Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wyznaczanie parametrów a i b oraz n(v) w równaniu opisującym pracę anemometru stałorezystancyjnego

Kiełbasa J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2014

|

Vol. 16, no. 1-2

31--36

PL

Straty cieplne nagrzanego włókna anemometru opisuje od stu lat równanie Kinga (King, 1914), które może być zapisane w postaci [wzór], gdy v = 0, a znając a można łatwo wyznaczyć b. Wprowadzone symbole oznaczają: Iw jest prądem zasilającym włókno czujnika, Rw rezystancją nagrzanego czujnika, Rg rezystancją „zimnego” czujnika, v prędkością medium, a i b stałymi wyznaczanymi w procesie wzorcowania czujnika. Równanie to przybrało w termoanemometrii nieco zmodyfi kowaną formę zwaną uogólnioną w postaci [wzór]. Stałą a wyznaczano jak wyżej, natomiast jak w tym równaniu wyznaczano stałe b i n brak literaturowych informacji. P. Ligęza (2005) zaproponował nowe równanie opisujące pracę anemometru stałorezystancyjnego przyjmujące postać [wzór] gdzie Iw(v) jest prądem zasilającym włókno anemometru przy prędkości v, N = Rw /Rg jest współczynnikiem nagrzania włókna, Rw – rezystancją nagrzanego włókna, Rg – rezystancją włókna w temperaturze wzorcowania sondy, a v jest prędkością przepływającego medium. Stałe Ik 2, vk i n, powiązał z parametrami a i b równania Kinga (King, 1914). Autor podaje inny sposób wyznaczania parametrów Ik 2, vk i n(v), które wylicza się niezależnie od siebie. Z zależności (iv) po przekształceniu dostaje się bezwymiarową zależność [wzór] gdzie lewa strona równania jest funkcją prądu zasilania Iw i współczynnika nagrzania N a prawa strona funkcją prędkości przepływu v medium. Pokazano, że wykładnik n = n(v) dla v jest monotonicznie malejącą funkcją prędkości przepływu oraz, że zależy on także od współczynnika nagrzania N.

2

The hot-wire anemometer

Kiełbasa J.

Archives of Mining Sciences

|

2014

|

Vol. 59, no. 2

467--475

EN

This study analyses the behaviour of a hot-wire anemometer incorporated into a bridge circuit in the function of the voltage Uz supplying the bridge circuit and hence the current Iw flowing through the hot wire. The dependence of differential voltage ΔU on Iw and the value of derivative d(ΔU)/dIw as a function of the current supplying the hot-wire element were determined. These data enable the determination of working conditions of the constant-resistance (i.e. the constant-temperature) hot-wire anemometer.

PL

W artykule analizowano zachowanie się grzanego włókna włączonego w mostek w zależności od napięcia Uz zasilania mostka, a co za tym idzie od prądu Iw płynącego przez grzane włókno. Wyznaczono napięcie różnicowe ΔU(Iw) oraz wielkość pochodnej d(ΔU)/dIw jako funkcje prądu zasilania włókna. Te dane pozwalają na wyznaczenie warunków pracy grzanego włókna jako anemometru stałorezystancyjnego (stałotemperaturowego).

3

Nowy opis charakterystyk termoanemometrów stałorezystancyjnych

Kiełbasa J., Rachalski A.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2012

|

Vol. 14, no. 1-4

213--221

PL

P. Ligęza [5] zaproponował nowe równanie opisujące pracę anemometru stałorezystancyjnego w formie przyjmuje postać [wzór] (i) gdzie Iw2 (v) jest prądem zasilającym włókno anemometru, N = Rw /Rg jest współczynnikiem nagrzania włókna, Rw – rezystancją nagrzanego włókna, Rg – rezystancją włókna w temperaturze wzorcowania sondy, a v jest prędkością przepływającego medium. Stałe Ik2, vk i n, powiązał z parametrami a, b i n równania Kinga [1][wzór] (ii). Opracowanie to podaje inny sposób wyznaczania parametrów Ik2, vk i n, które wylicza się niezależnie od siebie. Z równania (i) po przekształceniu otrzymuje się bezwymiarową postać [wzór] pozwalającą na wyznaczenie parametrów równania. Pokazano, że parametry Ik2, vk są zależne od średnicy grzanych włókien, a wykładnik n = n(v) dla v z zakresu 0 do 5 m/s jest monotonicznie malejącą funkcją prędkości przepływu oraz, że zależy on także od współczynnika nagrzania N i temperatury płynącego gazu.

