Выпадение росы на металлическом корпусе при охлаждении корпуса прибор
Обновлено: 04.10.2024
Для измерения температуры точки росы в АТЧ используются следующие приборы:
- указатель точки росы Г-2;
- автоматический фотоэлектронный индикатор влажности газов 8Ш-31;
- кулонометрический индикатор влажности газов 15Ш-26.
Указатель точки росы Г-2 является индикатором влажности воздуха или кислорода.
Прибор выпускается промышленностью в двух модификациях:
- «Только для кислорода» (обозначается 1Д2.772.009-01);
- «Только для воздуха» (обозначается 1Д2.772.009).
ЗАПРЕЩАЕТСЯ прибор, предназначенный для кислорода, использовать для определения влажности воздуха, а прибор, предназначенный для воздуха, использовать для определения влажности кислорода.
Принцип действия прибора основан на переводе исследуемого газа в газ с насыщенным содержанием водяных паров путем понижения его температуры и определения температуры зеркальной поверхности крышки холодопровода в момент выпадения на ней капель воды.
Момент выпадения росы на зеркальной поверхности крышки фиксируется визуально через объектив. Температура крышки в момент выпадения росы определяется по милливольтметру, отградуированному в градусах Цельсия.
Пневматическая схема прибора представлена на рис.1.
Рис.1. Пневматическая схема прибора Г-2:
Исследуемый газ подается через трубопровод 1, трубку 2, фильтр 3 непосредственно в измерительную головку 5. Газ омывает зеркальную поверхность крышки 11, представляющую собой отполированную пластинку из красной меди, впаянную в вершину холодопровода 9, изготовленного из того же металла. К середине крышки с внутренней стороны подпаян горячий слой термопары Тп. Термопара изготовлена из хромель-копелевого сплава.
Бачок 10, наполненный жидким кислородом, служит для охлаждения холодопровода. Когда температура поверхности крышки холодопровода достигнет температуры точки росы, содержащаяся в исследуемом газе влага конденсируется и оседает на поверхности крышки в виде тумана. В момент выпадения влаги фиксируются показания милливольтметра, к которому подключена термопара.
Наблюдение за зеркальной поверхностью крышки, подсвечиваемой лампой, ведется визуально через объектив 4. Расход газа при замере устанавливается по ротаметру 8 вентилем 7. Давление в головке контролируется по манометру 6.
Прибор Г-2 является переносным, малогабаритным и состоит из двух частей: милливольтметра и измерительной головки.
Холодопровод охлаждается с помощью жидкого кислорода, заливаемого во время работы в бачок. Скорость охлаждения холодопровода изменяется путем перемещения бачка вдоль холодопровода.
Основным узлом прибора является измерительная головка с холодопроводом и термопарой. Измерительная головка состоит из корпуса, входного штуцера, фильтра и выходного трубопровода. Срез трубки подвода газа направлен на зеркальную поверхность крышки холодопровода. Фиксация трубки в заданном положении осуществляется при помощи штуцера с квадратным сечением.
Автоматический фотоэлектронный индикатор влажности 8Ш-31.
Прибор переносного типа предназначен для непрерывного и периодического контроля влагосодержания воздуха, находящегося под избыточным давлением до 150 кгс/см2. Газ, предназначенный для охлаждения зеркала, должен иметь давление 120…200 кгс/см2.
Конструкция прибора допускает эксплуатацию его при температуре окружающего воздуха от –40 до +500С и относительной влажности до 75%, а также в условиях кратковременного пребывания при повышенной влажности до 98% при температуре окружающего воздуха до +250С.
Температура, при которой содержащийся в воздухе водяной пар становится насыщенным, называется температурой точки росы. При дальнейшем понижении температуры водяной пар становится перенасыщенным, и избыток влаги выпадает в виде росы.
Это явление и используется в приборе, который фиксирует первоначальный момент выпадения росы и одновременно замеряет точку росы водяных паров воздуха.
Состояние насыщения водяного пара в приборе достигается путем охлаждения контролируемого воздуха зеркалом, само зеркало охлаждается специальным устройством.
Момент выпадения росы (момент помутнения зеркала) фиксируется фотоэлектронной системой прибора, в результате срабатывания которой на щитке прибора загорается сигнальная красная лампа «Влажный».
Прибор состоит из следующих основных частей:
- измерительной головки с системой охлаждения;
Все основные части прибора, кроме реохорда, закреплены на каркасе. Реохорд укреплен на щитке и измерительной головке.
Измерительная головка с системой охлаждения (рис. 2) состоит из следующих частей: измерительной головки 1, теплообменника 3, тройника 4, коробки 5 и соединительных трубопроводов.
Измерительная головка предназначена для охлаждения и подогрева зеркала, фиксации момента выпадения росы на зеркало и для контроля температуры зеркала.
В состав измерительной головки входят: головка 14, холодопровод 7, камеры фотоэлементов 16, штуцер подвода воздуха 18, штуцер отвода воздуха 15, тубусы 3, 4, камера осветительной лампы 13, фланцы 10, 11, текстолитовые шайбы 6, 9 и шпильки 8.
| Рис. 2. Измерительная головка и система охлаждения: 1-измерительная головка; 2-мипора; 3-теплообменник; 4-тройник; 5-коробка |
Теплообменник служит для предварительного охлаждения потока воздуха, подводимого к дросселю и представляет собой аппарат змеевикового типа. Он имеет 5 рядов спирально навитых трубок, рассчитанных на рабочее давление до 350 кгс/см2.
