Дослідження метрологічних характеристик термоанемометра на основі вимірювального контролю параметрів теплового потоку микрохвильової камери

Abstract

Метою статті є дослідження раціонального режиму роботи термоанемометра за динамічними характеристиками та похибками вимірювань під час реалізації процесу сушіння горіхової сировини в мікрохвильовій камері. Використано методику дослідження інформативних параметрів теплового потоку для визначення раціонального режиму роботи термоанемометра та скорочення часу теплової обробки горіхової сировини. Надано теоретичне обґрунтування та алгоритм визначення динамічних характеристик термоанемометра при зовнішньому синусоїдальному впливі температури теплового потоку, наведено алгоритми визначення миттєвих значень прирощень температури чутливого елемента термоанемометра в процесі сушіння горіхової сировини. Наукова новизна полягає у тому, що знайшли подальший розвиток теоретичні положення роботи термоанемометра у напрямку досліджень характеристик теплового перехідного процесу обробки горіхової сировини, все це надає змогу щодо визначення діапазонів змінення сигналів теплового пристрою, які відповідають межам змінення інформативних характеристик рухомого теплового потоку, надає змогу здійснювати вибір вимірювальної апаратури, встановити раціональні за похибками і чутливостями режими роботи термоанемометрів та автоматизованих пристроїв, які їх використовують. Запропоновані алгоритми визначення інформативних параметрів теплового потоку під час дослідження перехідного процесу передачі тепла від рухомого потоку повітря до чутливого елемента перетворювача, знайдені результати похибок вимірювань швидкості V рухомого теплового потоку надають змогу для розрахунків, конструювання та створення вимірювальних автоматизованих пристроїв, які використовують термоанемометри, у харчовій та переробній промисловості, приладобудуванні та хімічному машинобудуванні.

Целью статьи является исследование рационального режима работы термоанемометра в соответствии с динамическими характеристиками и погрешностями измерений при реализации процесса сушки орехового сырья в микроволновой камере. Использована методика исследования информативных параметров теплового потока для определения рационального режима работы термоанемометра и сокращения времени тепловой обработки орехового сырья. Приведено теоретическое обоснование и алгоритм определения динамических характеристик термоанемометра при внешнем синусоидальном воздействии температуры теплового потока, приведены алгоритмы определения мгновенных значений прирощений температуры чувствительного элемента термоанемометра в процессе сушки орехового сырья. Научная новизна заключается в том, что получили дальнейшее развитие теоретические положення работы термоанемометра в направлении исследований характеристик теплового переходного процесса обработки орехового сырья, все это дает возможность для определения диапазонов изменения сигналов теплового устройства, которые соответствуют диапазонам изменения информативных характеристик движущегося теплового потока, а также позволяет осуществлять выбор измерительной аппаратуры, установить рациональные в соответствии с погрешностями и чувствительностями режимы работы термоанемометров и автоматизированных устройств, которые их используют. Предложены алгоритмы определения информативных параметров теплового потока при исследовании переходного процесса передачи тепла от движущегося потока воздуха к чувствительному элементу преобразователя, найденные результаты погрешностей измерений скорости V движущегося теплового потока дают возможность для расчетов, конструирования и создания измерительных автоматизированных устройств, которые используют термоанемометры в пищевой и перерабатывающей промышленности, приборостроении и химическом машиностроении.

The purpose of the article is to study the rational operation of the hot-wire anemometer in accordance with the dynamic characteristics and measurement errors, when implementing the process of drying raw nuts in an industrial microwave chamber. The technique of studying the informative parameters of the heat flow was used to determine the rational mode of operation of the hot-wire anemometer and to reduce the time of heat treatment of nut raw materials. The characteristics of the thermal transient process of drying raw nut materials in a microwave chamber are investigated. Theoretical substantiation and an algorithm for determining the dynamic characteristics of the hot-wire anemometer under the external sinusoidal effect of the heat flow temperature are given, algorithms for determining the instantaneous values of the temperature increments of the hot-wire anemometer sensitive element in the process of drying nut raw materials are given. On the basis of the general theory of errors of indirect measurements in the investigated range of variation of the rate V of the heat flow, the values of the relative systematic errors of indirect measurements of the rate of heat flow in the range from 10 to 40 m / s were determined. It was found that in accordance with the dynamic characteristics and measurement errors when blowing a moving heat flow of nut raw materials, the most rational is the mode of constant resistance of the hot-wire anemometer. Solutions of the differential equation describing the dynamic heat process when the temperature of the moving heat flow changes according to the periodic law, i.e. stationary, non-stationary and complete. The results of calculating the constant times of the hot-wire anemometer thread τп and τтп of the moving heat flow, respectively, were τп = 0.59 s and τтп = 0.6 s, the time constant of the hot-wire anemometer is practically commensurate with the thermal time constant of the moving stream blowing over the nut raw material. It consists in the fact that the theoretical position of the hot-wire anemometer has been further developed in the direction of researching the characteristics of the thermal transient process of processing nut raw materials, all this makes it possible to determine the ranges of changes in the signals of the thermal device, which correspond to the ranges of change in the informative characteristics of the moving heat flow, and also allows the selection measuring equipment, establish rational operating modes of hot-wire anemometers and automated devices that use them in accordance with errors and sensitivities. The proposed algorithms for determining the informative parameters of the heat flow in the study of the transient process of heat transfer from the moving air flow to the sensitive element of the transducer, the results of the errors in measuring the velocity V of the moving heat flow, make it possible to calculate, design and create measuring automated devices that use hot-wire anemometers in food and processing industry, instrument making and chemical engineering.