EN

Paweł Ligęza derived a new equation governing the operation of constant-resistance anemometers, given as: [formula] (i) where Iw2 (v) is the current supplying the anemometer wire, N = Rw /Rg wire overheating ratio, Rw – resistance of a hot wire, Rg – wire resistance at the calibration temperature, v - velocity of the flowing medium. The constants Ik2, vk are related to the parameters, a, b, n in the King equation [1][formula] (ii). This study suggests a different approach to finding the parameters Ik2, vk, n, which are to be computed independently. Rearranging (i) yields a dimensionless equation: [formula] and the relevant parameters can be determined accordingly. It is demonstrated that parameters Ik2, vk are dependent on the hot wire diameter and that the exponent n = n(v) for v in the range 0-5 m/s is a monotonically decreasing function of flow velocity and is associated with the overheating ratio N and the temperature of the flowing gas.

4

Wyznaczenie parametrów w równaniu opisującym anemometr stałorezystancyjny

Kiełbasa J.

Pomiary Automatyka Kontrola

|

2012

|

R. 58, nr 12

1037-1039

PL

W artykule zaprezentowano inne podejście do tzw. prawa Kinga, które wiąże prąd Iw zasilający włókno anemometru cieplnego z jego rezystancją Rw, temperaturą włókna Tw, temperaturą napływającego medium Tg, prędkością medium v a także trzema parametrami a, b i n, które określa się w procesie wzorcowania sond. W artykule za Ligęzą [5] wprowadza się tzw. prąd normujący Ik oraz prędkość normującą vk, które jednak definiuje się odmiennie. Dzięki temu można wyznaczyć niezależnie wykładnik n.

EN

The King's law describes heat losses of a thin heated wire in relation to the flow velocity and the type of flowing medium. This formula was derived under the following assumptions: the flow is potential, the flow velocity is uniform in the vicinity of the wire and the flowing medium does not change its composition and the physical properties regardless of the velocity and the temperature. Under the above conditions the asymptotic solution has a form: [wzór] Then, it turned out that the real characteristics of anemometers differed from the above relationship. Numerous authors modified Eq. 1 by introducing the term v0,5 instead of vn . The constant resistance anemometer can be described by Eq. 2. The dimension of term bvn is changeable since it depends on n, therefore parameters b and n cannot be determined unambiguously. Ligęza [5] proposed a solution to this problem by introducing the characteristic current Ik and the standard velocity vk. In such approach Eq. 2 takes the form of Eqs. 3 and 4. The author rewrote Eq. 3 to the form of Eq. 5, in which the values related to the current are on the left side and the values related to the velocity are on the right side. If the left side equals 1, the flow velocity v is equal to vk regardless of the value of exponent n. After logarithming Eq. 5. side by side we obtain the n(v) dependence.

5

Determination of the exponent n in the equation describing a constant-resistance anemometer

Kiełbasa J.

Archives of Mining Sciences

|

2012

|

Vol. 57, no. 3

619--625

EN

In order to measure the velocity of gas flow with a constant-resistance thermoanemometer, prior calibration of anemometer sensor wires is required. In this process three sensor-specific parameters of King’s equation are estimated. In the original form of the equation the parameters are not independent from each other. As has been demonstrated by Ligęza, it is possible to rewrite the equation in a dimensionless form, in which the parameters become independent. Here we provide an algorithm to derive the parameters from thermoanemometer measurements.

PL

Przy wzorcowaniu sond termoanemometrycznych np. do pomiarów wentylacyjnych kopalni, często zachodzi konieczność wyznaczenia parametrów krzywych wzorcowania czujników a w szczególności wartości parametrów w równaniach (1) czy (2). W pracy przedstawiono nowe podejście do tego zagadnienia pozwalające na niezależne wyznaczenie wszystkich parametrów.