Блок питания служит для преобразования и распределения электрической энергии, получаемой от сети переменного тока напряжением 220В, между узлами и блоками прибора.
Электронный блок предназначен:
- для автоматического регулирования заданной температуры зеркала (вместе с термистором и нагревательным элементом);
- для усиления сигнала от фотоэлементов при выпадении росы на зеркало;
- для переключения на щитке зеленой (сухой воздух) или красной (влажный воздух) СИГНАЛЬНЫХ ЛАМП.
Реохорд включен в измерительный мост и служит для задания температуры поверхности зеркала.
Работа прибора 8Ш-31 основана на взаимодействии следующих его схем:
Газовая схема прибора (рис. 4) состоит из магистрали контролируемого воздуха и магистрали для охлаждения зеркала.
Воздух, идущий на охлаждение зеркала 9, поступает через входной штуцер, фильтр 16, вентиль 15, теплообменник 13 и дроссель 11, через дюзу которого дросселируется в полость холодопровода 10. Охлаждение зеркала получается при дроссельном эффекте.
Холодный воздух по змеевику обтекает холодопровод и возвращается в межтрубное пространство теплообменника, охлаждая воздух, находящийся в спиральных трубках. После теплообменника воздух через патрубок 3 выходит в атмосферу. Давление в межтрубном пространстве определяется по манометру 14. Контролируемый воздух поступает через входной штуцер, вентиль 1, фильтр 2 в измерительную головку 8 и через вентиль 7, ротаметр 5 и фильтр 6 выходит в атмосферу. Давление воздуха в головке контролируется манометром 4. Фильтр препятствует попаданию атмосферной влаги в головку при отключенном приборе.
Оптическая схема прибора изображена на рис. 5. Световые лучи от лампы 5 попадают на линзу 6 и на светорассеивающее стекло 3. Через светорассеивающее стекло лучи попадают на сравнительный фотоэлемент 1. Линза 6 образует параллельный пучок лучей (лампа находится в ее фокусе), который через диафрагмы 7 попадает на зеркало 8. При отсутствии росы на зеркале параллельный пучок фокусируется линзой 9 на экране 10. Рабочий фотоэлемент не засвечивается. При выпадении на зеркало росы параллельный пучок лучей рассеивается и через линзу, минуя экран, попадает на рабочий фотоэлемент. Происходит расбаланс электрической схемы.
Рис. 4. Газовая схема прибора 8Ш-31:
10-холодопривод;11-дроссель; 13-теплообменник; 14-манометр на 4 кгс/см2.
Для компенсации возможного начального светового потока рабочего фотоэлемента при отсутствии росы на зеркале при помощи иглы 4 и диафрагмы 2 подбирается световой поток на сравнительный фотоэлемент.
Выпавшую росу можно наблюдать также визуально через линзу 12, установленную в верхнем тубусе измерительной головки.
Электрическая схема прибора состоит из схемы автоматического регулятора температуры зеркала и схемы фиксации момента выпадения росы на зеркало. Схема предусматривает работу прибора в режимах «Контроль» и «Измерение».
Схема автоматического регулирования температуры (термоканал) предназначена для поддержания температуры зеркала на заданном уровне.
Схема термоканала состоит из измерительного моста, двухкаскадного усилителя, фазочувствительного каскада. Чувствительным элементом измерительного моста является термистор, величина сопротивления которого зависит от температуры.
Двухкаскадный усилитель предназначен для усиления напряжения разбаланса измерительного моста. Фазочувствительный каскад предназначен для включения или выключения нагревательного элемента при отклонении температуры зеркала от заданной по шкале реохорда.
Принцип работы термоканала сводится к поддержанию уравнительного состояния измерительного моста. Равновесие измерительного моста зависит от соотношения сопротивления 4 термистора и частей реохорда. Сопротивление термистора определяется температурой зеркала, а реохорда – положением лимба.
Схема фиксации момента выпадения росы (фотоканал) предназначена для фиксации момента выпадения росы на зеркало. Схема фотоканала состоит из фотоэлементов, делителя, резистора, усилительного каскада, ламп.
Рис. 5. Оптическая схема прибора 8Ш-31:
Кулонометрический индикатор влажности 15Ш-26
Прибор 15Ш26 представляет собой автоматический, искробезопасный, пылебрызгозащищенный, переносной, показывающий и записывающий прибор для измерения микроконцентраций влаги в воздухе, азоте, кислороде, аргоне, гелии, водороде.
В состав прибора входят:
- блок питания БП-1;
- вторичный прибор ВП-1 с комплектом ЗИП;
- побудитель расхода газа ПРГ-1;
- измеритель расхода газа ИРГП-2;
- одиночный комплект ЗИП.
Категорически запрещается работа датчика с другими блоками питания и вторичными приборами, не входящими в комплект прибора 15Ш26.
Принцип действия прибора иллюстрирует рис. 6, на котором изображен в разрезе трубчатый чувствительный элемент анализатора влажности с источником питания и измерителем тока.
Во внутреннем канале цилиндрического стеклянного корпуса 1 размещены три платиновые электроды, выполненные в виде геликоидальных несоприкасающихся спиралей. Между электродами нанесена пленка 5 частично гидратированной пятиокиси фосфора Р2О5, обладающая способностью очень хорошо поглощать влагу. Через канал чувствительного элемента в направлении, указанном стрелкой, непрерывно подается анализируемы газ, причем расход газа поддерживается строго постоянным с помощью специальных регулирующих устройств.
