Спосіб визначення положення меж розподілу середовищ

Спосіб визначення положення меж розподілу середовищ з використанням нагрітого і ненагрітого лінійно-протяжних терморезисторів, встановлених через межу розподілу середовищ, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що використовують два термопрофілеміри з розподіленими датчиками, визначають поточні профілі температури нагрітого і ненагрітого датчиків термопрофілемірів вздовж датчиків, обчислюють поточні профілі коефіцієнта теплообміну a (z, t) датчиків зі середовищем в точці z за формулою Pz,t az,t = -me 'iz,t) d9,(z,t) dt де P(z, t) - поточна погонна потужність нагріву датчика в точці z, т с і S - конструктивні параметри датчиків термопрофілемірів ( т - погонна маса, с - питома теплоємність матеріалу, S - погонна площа зовнішньої поверхні), 9-|(z,t) - поточний профіль температури нагрітого датчика, 62(z,t) - поточний профіль температури ненагрітого датчика, обчислюють поточний профіль просторового . , градієнта коефіцієнта теплообміну 9a(z,t) — ^ - ^ і полоdz ження екстремумів z m на цьому профілі приймають за положення меж розподілу середовищ О СО го Винахід відноситься до вимірювальної техніки і призначений для вимірювання положення меж розподілу в шаруватих середовищах Він може бути використаний в океанографії для вимірювання рівня моря й в промисловості для вимірювання меж розподілу газоподібних, рідких і сипучих багатошарових середовищ ВІДОМІ способи визначення рівня рідини на основі ВІДМІННОСТІ коефіцієнтів теплообміну датчиків температури з газом і рідиною [1,2] У цих способах звичайно використовуються два розподілені терморезисторні датчики температури, що перетинають межу розподілу, знаходяться в різних теплових режимах за рахунок підігрівання одного з датчиків і включених в суміжні плечі вимірювального моста для отримання сигналу, який залежить від положення рівня рідини Недоліком цього способу є залежність результату вимірювання від фізичних властивостей се редовищ (теплоємності, густини, теплопроводності і швидкості обтічності датчиків) і їх розподілу вздовж датчиків і, отже, обмежена точність Крім того, цей і ІНШІ ВІДОМІ способи визначення рівня не забезпечують визначення положення декількох меж розподілу в багатошарових середовищах Прототипом винаходу є спосіб, закладений в основі роботи датчика рівня рідини [3] Такі ознаки, як використання двох, нагрітого і ненагрітого ЛІНІЙ но-протяжних терморезисторів із змінним перетином по довжині, встановлених через межу розподілу середовищ, співпадають з ознаками заявленого винаходу Прототипу також властиві вказані вище недоліки аналогів У основу винаходу поставлене рішення задачі визначення положення меж розподілу середовищ, в якому шляхом виключення впливу на результати вимірювань МІНЛИВОСТІ фізичних властивостей (О 00 ю 58633 середовищ і їх розподілу вздовж датчиків забезпечується технічний результат, виражений в підвищенні точності визначення положення меж розподілу середовищ Додатковим технічним результатом є розширення області застосування способу, оскільки забезпечується можливість визначення положення меж розподілу багатошарових середовищ Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення положення меж розподілу середовищ з використанням нагрітого і ненагрітого лінійно-протяжних терморезисторів, встановлених через межу розподілу середовищ, згідно з винаходом використовують два термопрофілеміри з розподіленими датчиками, визначають поточні профілі температури 6i(z, t) і 02(z, t) нагрітого і ненагрітого датчиків термопрофілемірів вздовж датчиків, обчислюють поточні профілі коефіцієнта теплообміну a(z, t) датчиків зі середовищем в точці z за формулою P(z, t) - me