6

Analiza teoretyczna i opracowanie założeń oraz prognozowanie niepewności i obszaru aplikacyjnego systemu pomiarowego anemometru wibracyjnego

Kiełbasa J., Papierz K., Rachalski A.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2011

|

Vol. 13, no. 1-4

239--243

PL

Omówiono metody pomiaru prędkości przepływu gazu anemometrem z drgającym włóknem. Grzane włókno tego anemometru pracujące w systemie stałoprądowym lub stałorezystancyjnym, umieszczone w przepływającym strumieniu prostopadle do przepływu poddawane jest sinusoidalnym drganiom o ustalonej częstotliwości i znanej amplitudzie w płaszczyźnie równoległej do prędkości przepływu. Mierzy się napięcie jakie występuje na grzanym włóknie jako funkcję czasu. Wyznaczenie prędkości przepływu gazu można dokonać dwiema metodami: na podstawie analizy czasowej lub na podstawie analizy częstotliwościowej.

EN

The article discusses the methods of measuring gas flow velocity with a vibrating-fiber anemometer. The anemometer’s heated fiber, working in a constant current or constant resistance system and placed in a flowing stream perpendicularly to the flow, is subjected to sinusoidal vibrations of a fixed frequency and known amplitude in the surface parallel to the flow velocity. The voltage on the heated fiber is measured as a function of time. Gas flow velocity can be determined by means of two methods: on the basis of temporal analysis, or on the basis of frequency analysis.

7

Identification of coefficients describing constant-resistance anemometer

Kiełbasa J.

Archives of Mining Sciences

|

2011

|

Vol. 56, no 3

499-505

EN

An experimental method for direct determination of coefficients describing constant-resistance anemometer has been presented (Ligęza, 2005, 2007). In contrast to former methods, each of three parameters of the anemometer equation […] is fit independently. The results suggest that the exponent n has a value close to 0.5 and increases when speed of fl owing medium decreases. Moreover, it can be shown that the value of the exponent n is relatively insensitive to changes of the anemometer overheating ratio value N.

PL

Pracę anemometru stałorezystancyjnego opisuje się zależnością [...]. Równania te uzyskane przez Kinga (1914) (dla vd >> 0.018 cm2/s, gdzie v jest prędkością medium a d średnicą grzanego włókna) mają w wykładniku przy v wartość 0.5 i tylko dla takiej wartości parametr B ma fizykalny sens. Jednakże wyznaczając z danych eksperymentalnych stałe A, B i n często n jest zawarte w przedziale 0.4 do 0,6 a nawet w szerszym. I wówczas interpretacja fizyczna zawodzi. Drugim problemem jest wyznaczanie stałych A, B i n. Na Rys. 5 przedstawiono zależność […] jako funkcję […], na którym widzimy, że nachylenie krzywych dla […] zmierzającego do zera zbliżą się do wartości 0.5 a dla mniejszych wartości rośnie co dowodzi, że wykładnik n nie jest stały a zależy od prędkości przepływu v.

8

Anemometr z sinusoidalną modulacją współczynnika nagrzania i jego praca w adaptacyjnym systemie komputerowym

Kiełbasa J.

Prace Instytutu Mechaniki Górotworu PAN

|

2005

|

Vol. 7, no. 1-2

71--80

PL

Praca dotyczy metody jednoczesnego pomiaru prędkości v przepływu medium, jego temperatury Tg i przesunięcia fazowego φ na grzanym włóknie za pomocą jednowłóknowej sondy termoanemometrycznej pracującej w układzie anemometru stałotemperaturowego, w którym moduluje się periodycznie współczynnik N(t) nagrzania włókna. Opisywana metoda dotyczy przepływów z wolno zmieniającymi się parametrami w czasie. Na skutek modulacji rezystancji pracy grzanego włókna zmienia się prąd zasilania proporcjonalny do mierzonego napięcia na rezystorze włączonym szeregowo z włóknem. Napięcie to jest poddane analizie furierowskiej, w wyniku której dostaje się zerową i pierwszą składową prądu zasilania włókna oraz przesunięcie fazowe pomiędzy prądem a sygnałem modulującym. Składowe te są funkcjami prędkości przepływu medium i jego temperatury. Rozwiązując otrzymane równania otrzymuje się poszukiwane wielkości. Przedstawiana metoda stanowi rozwinięcie wcześniej publikowanego rozwiązania, w którym temperatura grzanego włókna była modulowana dwustanowo. Taka modulacja powodowała chwilowe przegrzania włókna, co generowało błędy w wyliczaniu tak prędkości jak i temperatury medium.