Геометрические размеры элемента и расход газа подобраны таким образом, что влага практически полностью извлекается из газа.
Поглощенная влага, соединяясь с веществом пленки, образует раствор фосфорной кислоты с высокой удельной проводимостью. К выводам электродов подключен источник напряжения постоянного тока 9. Величина напряжения превышает потенциал разложения воды так, что одновременно с поглощением влаги ведется ее электролиз.
В установившемся режиме количество поглощений и разложений в единицу времени воды равны и, следовательно, ток электролиза, измеряемый микроамперметром 6, является точной мерой концентрации влаги в анализируемом газе.
Результаты измерения влажности газов при помощи прибора 15Ш26 абсолютны и не требуют калибровки по эталонным газовым смесям.
Комплект прибора представлен на рис. 7. Он состоит из датчика 1, побудителя расхода газа 2, блока питания 3 и вторичного прибора 4.
При разовых или кратковременных (менее 10 ч) замерах влажности газов, находящихся под давлением до 0,3 кгс/см2, последовательно с датчиком подключается побудитель расхода газа ПРГ-1.
При кратковременных замерах влажности питание датчика осуществляется от блока аккумуляторов, встроенного в датчик. При длительных замерах влажности датчик подключается к блоку питания и прибор работает от сети напряжением 220 или 36В переменного тока или напряжением В постоянного тока.
При необходимости записи измерений к блоку питания подключается вторичный прибор ВП-1.
Датчик Д-1 является основным блоком изделия. Он представляет собой искробезопасный, переносной, автоматический, показывающий прибор с автономным источником питания для измерения микроконцентраций влаги в газах. Побудитель расхода газа ПРГ-1 предназначен для просасывания анализируемого газа через датчик при избыточном давлении газа менее 0,3 кгс/см2. Он представляет собой электромагнитный насос мембранного типа. Питание побудителя от сети переменного осуществляется от сети переменного тока напряжением 220В±10%, частотой 50Гц через однополупериодный выпрямитель.
Рис.6. Принцип действия прибора 15Ш-26:
Блок питания БП-1 предназначен для питания измерительной схемы датчика прибора стабилизированным постоянным искробезопасным напряжением при работе прибора от сети переменного тока напряжением 220В и 36В±10%, частотой 50Гц или от сети постоянного тока напряжением В.
Блок питания обеспечивает питание измерительной схемы прибора стабилизированным напряжением в пределах 42,5…51,5В и питание нагревателя прибора стабилизированным напряжением в пределах 19,6…24,2В.
Вторичный прибор ВП-1 предназначен для записи показаний датчика прибора во времени и сигнализации о предельных значениях измеряемой влажности.
В качестве вторичного прибора применяется электронный потенциометр КПС2-004ИТ-4 со шкалой 0…10 мВ.
Для использования в данном изделии шкала потенциометра, выполненная в мВ, заменяется новой шкалой, отградуированной в ррm Н2О и в 0С по точке росы.
Выпадение росы на металлическом корпусе при охлаждении корпуса прибор
В промышленной и лабораторной практике часто возникает необходимость определения количества влаги в воздухе или различных газах. Было предложено много приборов для измерения влажности, среди которых наибольшее распространение получили психрометры, волосяные гигрометры и гигрометры, основанные на измерении температуры точки росы. Измерение влажности психрометром возможно лишь при положительных температурах, а волосяные гигрометры обладают незначительной точностью и малой надежностью измерений. Наиболее
удовлетворяют требованиям эксплуатации гигрометру, основанные на фиксации температуры образования конденсата — точки росы. Гигрометры этого типа получили название конденсационных.
Зная температуру точки росы, можно вычислить абсолютное содержание влаги в исследуемом газе. Бесспорным достоинством конденсационных гигрометров является возможность автоматизировать процесс измерения, т. е. создать приборы непрерывного действия. Охлаждение поверхности конденсации в конденсационных гигрометрах осуществляется различными криостатическими смесями, твердой углекислотой, жидким азотом или посредством дросселирования сжатого газа.
Рис. 123. Разрез визуального гигрометра.
Эти методы охлаждения обладают рядом недостатков, основным из которых является необходимость периодического пополнения хладоагента, что резко снижает эксплуатационные возможности прибора.
Использование термоэлектрического метода охлаждения поверхности конденсации позволило создать несколько типов простых по конструкции и надежных в эксплуатации гигрометров.
Наиболее простым по конструкции является гигрометр, в котором момент выпадения росы фиксируется визуально по запотеванию рабочей поверхности прибора. По идее этот прибор представляет собой гигрометр Лембрехта, у которого для охлаждения поверхности конденсации вместо эфира применено термоэлектрическое охлаждение. Гигрометр представляет собой самостоятельный прибор, к которому только требуется подключить питание от соответствующего выпрямителя.
Основным конструктивным элементом гигрометра (рис. 123) является термоэлемент 1, к холодному спаю которого припаян медный диск 2, являющийся поверхностью конденсации. Для более точного определения момента выпадения росы на поверхности конденсации последняя окружена полированным эбонитовым кольцом 3, вокруг которого располагается контрольная поверхность сравнения 4.
Термоэлемент и блок конденсации закрыть слоем теплоизоляции 5, выполненной из пенопласта. Горячий спай термоэлемента припаян к коллектору 7, снабженному системой радиаторных пластин 6. Измерение температуры, при которой выпала роса, производится по спиртовому термометру, который помещается в канал 8. Головка прибора смонтирована в металлическом корпусе 9 и установлена на стойке 10.
