температурі 20 В° С і тиску Р хат. = 0 кгс/см 2 в діапазоні зміни Сx від 0% до 70%.
При наступних вихідних даних розрахунок конструктивних параметрів проводиться наступним чином.
Температура металевого блоку катарометра T c = 40 В° C;
Передбачуваний струм нитки I = 400мА;
Матеріал нитки - платина;
Діаметр нитки d = 0.12 мм, тоді радіус нитки r 1 = 0,06 Г— 10 -3 м;
1. Розрахунок мінімальної довжини нитки детектора. p> Розрахуємо довжину вимірювальної комірки. Довжина вимірювальної комірки повинна бути такою, щоб тепло, що відводиться від нитки за рахунок теплопровідності газової суміші було в багато разів більше тепла відведеного по платинової нитки. Це можливо за умови, що відношення довжини нитки до її діаметра більше 100:
.
Дотримуючись це умова, приймаємо довжину вимірювальної комірки = 12 Г— 10 -3 м.
2. Розрахунок електричного опору нитки. p> Опір нитки R 0 розраховуємо по залежності:
,
гдеПЃ - Питомий опір платинової нитки при 20 В° С, Ом Г— м;
S - площа поперечного перерізу платинової нитки, м 2 ;
ПЃ = 11 Г— 10 -8 Ом Г— м;
S = pr 1 2 = 0,005 Г— 10 -6 м 2 ;
Те є R 0 = 0,1760 Ом.
4. Розрахунок радіуса камери детектора. p> Радіус вимірювальної комірки приймається з умови відсутності конвективного теплообміну між ниткою і досліджуваної газовою сумішшю.
Конвекції не буде, якщо критерій Релея R a буде менше 700:
,
де DT - перепад між температурою стінки камери і платинової ниткою, В° C;
T c - температура стінки, К;
g - прискорення вільного падіння, м/с 2 ;
r 1 - радіус платинової нитки, м;
r 2 - радіус вимірювальної комірки, м;
n = m/r- кінематична в'язкість газової суміші, м 2 /с;
m - динамічна в'язкість газової суміші, Па Г— с
r - щільність газової суміші, кг/м 3 .
В
- температуропровідність газової суміші, м 2 /с;
де с - питома теплоємність газу при постійному обсязі.
Очевидно, що значення критерію буде найбільшим при максимальному перепаді температур. Якщо теплопровідність визначається компонента більше ніж теплопровідність повітря, то перепад температур буде максимальним при нульовій концентрації визначається компонента. Таким чином, критерій розраховується для повітря:
n в - кінематична в'язкість газової суміші для повітря, м 2 /с;
а в - Температуропровідність газової суміші для повітря, м 2 /с;
l в - теплопровідність повітря, Вт/(м Г— К).
g = 9,80665 м/с 2 ;
n в = 13,38 Г— 10 -5 м 2 /с;
а в = 0,028 Г— 10 -3 м 2 /с;
r 1 = 0,04 Г— 10 -3 м;
l в = 0,0258 Вт/(м Г— К);
З залежності для критерію Релея висловлюємо r 2 :
,
Доповнимо це рівняння залежністю перепаду температур від теплопровідності газової суміші. В результаті отримаємо систему з двох нелінійних рівнянь з двома невідомими DT і r 2 .
В
Підставляючи дані у формулу для DT і r 2 , вирішуємо рівняння в системі MathCad і отримуємо: r 2 = 0,055 м. DT = 45,606 0 C.
Зазначимо також, що для даного випадку максимальна температура нитки буде при нульовій концентрації що визначається компонента в газовій суміші:
.
Підставивши числові дані, отримаємо Т н max = 45,606 В° С
4. Розрахунок теплообміну випромінюванням у вимірювальній комірці:
,
гдеe - коефіцієнт теплообміну;
F - площа випромінюючої поверхні, м 2 ;
T н max - максимальна температура платинової нитки, В° С;
T c - температура стінки, В° С;
e = 0,2 - ступінь чорноти поверхні нитки;
З 0 = 5,67 Вт/(м 2 Г— K 4 ) - постійна Стефана - Больцмана;
Підставивши числові дані, одержимо = 5,186 * 10 -6 Дж.
Також необхідно розрахувати тепловий потік Q Т , що проходить через вимірювальну комірку за рахунок теплопровідності газової суміші:
,
Підставивши числові дані, одержимо = 2 * 10 -4 Дж.
У Відповідно до прийнятих вище припущеннями теплообмін у вимірювальній камері повинен здійснюватися в основном...
