Термомагнітній газоаналізатор з корекцією за "роторним" ефектом - Автореферат

ВІННИЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ АВТОРЕФЕРАТ дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наукДисертацію присвячено дослідженню процесів теплофізичних перетворень у термомагнітному полі та розробці термомагнітного газоаналізатора з корекцією за “роторним” ефектом. Розроблено математичні моделі термомагнітного газоаналізатора, які враховують неламінарний характер руху парамагнітного газу в неоднорідному термомагнітному полі, що дозволило запропонувати для обробки результатів вимірювань сумарно-різницевий метод. Виконано метрологічний аналіз термомагнітного газоаналізатора з корекцією за “роторним” ефектом на підставі варіаційного методу, що дозволило сформулювати вимоги на виготовлення приладу. Розроблено нову конструкцію первинного вимірювального перетворювача термомагнітного газоаналізатора з корекцією за “роторним” ефектом. Выполнен метрологический анализ термомагнитного газоанализатора с коррекцией по “роторному” эффекту на основе вариационного метода, что позволило сформулировать требования к изготовлению прибора.Для контролю за вмістом кисню в газових сумішах цим умовам найбільш повно відповідає магнітний метод вимірювання, який заснований на парамагнітних властивостях молекул кисню, магнітна сприйнятливість яких значно вища, ніж молекул інших газів. Ці прилади використовуються в різних галузях промисловості, у тому числі в хімічній промисловості (виробництві аміаку, метанолу, азотної, сірчаної кислот та оцтової кислоти), в яких від вмісту кисню у відходячих газах залежить якість готової продукції; теплоенергетиці (топки, печі, парокотельні установки), оптимальний режим роботи яких залежить від вмісту кисню в димових газах; медицині; космічній промисловості та багатьох інших. У більшості наукових праць, присвячених дослідженню термомагнітного методу, приймалося, що газові потоки в термомагнітному полі мають ламінарний характер, а нелінійність статичної характеристики обумовлена тільки зміщенням фронту нагрітого газу в напрямку зменшення напруженості магнітного поля та небажаним розподілом температур між нагрівачами термоанемометра і нелінійністю електричної незрівноваженої мостової схеми, а похибки, викликані зміною складу та фізичних параметрів некисневої частини газової суміші. При вивченні задач, повязаних з тепловими процесами чутливого елемента термомагнітного газоаналізатора, не враховувалися особливості руху газу і конвективно-кондуктивного переносу тепла в термомагнітному полі. До основних з них відносяться: зменшення нелінійності статичних характеристик, підвищення чутливості, точності та стабільності вимірювання, зменшення залежності результатів вимірювання від зміни зовнішніх впливаючих факторів (температури, атмосферного тиску), складу некисневих компонентів АГС, а також створення універсального термомагнітного газоаналізатора, незалежного від діапазону вимірювання тощо.У першому розділі виконано аналіз існуючих методів визначення концентрації кисню в газових сумішах з метою виявлення доцільності застосування кожного з них для розробки універсального газоаналізатора. Проведений аналіз методів та приладів контролю кисню в газових сумішах показав, що найдоцільніше використовувати термомагнітний метод для побудови універсального газоаналізатора. З урахуванням цих особливостей руху газової суміші в неоднорідному термомагнітному полі, математична модель термомагнітного газоаналізатора з внутрішньою термомагнітною конвекцією має такий вигляд: , (2) де - напруга живлення; ; ; - зміна теплопровідності, густини та теплоємності газової суміші; - температурний коефіцієнт платинового опору; - постійний опір у вимірювальній діагоналі електричного моста; - номінальний опір плечей вимірювального моста; - коефіцієнт теплопровідності, питома теплоємність і густина газової суміші; - довжина термоанемометра; - внутрішній діаметр трубки термоанемометра; , - динамічна вязкість кисню та некисневої частини газу; - парціальні густини некисневої частини газу при температурі і ; - середнє значення густини некисневої частини; та - температура газу на вході термоанемометра та температура газу в області максимального термомагнітного поля відповідно; - коефіцієнт коригування, який залежить від властивостей невимірювального компоненту; - магнітна сприйнятливість кисню; - тиск газу в термоанемометрі; - напруженість магнітного поля. При цьому встановлено, що коефіцієнт Копт практично лінійно залежить від молекулярної маси невимірювального компоненту газової суміші (кисень - двоокис вуглецю Копт=2.251, кисень - азот Копт=1.752, кисень - гелій Копт=1.051 та кисень - водень Копт=0.057).

2. Основний зміст роботи