Рис. 124. Блок-схема гигрометра периодического действия.
Термоэлектрическая пара гигрометра позволяет понизить температуру поверхности конденсации на 30° относительно температуры окружающего воздуха. При рабочем токе 20 а потребляемая элементом мощность равна
Габаритные размеры гигрометра: диаметр высота Вес прибора
Гигрометр периодического действия. В гигрометре этого типа, блок-схема которого показана на рис. 124, точка росы фиксируется по изменению поверхностной проводимости стекла, охлаждаемого термоэлектрической парой. Гигрометр имеет следующие основные узлы: систему охлаждения, индикатор росы, электрометрический мост, двухкаскадный магнитный усилитель, выпрямитель для питания моста, микротермисторы для измерения температуры, вентилятор с заводным механизмом для прососа испытуемого газа.
Система охлаждения содержит термоэлектрическую пару и радиатор для отвода тепла с горячих спаев термоэлемента в окружающий воздух. С целью уменьшения температурного перепада между горячим спаем термоэлемента и окружающим воздухом площадь радиатора по сравнению с теоретическим расчетом несколько увеличена и составляет Это обеспечивает
уменьшение паразитного температурного перепада между радиатором и окружающей средой на В стационарных условиях при оптимальном питающем токе 10 а и температуре окружающего воздуха 20° на холодном спае через 50—60 сек. достигается температура —11°. При просасывании исследуемого газа тепловая нагрузка на холодный спай увеличивается и уменьшается максимально достижимый перепад температур. При выбранной скорости потока воздуха на холодном спае устанавливается температура —10°.
Индикатором росы служит стекло (ширина длина толщина на которое катодным распылением нанесен слой платины 1 и сделан разрыв шириной К серебряным контактам, нанесенным вжиганием, припаяны сплавом Вуда электроды для соединения пластинки с электрической схемой гигрометра. Стекло с нанесенными слоями приклеено эпоксидным клеем к холодному спаю термоэлемента. С целью теплоизоляции от окружающей среды полупроводниковая батарея и поверхность конденсации закрыты теплоизоляционным чехлом. Испытуемый газ засасывается через специальный штуцер.
Гигрометр питается от сети 220 в. Принцип действия электрической схемы прибора заключается в следующем: в результате выпадения росы изменяется баланс электрометрического моста, и сигнал в поступает на магнитный усилитель; сигнал разбаланса, усиленный до размыкает реле при этом рвется цепь питания термоэлемента и происходит испарение сконденсированной влаги. исчезновении росы реле включает термоэлемент и процесс повторяется. Температуру выпадения росы измеряет термистор смонтированный непосредственно под охлаждаемым стеклом. Температура окружающей среды измеряется другим термистором, помещенным в потоке исследуемого газа. Схема позволяет до начала измерений сбалансировать электрометрический мост, а также установить требуемое напряжение питания термисторов.
Следует отметить, что в зависимости от ширины разрыва слоя платины, нанесенной на стекло, изменяется чувствительность прибора. Оказалось, что при расстоянии между электродами (сопротивление промежутка прибор фиксирует выпадение росы на несколько секунд раньше, чем ее удается заметить в микроскоп ( Было установлено, что чувствительность гигрометра в основном определяется временем срабатывания усилителя в реле, поэтому применение пленок с очень малым зазором в данной конструкции нецелесообразно. Цикл
одного измерения (конденсация—испарение) занимает 20— 30 сек.
Испытания прибора показали, что температура точки росы определяется с точностью ±1°, разброс значений при измерении не превышает 0.5°. Гигрометр позволяет измерять влажность газов с температурой точки росы от до —10°.
Рис. 125. Общин вид гигрометра периодического действия.
Измерение влажности более сухих газов ограничено тем обстоятельством что при этом конденсация влаги происходит в виде твердой фазы и поверхностная проводимость стекла изменяется недостаточно для получения необходимого сигнала.
Общий вид гигрометра периодического действия приведен на рис. 125.
Гигрометр непрерывного действия. Автоматический гигрометр непрерывного действия основан на изменении отражательной способности зеркала при выпадении на нем росы.
В 1958 г. был разработан промышленный образец термоэлектрического конденсационного автоматического гигрометра непрерывного действия, позволяющего измерять температуру
точки росы воздуха или любых промышленных газов от до —50°. Принципиальная блок-схема гигрометра изображена на рис. 126. На холодном спае термоэлектрической батареи помещено зеркало 1, которое в процессе измерения обдувается струей газа, влажность которого требуется определить. Зеркало освещается пучком света от осветителя 2, питаемого источником 3. Отразившись от зеркала, свет попадает на фотосопротивление Электронная схема управления настроена таким образом, что при изменении количества света, падающего на фотосопротивление, что имеет место при выпадении на зеркале росы, усилитель фототока 5 подает сигнал на регулирующее устройство 6, которое имеет выход на электронный самописец 11 типа и исполнительный механизм 7, посредством которого может быть изменен режим увлажнения или осушки воздуха или газа и включено соответствующее сигнальное устройство.
Рис. 126. Блок-схема гигрометра непрерывного действия.
