostosowuje się na bieżąco do dynamiki
elementu, a dostosowanie to wynika ze znanej dla danego materiału zależności współczyn¬
nika dyfuzji cieplnej od mierzonej temperatury.
3