EN

The paper demonstrates a method for simultaneous measurements of flow velocity v and the temperature of the medium Tg by means of a single-wire probe operating in a CTA configuration where the overheating ratio N(t) is modulated sinusoidally. Presented method concerns slowly changeable flows. Due to modulation of hot-wire resistance supply voltage of wire changes. Developing the voltage into Fourier series, the relationships between the zero order component I0 and the first order component I1 of the voltage across the hot wire and the flow velocity v and medium temperature Tg can be found. Thus obtained two nonlinear algebraic equations allow for simple computation of flow velocity v and medium temperature Tg. This method is developed from the earlier where the temperature of the wire was modulated stepwise. This manner of modulation caused transitory overheating of the wire and led to errors of the velocity and temperature calculations.

9

Angle-dependent characteristics of thermal detector of flow reversal

Kiełbasa J.

Archives of Mining Sciences

|

2001

|

Vol. 46, nr 1

85-99

EN

The paper deals with the theoretical and experimentally obtained angle-dependent characteristics of two-wire thermal sensor operating in a bridgeless CTA circuit. The distinctive feature of theoretical curves is that the distance between the wires is provided. A simple case, when the sensor is used as the flow reversal detector, was investigated in the work of Kiełbasa (Kiełbasa 2000 a). Several sensors were tested in a wind tunnel. The detailed procedure was presented in the quoted paper. The sensor, fitted in a rotating holder, was placed in the wind tunnel. The measured parameter was the voltage difference across the wires depending on flow velocity and the angle' of sensor positioning with respect to the velocity vector. Functions F(ro,l,h,4>), F(ro,l,h,ij/) were determined from measurement data, then compared to the theoretical results. Any deviations from the theoretical model were explained as the consequence of thermal convection and deformation of the velocity field due to the presence of wires and support prongs. Two families of characteristic curves are considered depending on whether the hot wires rotate within the plane determined by the wires or whether they turn round the wires' axis of symmetry, that is the plane determined by the wires rotates.

PL

W artykule analizuje się teoretyczne i eksperymentalne charakterystyki kątowe czujnika dwuwłóknowego z oddziaływaniem cieplnym pracującego w układzie bezmostkowego anemometru stałotemperaturowego. Przypadek, gdy płaszczyzna utworzona przez włókna jest równoległa do prędkości przepływu a same włókna pozostają do niej prostopadle jest opisany teoretycznie w pracy (Kiełbasa 2000 a). Tu rozpatruje się przypadek ogólny, gdzie prędkość przepływu może być dowolnie ustawiona w stosunku do czujnika. Położenie to określają dwa kąty: <^> który jest kątem między wektorem prędkości a normalną do włókien i kąt i// będący kątem pomiędzy wektorem prędkości a płaszczyzną, w której leżą włókna. Podano ogólne rozwiązanie na różnicę temperatur między włóknami. Przeprowadzono obliczenia numeryczne dla kilku prędkości przepływu powietrza. Wyniki ilustrują krzywe na Rys. 4-7. Krzywe teoretyczne rozróżnia odległość między włókno wa. Kilka czujników poddano badaniom eksperymentalnym w tunelu aerodynamicznym. Metodykę postępowania opisano w pracy (Kiełbasa - 2000 a). Czujnik zamocowany w specjalnym obrotowym uchwycie umieszczono w tunelu aerodynamicznym. Mierzono różnicę napięć na włóknach jako funkcję prędkości przepływu i kąta ustawienia sondy w stosunku do wektora prędkości. Z danych pomiarowych wyznaczono opisane funkcje F(ro,I,h,4>) i F(ro,I,h,ij/) porównywano z danymi wyliczonymi z teorii. Odchylenia od teoretycznego modelu wyjaśniono wpływem konwekcji cieplnej oraz deformacją pola prędkości wywołaną włóknami i wspornikami. W eksperymencie rozpatruje się dwie rodziny charakterystyk kątowych w zależności od tego czy obrót grzanych włókien czujnika odbywa się w płaszczyźnie wyznaczonej przez te włókna czy też obrót następuje wokół osi symetrii włókien czyli obraca się płaszczyzna włókien.

10

Thermal sensor of flow reversal

Kiełbasa J.