Температура, при которой на зеркале выпала роса, фиксируется микротермистором 10, сигнал от которого поступает на регулирующее устройство и самописец. После фиксации температуры выпадения росы регулирующее устройство подает сигнал на схему реверсирования тока 8, питающего термобатарею от выпрямителя 9. Термобатарея переводится из режима охлаждения в режим нагрева; роса, выпавшая на зеркале, испаряется, после чего схема реверсирования подает на термобатарею ток прямой полярности, и весь процесс повторяется. Гигрометр позволяет автоматически производить измерение влажности со скоростью 30 циклов в час.
Как указывалось выше, гигрометр позволяет измерять влажность вплоть до температуры точки росы —50°. Столь низкая
температура достигается благодаря использованию двухкаскадной высокоэффективной термобатареи, разрез которой показан на рис. 127.
Рис. 127. Разрез термобатареи гигрометра непрерывного действия.
Термоэлементы первого каскада 2 и 9 в количестве пяти пар припаяны к системе отвода тепла, состоящей из электрически изолированных друг от друга шести латунных брусков
11, внутри которых имеются каналы для прохождения воды, подаваемой к термобатарее через штуцера 1. Система теплоотвода залита в эпоксидную смолу 10, благодаря чему образуется единый, конструктивно законченный узел. Один термоэлемент второго каскада 4 припаян к двойным коммутационным пластинам 6 и 8, склеенным между собой эпоксидным клеем. На коллектор холодных спаев второго каскада 5 в дальнейшем припаивается металлическое зеркало. Для уменьшения паразитных теплопритоков термоэлементы закрыты слоем пенопласта 3 и защитным плексигласовым колпаком 7. Электрическое питание термобатареи подключается через две токоведущие шины, закрепленные на штуцерах водяного охлаждения. Описанная термоэлектрическая батарея обладает значительной холодопроизводительность то за счет последовательного цитания первого и второго каскадов. Это достигается соответствующим выбором конструкции коммутационных пластин, количества и геометрии полупроводников и рядом других факторов. Общий вид термоэлектрического гигрометра приведен на рис. 128.
Основные паспортные данные гигрометра непрерывного действия следующие.
Рис. 128. Общин вид гигрометра непрерывного действия (без блока питания и регулирования).
В 1964 г. был разработан еще один вариант конденсационного гигрометра непрерывного действия с термоэлектрическим охлаждением поверхности конденсации.
В основу этого прибора был положен автоматический фотоэлектронный индикатор влажности серийно выпускаемый промышленностью. В приборе охлаждение поверхности конденсации — зеркала — осуществлялось посредством дросселирования сжатого воздуха. Момент выпадения росы фиксировался по изменению отражательной способности зеркала специальной фотоэлектронной схемой. При этом температура зеркала измерялась платиновым термометром сопротивления. Эксплуатация прибора сопряжена с рядом неудобств, основным из которых является необходимость иметь воздух высокого давления атм) для охлаждения поверхности конденсации. В то же время основные узлы прибора — фотоэлектронный конденсатор и измеритель температуры обладают достаточной точностью и надежностью в работе. В связи с этим была разработана конструкция термоэлектрического охладителя для прибора Конструктивно термоэлектрический охладитель был выполнен таким образом, чтобы при минимальной переделке им можно было заменить охладитель прибора
Термоэлектрический охладитель собран на трехкаскадной термобатарее с последовательным питанием всех каскадов. В первом каскаде термобатареи — 15 термоэлементов, во втором — 3, в третьем — 1. Теплосъем с горячих спаев термобатареи осуществляется проточной водой. Для питания термобатареи служит двухполупериодный выпрямитель с вентилями
Для сглаживания пульсации выпрямленного тока служит дроссель фильтра. На шасси прибора вместо некоторых узлов и деталей, обеспечивающих охлаждение посредством дросселирования сжатого воздуха, размещены термоэлектрический охладитель и выпрямитель для его питания. На коллектор холодного спая термоэлемента третьего каскада припаивается хромированное зеркало, по изменению отражательной способности которого судят о моменте выпадения росы. Поскольку прибор предназначен для непрерывной работы, после каждого цикла
охлаждения необходимо убрать выпавшую на зеркале росу. Это обеспечивается нагревом зеркала до температуры 30—40°.
Нагрев зеркала можно было бы осуществить посредством переключения полярности питающего термобатарею тока, но это приводило к нежелательным температурным раскачкам всей батареи. В связи с этим на коллектор холодного спая термоэлемента третьего каскада была намотана печка, которая включалась автоматически при необходимости испарения выпавшей на зеркале росы. При этом термобатарея не выключалась, а положительная температура на зеркале достигалась благодаря превалированию нагрева печкой над холодопроизводительностыо третьего каскада термобатареи. На коллектор холодного спая термоэлемента третьего каскада намотан платиновый термометр сопротивления, являющийся датчиком для автоматической схемы измерения точки росы. При скорости обдува зеркала исследуемым газом в температура зеркала может быть понижена до —70°.
Некоторые данные, характеризующие термоэлектрическую батарею охладителя для прибора приведены ниже.
Тип 20 № 1213Одним из возможных способов охлаждения зеркальца конденсационного гигрометра является испарение на обратной стороне зеркальца жидкости, в результате чего от зеркальца отнимается теплота испарения. Какую жидкость лучше для этого использовать — эфир или воду? Давления насыщенных паров эфира и воды при комнатной температуре равны 60 кПа и 2,3 кПа, соответственно. Ответ поясните.