a(z,t) = ^ " t ) dt ae 2 (z,t) dt де P(z, t) - поточна погонна потужність нагріву датчика в точці z, me і S - конструктивні параметри датчиків термопрофілемірів ( т - погонна маса, с - питома теплоємність, S - погонна площа зовнішньої поверхні), обчислюють поточний профіль просторового гра^ z ' * і полоaz ження екстремумів на цьому профілі приймають за положення меж розподілу середовищ Визначення положення меж розподілу середовищ зводиться до наступного Як відомо [4], датчики термопрофілемірів містять паралельно укладені розподілені терморезистори з термочутливістю, просторово модульованою по заданих функціях, наприклад, ортогонального базису (Фур'є, Уолша і т д ) Термопрофілеміри вимірюють профіль температури вздовж датчика Для першого датчика, що нагрівається потужністю P(z, t), справедливе рівняння теплового балансу дієнта коефіцієнта теплообміну a P(z, t) = [Qi (Z, t) - Єс (z, t)]a(z, t)S + me a 9 i ( Z ] t ) , (1) де 6 c (z, t) - поточний профіль температури середовища вздовж датчика Для ненагрітого другого датчика справедливо = [б 2 (z, t) - Єс (z, t)]a(z, t)S + me Q (2) З рівнянь 1 і 2 отримаємося формулу профілю коефіцієнта теплообміну P(z, t) - me a(z,t) = У стаціонарному aei(z,t)=0ae2(z,t)=0 P(Zit) = az az ae 2 (z,t) at (3) режимі c o n s t a(z,t) = P(z,t)S -1 (4) Таким чином, в стаціонарному режимі нагріву і стані середовища (при незмінному профілі температури середовища і профілях и інших фізичних властивостей) профіль коефіцієнта теплообміну a(z, t), нормований на S, однозначно визначається різницею профілів температур датчиків Коефіцієнт теплообміну датчика зі середовищем а залежить від фізичних властивостей і стану середовища, тому в різних середовищах він має різні значення і на межах розподілу середовищ зазнає різких змін, тобто мають місце великі просторові градієнти — Тому положенню меж розпоaz ділу середовищ z m будуть відповідати положення екстремумів на профілі градієнта коефіцієнта теплообміну az Для рівнеміра рідини на фіг 1 показані поточні профілі температур нагрітого 6i(z, t) і ненагрітого 02(z, t) датчиків, профіль різниці цих температур A0(z, t) (фіг 2), профіль коефіцієнта теплообміну a(z, t) (фіг 5) і його просторового градієнта (фіг 4) На фіг 5 - 9 показаний приклад визначення положення меж в 4-х шаровому середовищі розміщення датчиків (фіг 5), профілі температур 6i(z, t) і 02(z, t) датчиків (фіг 6), профіль різниці температур датчиків A6(z, t) (фіг 7), профіль коефіцієнта теплообміну a(z, t) (фіг 8), профіль просторового граa дієнта коефіцієнта теплообміну ^z' ' (фіг 9 ) Додаткова інформація, яка може бути отримана з рівнянь 1 і 2 при реалізації способу - це поточний профіль температури середовища 6 c (z, t), що обчисляється за формулою e c (z,t) = e 2 (z,t) me ae 2 (z,t) a(z,t) at (5) Джерела інформації 1 Разработка и исследование новых уровнемеров с тепловыми распределенными параметрами — В кн Теория информационных систем и устройств с распределенными параметрами Уфа, 1974, ч II, с 157 - 158 Авт Р К Азимов, С П Колмыков, Р М Курбанова, А Азимов, А Суслов, А А Нанбабаев, А М Исмаилов 2 А С № 263922 (СССР) Уровнемер для жидкости, авт Рудный Н М , Рудная А И , Савелов В Ф , опубл в бюл «Открытия Изобретения Пром образцы Товарные знаки» , 1970, № 8, с 99 3 А С № 1673857 (СССР) Датчик уровня жидкости, авт Г А Франк, Ю И Гладков, А Б Игошин, С В Гомбиков, опубл в бюл Открытия Изобретения , 1 9 9 1 , № 32 4 Райский В А , Райский П В Распределенные термопрофилемеры и их возможности в океанографических исследованиях М Г Ф Ж № 6 , 1996 58633 Фїї\1 Фїг.2 58633 ЧТ. Комп'ютерна верстка А Крулевський Підписано до друку 05 09 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна