Контроль качества сгорания топлива

Магнитная восприимчивость сложной смеси, содержащей как парамагнитные, так и диамагнитные составляющие, определяется соотношением:

(24)

где —объемная магнитная восприимчивость соответственно парамагнит​ной и диамагнитной составляющей сложной смеси.

Объемная магнитная восприимчивость веществ (диамагнети-ков и парамагнетиков) зависит как от давления, так и от темпера​туры, поскольку они влияют на плотность р.

Согласно закону Бойля — Мариотта для газов

p = pM/RT,(25)

где М — молекулярная масса; R — газовая постоянная.

С учетом плотности (25) получим (при поправке Д = 0): для диамагнитных газов

(26)

для парамагнитных газов (кислорода)

(27)

где — удельная магнитная восприимчивость.

Подставляя (26) и (27) в (24), получим:

(28)

где индексы п и д означают принадлежность газа к парамагнетикам и диамаг-нетикам соответственно.

Учитывая (22), выражение для силы F можно записать в виде:

(29)

Если на неоднородное магнитное поле наложить неоднородное тепловое поле, то в зоне, соответствующей максимуму темпера​туры, объем газа dV наряду с ориентирующим действием магнит​ного поля будет испытывать дезориентирующее действие тепло​вого поля в соотношении, обратно пропорциональном квадрату температуры.

На объем газа dV1, находящийся в зоне с температурой Т\, действует сила

(30)

На объем газа dV2, находящийся в зоне с температурой Г2 действует сила

(31)

При Т1> Т2 возникает перепад давлений, вызывающий переме​щение более холодных элементов объема газа в область более вы​соких температур и вытеснение оттуда нагретых элементов объема газа, испытывающих меньшее ориентирующее действие магнит​ного поля:

(32)

Это перемещение элементов объема газа, или так называемая магнитная конвекция, тем сильнее, чем выше парциальное давление парамагнитной составляющей смеси, т. е. чем выше абсолютное значение удельной магнитной восприимчивости.

Непосредственно измерить перепад давлений трудно, поэтому термомагнитную конвекцию измеряют, в частности, тер​моанемометрами. В простейшем виде это может быть осущест​влено установкой вблизи полюсов магнитной системы нагрева​тельного элемента, выполняющего одновременно и функции анемометра. Термоанемометр представляет- собой стеклянную трубку, на наружной поверхности которой намотана спираль, состоящая из двух секций. При протекании тока через спираль последняя нагревается, образуя по длине трубки перепад температур с мак​симумом, соответствующим середине трубки. Такой градиент температур соответствует положению, при котором газовая смесь, содержащаяся в воздушном зазоре магнитной системы, является бескислородной.

При появлении в газовой смеси кислорода единичный объем этой смеси втягивается в воздушный зазор, подвергается действию теплового поля термоанемометра, теряя при этом свои магнитные свойства, и вытесняется более холодным газом, продолжающим поступать в воздушный зазор магнитной системы. При этом вдоль термоанемометра образуется поток газа (термомагнитная кон​векция), скорость которого тем выше, чем выше парамагнетизм этого газа или концентрация кислорода в этой смеси.

Поток термомагнитной конвекции охлаждает первую секцию термоанемометра и передает часть тепла второй секции термо​анемометра, изменяя тем самым градиент температур. При этом сопротивление первой секции термоанемометра падает, а второй — возрастает. Разность сопротивлений секций термоанемометра является функцией концентрации молекулярного кислорода в газовой смеси.

Рис. 11. Термоанемометры:

а — с внутренней конвекцией; б — с внешней конвекцией: 1 — термоанемометр, располо​женный под магнитными полюсами; 2 — термоанемометр, расположенный под ложными немагнитными наконечниками

Измерение термомагнитных усилий термоанемометрическим способом получило наибольшее применение. Термоанемометры, использующиеся для этих целей, разделяют на термоанемометры с внутренней конвекцией (рис. 11, а) и внешней конвекцией (рис. 11,6). Термоанемометры с внешней конвекцией представ​ляют собой цилиндрический капилляр, на внешней поверхности которого намотана платиновая спираль, защищенная от воздей​ствия АГС покрытием, обычно остеклованием.

Принцип действия газоанализатора с термоанемометрами с внешней концентрацией аналогичен ранее описанному. При на​личии в АГС кислорода единичный объем этого газа втягивается в воздушный зазор магнитной системы, подвергается воздействию теплового поля термоанемометра 1, расположенного под полюсами магнита, нагревается, теряет свои магнитные свойства и вытесня​ется более холодным газом, втягивающимся в неоднородное магнитное поле рабочего зазора магнитной системы. Образовав​шийся поток термомагнитной конвекции FM охлаждает первый термоанемометр и частично передает свое тепло второму термо​анемометру 2, расположенному под ложными немагнитными на​конечниками измерительной камеры. Электрическое сопротивление первого термоанемометра уменьшается, а второго возрастает. По их разности судят о концентрации кислорода в. АГС.