Туман и роса
В воздухе всегда присутствуют водяные пары, концентрация которых может быть различной. Опыт показывает, что концентрация паров не может превышать некоторого максимально возможного значения nmax (для каждой температуры это значение своё). Пары с концентрацией, равной nmax, называются насыщенными. С ростом температуры максимально возможная концентрация водяных паров также растёт. Отношение концентрации n
водяных паров при данной температуре к максимально возможной концентрации при той же температуре называется относительной влажностью, которая обозначается буквой f. Относительную влажность
принято измерять в процентах. Из сказанного следует, что f = (n/nmax) · 100%.
При этом относительная влажность не может превышать 100%.
Пусть при некоторой температуре t концентрация водяных паров в воздухе равна n, а относительная влажность меньше, чем 100%. Если температура будет понижаться, то вместе с ней будет уменьшаться и величина nmax, а значит, относительная влажность будет увеличиваться. При некоторой критической температуре относительная влажность достигнет значения 100% (в этот момент концентрация водяных паров станет максимально возможной при данной температуре). Поэтому дальнейшее понижение температуры приведёт к переходу водяных паров в жидкое состояние — в воздухе образуются капли тумана, а на предметах выпадут капли росы. Поэтому упомянутая выше критическая температура называется точкой росы (обозначается tр).
На измерении точки росы основано действие прибора для определения относительной влажности воздуха — конденсационного гигрометра. Он состоит из зеркальца, которое может охлаждаться при помощи какого-либо
устройства, и точного термометра для измерения температуры зеркальца. При понижении температуры зеркальца до точки росы на нём выпадают капли жидкости. Величину относительной влажности воздуха определяют по измеренному значению точки росы при помощи специальных таблиц.
Существует ещё одна разновидность тумана — ледяной туман. Он наблюдается при температурах ниже −(10 ÷ 15) °C и состоит из мелких кристалликов льда, которые сверкают либо в лучах солнца, либо в свете луны или фонарей. Особенностью ледяного тумана является то, что он может наблюдаться и при относительной влажности, меньшей 100% (даже менее 50%). Условием возникновения ледяного тумана при низкой относительной влажности является очень низкая температура (ниже −30 °C) и наличие обильных источников водяного пара (например, труб и сточных водоёмов
промышленных предприятий, печных труб жилых помещений, выхлопных труб мощных двигателей внутреннего сгорания и т. п.). Поэтому ледяной туман при низкой влажности наблюдается в населённых пунктах, на крупных железнодорожных станциях, на активно действующих аэродромах и т. п.
Радиаторы
Радиатор обеспечивает снижение температуры корпуса полупроводникового прибора (транзистора, диода, тиристора и т. д.) за счет увеличения площади поверхности теплообмена между этим элементом и окружающей средой. Для повышения эффективности радиаторы должны иметь возможно большую площадь поверхности охлаждения при тех же габаритных размерах. Это достигается выполнением на радиаторе ребер, штырей (игл), проволочных петель и иных конструктивных элементов. Обращаем особое внимание на то, что поверхности радиатора, между которыми нет активного движения воздуха, работать не будут.
Радиаторы относятся к типовым конструктивным элементам и в широком ассортименте предлагаются рядом производителей. В электронной аппаратуре применяются радиаторы разнообразной формы (рис. 3), которая в значительной мере определяется технологическими соображениями. Наиболее простыми в изготовлении являются радиаторы в виде плоской пластины. Такие радиаторы эффективны лишь при мощностях рассеивания до 5 Вт.
Рис. 3.Конструкции радиаторов:
а — ребристый двусторонний; б — ребристый из готового профиля; в — штыревой односторонний; г — двухступенчатый штампованный типа «краб»
Наибольшее распространение получили ребристые радиаторы, которые могут быть получены путем литья или фрезерования. Очень удобны для изготовления радиаторов готовые прессованные алюминиевые профили с различной формой поперечного сечения, от которых просто отрезается кусок необходимой длины. В силовой электронной аппаратуре стенки корпуса блока часто выполняются в виде ребристых радиаторов.
Часто используются радиаторы, получаемые путем штамповки из алюминиевого листа. Примером могут служить радиаторы типа «краб», эффективность которых обусловлена ступенчатым расположением штырей. Призматические штыри этих радиаторов располагаются таким образом, чтобы лучистый теплообмен между ними был сведен к минимуму. Данная геометрия одновременно снижает зависимость интенсивности конвективного теплообмена от направления потока воздуха. Радиаторы «краб» могут быть одиночными и многоступенчатыми и применяются при мощностях рассеивания 5—30 Вт.
Ребристый радиатор в условиях естественной конвекции воздуха должен располагаться ребрами вертикально, а при наличии обдува — боковой поверхностью ребер по направлению потока воздуха. Расстояние между ребрами должно быть не менее 7—10 мм при естественном охлаждении радиатора и не менее 5 мм при принудительном обдуве. Сопротивление движению воздуха зависит от расстояния между ребрами и их длины, следовательно, для длинных ребер и шаг должен быть больше.
Штыревой радиатор при естественной конвекции работает более эффективно при горизонтальном расположении штырей; при обдуве поток воздуха должен быть направлен в торец радиатора. Зависимость эффективности охлаждения от направления потока воздуха у штыревых радиаторов проявляется в меньшей степени, чем у ребристых.
Охлаждаемый прибор может устанавливаться как на плоской стороне радиатора, так и со стороны ребер (штырей). В последнем случае в зоне размещения прибора ребра (штыри) удаляют. Радиаторы, как правило, изготовляются из алюминиевых сплавов, обладающих высокой теплопроводностью и хорошими технологическими свойствами. Для интенсификации теплового излучения на поверхности радиатора обычно выполняется матовое покрытие со степенью черноты не ниже 0,85 путем оксидирования или окрашивания эмалями черного цвета.