Archives of Mining Sciences

|

2000

|

Vol. 45, nr 1

89-100

PL

W artykule przedstawiono poprawiony opis teoretyczny czujnika przeznaczonego do wykrywania zwrotu prędkości przepływu. Czujnik składa się z dwu grzanych równoległych włókien, niezbyt odległych, tak że oddziaływają cieplnie na siebie, leżących jedno za drugim w płaszczyźnie równoległej do prędkości przepływu. Włókna są do wektora prędkości prostopadłe (patrz rys. 1). Cechą charakterystyczną tego czujnika jest to, że oba włókna, połączone szeregowo, zasilane są z jednego układu stałotemperaturowego (CTA), co oznacza, że suma rezystancji obu włókien jest utrzymywana na stałym poziomie. Mierzy się różnicę napięć występujących na włóknach. W teoretycznych rozważaniach przyjęto, że grzane włókno nie deformuje pola prędkości wokół niego, a powstający rozkład temperatury nie zmienia fizycznych stałych przepływającego medium. Można było wówczas przyjąć, że rozkład temperatury wokół dwu grzanych włókien jest superpozycją rozkładów powstających wokół pojedynczych włókien. Otrzymano analityczne wyrażenie (57) na różnicę temperatur [delta]T między włóknami. Jest ono kombinacją funkcji Bessela zerowego rzędu i funkcji hiperbolicznych od bez-wymiarowych argumentów typu vq/2 k, gdzie q może być średnicą włókna lub odległością między włóknami. Rozwiązanie jest antysymetryczne względem prędkości przepływu, tzn. zmienia znak ze znakiem prędkości. Rozwiązanie prowadzi do wniosku, że maksymalna czułość sondy ze względu na prędkość występuje dla zerowej prędkości i jest ona proporcjonalna do odległości między włóknami. Czułość sondy rośnie ze wzrostem nagrzania włókien.

EN

The papre presents a modified theoretical description of the sensor detecting flow velocity reversal. The sensor is made of two hot, parallel wires little apart, so they can interest with one another. They lie one behind the other in the plane parallel to flow velocity. The wires are normal to the velocity vector (Fig. 1). The two wires, connected in series, are supplied from one CTA system, which means that the present sum of wire resistances remains constant. Voltage difference across the wires is the measured parameter. Theoretical considerations lead us to the conclusion than the probe is maximally sensitive to velocities nearing zero while probe sensitivity is proportional to the distance between the wires.

11

Cieplne indykatory zwrotu przepływu

Kiełbasa J.

Prace Naukowe Instytutu Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów Politechniki Wrocławskiej. Konferencje

|

1998

|

Vol. 53, nr 9

363-370

PL

W artykule w skróconej formie przedstawiono trzydziestoletni dorobek Pracowni Metrologii przepływów Instytutu Mechaniki Górotworu PAN w zakresie czujników do badania zwrotu przepływu. Podaje się podstawy fizyczne indykatorów zwrotu prędkości przepływu opartych na wykorzystaniu pól temperaturowych powstałych wokół opływowych grzanych włókien termoanemometrycznych oraz omawia się różne rozwiązania techniczne sond pomiarowych.

EN

The paper presents in the abbreviated form the results of thirty years' research done at the laboratory of Flow Metrology in the Strata Mechanics Research Institute. The research was concerned with flow reversal sensors. In the paper the physics of flow reversal indicators was provided, basing on the temperature fields around the hot wires during the flows of the medium. The paper also presents several engineering designs of measuring probes.

12

Anemometr cieplny - termometr

Cierniak W., Kiełbasa J.

Prace Naukowe Instytutu Techniki Cieplnej i Mechaniki Płynów Politechniki Wrocławskiej. Konferencje

|

1998

|

Vol. 53, nr 9

166-175

PL

W referacie omawia się układ, w którym czujniki wymieniają ciepło z przepływającym płynem. Przy pomocy prostego przełączania przełącznikiem uzyskuje się: dwa termometry rezystancyjne o małej stałej czasowej, termometr - termoanemometr stałotemperaturowy, termoanemometr stałotemperaturowy - termometr, dwa termoanemometry stałotemperaturowe i termoanemometr z kompensacją zmian temperatury płynu.

EN

The paper presents a system in which sensors are exchanging heat with flowing fluid. By setting switches, multiple modes of operation are possible. Device may operate as two resistance thermometers having small time constant or constant temperature hot wire anemometer and thermometer, or two constant temperature hot wire anemometers or thermoanemometer with compensation fluid temperature changes.