Чтобы обеспечить плотное прилегание контактирующих поверхностей, основание радиатора в зоне установки прибора должно иметь параметр шероховатости Rа не более 2,5. Для уменьшения переходного термического сопротивления и снижения влияния случайных факторов (усилие затяжки винтов, наличие мелких заусенцев) контактные поверхности рекомендуется покрывать специальной теплопроводящей смазкой. В качестве такой смазки используются паста КПТ—8 по ГОСТ 197183—74, полиметилсилоксановые жидкости ПМС по ГОСТ 13032-67 с вязкостью 200. 1000 сСт и др.
 |
| Рис. 4. Готовая теплопроводящая подложка из материала Номакон-GS для корпуса ТО-3 |
Электрическая изоляция корпуса прибора от радиатора чаще всего осуществляется с помощью диэлектрических прокладок (теплопроводящих подложек), например, из керамико-полимерного материала Номакон-ОЗ или листовой слюды. Диэлектрические прокладки могут поставляться в уже готовом виде под определенный корпус полупроводникового прибора (рис. 4) или в виде листов. Иногда для посадочных мест применяются оксидные, лакокрасочные и другие диэлектрические покрытия. Для изоляции крепежных винтов предусматриваются диэлектрические втулки. Изоляционные прокладки увеличивают тепловое сопротивление контактного перехода корпус-радиатор.
Номакон-GS относится к числу современных материалов для изготовления теплопроводящих подложек и позволяет обойтись при монтаже без теплопроводящей пасты (табл. 2). Благодаря эластичности подложка заполняет микронеровности контактирующих поверхностей, что обеспечивает их плотное соприкосновение.
Итоговая диагностическая контрольная работа по физике за курс 10 класса (с анализом)
№ 1. Координата тела меняется с течением времени согласно формуле x = 8t – t², где все величины выражены в СИ. В какой момент времени скорость тела равна нулю ?
1) 8с 2) 4с 3) 0с 4) 16с
№ 2. B инерциальной системе отсчёта сила F сообщает телу массой m ускорение a. Ускорение тела массой 2m под действием силы 0,5F в этой системе отсчёта равно
1) а 2) а/4 3) а/8 4) 4а
№ 3. После удара клюшкой шайба стала скользить вверх по ледяной горке и у её вершины имела скорость 5 м/с. Высота горки 10м. Если трение шайбы о лёд пренебрежимо мало, то после удара скорость шайбы равнялась
1) 7,5 м/с 2) 15 м/с 3) 12,5 м/с 4) 10 м/с
№ 4. Расстояния между молекулами сравнимы с размерами молекул (при нормальных условиях) для
1) жидкостей, аморфных и кристаллических тел
3) газов и жидкостей
4) газов, жидкостей и кристаллических тел
№ 5.Укажите, какой процесс, проводимый над идеальным газом, отвечает приведённым условиям (V – занимаемый газом объём, T – абсолютная температура газа, p – давление газа, υ – количество вещества газа).
Установите соответствие между условиями проведения процессов и их названиями.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ПРОЦЕССА ЕГО НАЗВАНИЕ
А) р/T = const, υ = const 2) изобарный
Б) pV = const, υ = const 4) адиабатный
№ 6. В сосуде неизменного объёма находится идеальный газ в количестве 1 моль. Как надо изменить абсолютную температуру сосуда с газом, чтобы при добавлении в сосуд ещё 1 моль газа давление на стенки сосуда уменьшилось в 2 раза ?
1) увеличить в 2 раза 2) уменьшить в 2 раза
3) увеличить в 4 раза 4) уменьшить в 4 раза
№ 7. В процессе эксперимента внутренняя энергия газа уменьшилась на 40 кДж, при этом он совершил работу 35 кДж. Следовательно, в результате теплообмена газ
отдал окружающей среде 5 кДж
отдал окружающей среде 75 кДж
получил от окружающей среды 5 кДж
получил от окружающей среды 75 кДж
№ 8. Температура нагревателя идеальной тепловой машины 425К, а температура холодильника 300К. Какую работу совершает рабочее тело, получив от нагревателя 40кДж теплоты ?
1)16,7 кДж 2) 3,0 кДж 3) 11,8 кДж 4) 28,2 Дж
№ 9. Парциальное давление водяного пара в воздухе при 20ºС равно 0,466 кПа, давление насыщенного водяного пара при этой температуре 2,33 кПа. Относительная влажность воздуха равна
1) 10% 2) 20% 3) 30% 4) 40%
№ 10. Подберите во второй колонке примеры тепловых явлений, иллюстрирующие виды теплообмена, указанные в первой колонке.
СПОСОБЫ ТЕПЛООБМЕНА ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ
А) теплопроводность 1) Измерение температуры тела больного ртутным
Б) излучение 2) Высушивание белья, подвешенного над
В) конвекция 3) Выжигание отверстия в бумаге с помощью лупы
в солнечный день
№ 11. Сравните силы, действующие на заряды q1 = +q и q2 = +4q, помещаемые поочередно в одну и ту же точку электрического поля.
1) F1 = F2 2) F1 F2 3) F1 F2 4) F1 = F2 = 0
№ 12. Капля ртути, имевшая заряд 2q, слилась с другой каплей с зарядом – 3q. Заряд вновь образовавшейся капли равен…
1) 5q 2) –5q 3) –q 4) q
№ 13. Рассчитайте энергию заряженного конденсатора, если в нем накоплен заряд 6мкКл, а разность потенциалов между пластинами равна 1 кВ.
1) 6 Дж 2) 12 мДж 3) 6 мДж 4) 3 мДж
№ 14. Как изменится модуль напряжённости электрического поля, созданного точечным зарядом, при увеличении расстояния от этого заряда до точки наблюдения в N раз ?
1) Увеличится в N раз. 2) Уменьшится в N раз.
3) Увеличится в N² раз. 4) Уменьшится в N² раз.
№ 15. Плоский воздушный конденсатор заряжают до некоторой разности потенциалов и, не отключая от источника постоянного тока, увеличивают расстояние между его обкладками. Как при этом меняются заряд конденсатора, его электроёмкость и разность потенциалов между его обкладками? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) увеличивается 2) уменьшается 3) не изменяется
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Заряд на обкладках конденсатора
Разность потенциалов между обкладками конденсатора
10 класс Диагностическая работа по физике Вариант 2
№ 1. Скорость тела меняется с течением времени согласно формуле υ = 8 – 2t, где все величины выражены в СИ. Какое перемещение совершит тело за первые 4 секунды ?
1) 32м 2) 8м 3) 0м 4) 16м
№ 2. В инерциальной системе отсчёта сила F сообщает телу массой m ускорение a. Как изменится ускорение тела, если массу тела и действующую на него силу уменьшить в 2 раза ?
1) увеличится в 4 раза 2) не изменится
3) уменьшится в 8 раз 4) уменьшится в 4 раза
№ 3. Два шара движутся во взаимно перпендикулярных направлениях. Каким будет импульс системы шаров после абсолютно неупругого столкновения, если перед столкновением их импульсы были равны 6 кг·м/с и 8 кг·м/с ?
1) 14 кг·м/с 2) 2 кг·м/с 3) 10 кг·м/с 4) 5 кг·м/с
№ 4. Частицы вещества участвуют в непрерывном хаотическом движении. Это положение молекулярно-кинетической теории строения вещества относится
только к газам и твёрдым телам
только к твёрдым телам и жидкостям
только к газам и жидкостям
к газам, жидкостям и твёрдым телам
№ 5.В ходе изохорного процесса внутренняя энергия одного моля разреженного неона уменьшается. Как изменяется при этом температура неона, его давление и объём?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
№ 6. Давление неизменного количества идеального газа уменьшилось в 2 раза, абсолютная температура уменьшилась в 4 раза. Как изменился при этом объём газа ?
1) увеличился в 2 раза 2) уменьшился в 2 раза
3) увеличился в 8 раз 4) уменьшился в 8 раз
№ 7. Внешние силы совершили над газом работу 300 Дж, при этом внутренняя энергия газа увеличилась на 500 Дж. В этом процессе газ
1) отдал 200 Дж теплоты
2) получил 200 Дж теплоты
3) отдал 800 Дж теплоты
4) получил 800 Дж теплоты
№ 8. Максимальный КПД тепловой машины с температурой нагревателя 227ºС и температурой холодильника 27ºС равен
1) 100% 2) 88% 3) 60% 4) 40%
№9. Парциальное давление водяного пара при относительной влажности воздуха 60% равно 2 кПа. Следовательно, давление насыщенного водяного пара при этой температуре приблизительно равно
1) 1,2 кПа 2) 3,3 кПа 3) 120 кПа 4) 6 кПа
№ 10. Установите соответствие между явлением, происходящим на границе воздуха и вещества в другом агрегатном состоянии, и названием прибора для измерения влажности, в котором это явление лежит в основе измерения этой физической величины.
ФИЗИЧЕСКОЕ ЯВЛЕНИЕ НАЗВАНИЕ ПРИБОРА
А)Выпадение росы на металлическом 1) Психрометр
корпусе при охлаждении корпуса 2) Волосяной гигрометр
Б) Охлаждение жидкости при её 3)Конденсационный гигрометр
испарении 4) Термометр
№ 11. При увеличении в три раза расстояния между двумя точечными зарядами сила взаимодействия между ними …
1) уменьшилась в 9 раз. 3) уменьшилась в 3 раза.
2) увеличилась в 3 раза. 4) увеличилась в 9 раз.
№ 12.Возможно ли существование частицы без электрического заряда, а электрического заряда без частицы?
1) Частица без заряда существует, а заряд без частицы – нет .
2) Частица без заряда и заряд без частицы существуют.
3) Частица без заряда и заряд без частицы не существуют.
4) Частица без заряда не существует, а заряд без частицы существует
№ 13. Расстояние между пластинами плоского конденсатора уменьшили в 2 раза, при этом электроемкость…
1) не изменилась. 3) увеличилась в 2 раза.
2) уменьшилась в 2 раза. 4) уменьшилась в 4 раза.
№ 14. Напряжённость электрического поля измеряют с помощью пробного заряда q. Если величину пробного заряда уменьшить в n раз, то модуль напряжённости измеряемого поля
1) не изменится 2) увеличится в n раз
3) уменьшится в n раз 4) уменьшится в n² раз
№ 15. Плоский воздушный конденсатор заряжают до некоторой разности потенциалов и отключают от источника тока, после чего увеличивают расстояние между его обкладками. Как при этом меняются заряд конденсатора, его электроёмкость и энергия электрического поля? Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
Энергия электрического поля конденсатора
Анализ результатов выполнения диагностической (итоговой) контрольной работы
Читайте также: