Способ измерения температуры электропроводной поверхности

 

Изобретение м.б. использовано для непрерьтного дистанционного измерения температур нагретых поверхностей , находящихся в газовой среде, вакууме или диэлектрических средах. Цель изобретения - упрощение способа и распшрение области его применения. В устр-ве, реализующем способ, измерительный электрод ,(ИЭ) 1 приближают к контролируемой поверхности (КП) 2 на расстояние 1. Затем к ИЗ 1 и КП 2 прикладьшагот электрическое напряжение от источника 3 через резистор 5. С помощью регулятора 4 напряжение между ИЭ 1 и КП 2 повьшают до возникновения пробоя среды. После пробоя напряжение снижается. Температуру КП 2 определяют из градуировочной кривой. Величина пробивного напряжения зависит от давления газа. Зная давление газа и величину пробивного напряжения при этом давлении аналитически можно определить температуру нагретой поверхности. I з.п. , 3 ил. с fS (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (51) 4 01 К 7/40

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4032433/24-10 (22) 04.03.86 (46) 29.02.88. Бюл, В 8 (71) Институт электродинамики

АН УССР (72) И.В.Божко, Н.И.Фальковский, В.В.Белинский и А.В.Примак (53) 536.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 271068, кл. С 01 К 7/40, 1968, Авторское свидетельство СССР

У 498515, кл. G 01 К 7/40, 1973. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОЙ ПОВЕРКНОСТИ (57) Изобретение м.б. использовано для непрерывного дистанционного измерения температур нагретых поверхностей, находящихся в газовой среде, вакууме или диэлектрических средах.

Цель изобретения — упрощение способа и расширение области его применения.

В устр-ве, реализующем способ, измерительный электрод .(ИЭ) 1 приближают к контролируемой поверхчости (КП)

2 на расстояние 1. Затем к ИЭ 1 и

КП 2 прикладывают электрическое напряжение от источника 3 через резистор 5. С помощью регулятора 4 напряжение между ИЭ I и КП 2 повышают до возникновения пробоя среды. После пробоя напряжение снижается. Температуру КП 2 определяют из градуировочной кривой. Величина пробивного напряжения зависит от давления газа.

Зная давление газа и величину пробивного напряжения при этом давлении аналитически можно определить температуру нагретой поверхности. 1 э.п. ф-лы, 3 ил.

1377620

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для непрерывного дистанционного измерения температур нагретых поверхностей, на5 ходящихся в газовой среде, вакууме или жидких диэлектрических средах, Цель изобретения — упрощение способа и расширение области его применения за счет расширения диапазона измеряемых температур и устранения зависимости результатов измерения от прозрачности промежуточной среды, излучательной способности и рода материала нагретой поверхности, 15

На фиг.1 приведена упрощенная схема устроиства для осуществления предлагаемого способа.при однократном измерении температуры; на фиг,2— то же, для измерения непрерывного из- 20 мерения температуры; на фиг.3 — эпюры напряжений 11, U и U1, соответственно в точках а,б,в схемы устройст" ва по фиг.2.

Устройство (фиг.1) содержит изме- 25 рительный электрод 1, размещенный вблизи контролируемой поверхности 2, источник 3 высокого напряжения, регулятор 4 напряжения, токоограничивающий резистор 5 и регистрирующий при- 30 бор 6 (киловольтметр).

Устройство на фиг.2 содержит,как и устройство, приведенное на фиг.! измерительный электрод 1, устанавливаемый вблизи поверхности 2 (условно изображены в виде разрядника 7), источник 3 высокбго напряжения, резисторы 8 и 9, конденсатор 1О, измеритель 11 максимального напряжения, включающий в себя диод 12, конденса- 40 тор 13, резистор 14 и регистрирующий прибор 6.

Способ осуществляется следуницим образом.

Измерительный электрод 1 прибли45 жают к контролируемой электропроводной поверхности 2 на небольшое расстояние 1 (фиг.1). Затем к электроду ! и поверхности 2 прикладывается электрическое напряжение от источника 3

50 через резистор 5. С помощью регулятора 4 напряжение между электродом 1 и поверхностью 2 повышается до возникновения электрического пробоя среды, находящейся в промежутке измерительный электрод 1 — электропроводная поверхность 2. Величина напряжения в момент пробоя П„ фиксируется измерительным прибором 6. После пробоя напряжение снижается или отключается для прекращения. возникающего после пробоя между элементами 1 и 2 разряда и для подготовки схемы к следующему пробою. Температура поверхности

2 определяется из градуировочной кривой Б „ =Г(Т) либо из ее аналитического выражения вида

U = А-+В ГГ т 11Т (1) где ц„выражено в В; 1 — в мм; Т " в К, а А и  — постоянные, зависящие от рода и давления среды (газа} между электродом 1 и поверхностью 2 (для воздуха при атмосферном давлении А =

7,65 10 К/мм, а В = 4,42х

«10 (— }

В процессе измерения температура электрода 1 и температура среды в промежутке между электродом и поверхностью заведомо не должны превышать температуру контролируемой поверхности.

Для увеличения точности измерения измерительный электрод должен быть термостабилизирован. !

Принципиально важным фактом для реализации предлагаемого способа является однородность электрического поля в промежутке электрод 1 — поверхность 2. Условие однородности поля выполняется, если форма поверхности электрода, обращенная к поверхности, повторяет форму последней и все точки ее находятся на одинаковом расстоянии 1 от поверхности (фиг.1), а продольный g и поперечнь1й Ь .размеры поверхности электрода, обращенной к измеряемой (или меньший из них, например, а Ь}, превышают удвоенное расстояние 1, т.е. Ь а 21, и радиус закругления кромки вспомогательного электрода r, являющейся переходом от поверхности, обращенной к измеряемой поверхности, к собственной боковой поверхности, составляет не менее величины 1 (г 1), т.е. размеры измерительного электрода связаны с удаленностью его от поверхности следующим соотношением: в )i à >z 23 < 2 r.

Величину пробивного напряжения

U „ промежутка определяют температурой поверхности нагретого тела в связи с тем, что пробой начинается всегда у нагретого электрода. Это в свою

1377б20 очередь обусловлено тем, что у нагретого тела плотно сть r аз а минимальна и, следовательно, вблизи поверхности тела наибольший коэффициент иониза5 ции. Поэтому именно у нагретой поверхности зарождается пробой, который в однородном электрическом поле без повышения приложенного к разрядному промежутку напряжения неизбеж- 10 но завершается полным пробоем промежутка, несмотря на то, что остальная часть промежутка может иметь более высокую электрическую прочность °

Величина U ñèëüíî зависит от давления газа Р. Однако это не является существенным ограничением для применения предлагаемого метода по следующим причинам. Большинство промышленных процессов, связанных с 20 нагревом тел, протекает при постоянном давлении, в частности при атмосферном. В этом случае температура определяется по градуировочной кривой или по аналитическому выражению типа (1), Если давление в процессе измерения температуры изменяется в небольших пределах (0,5 б P/P 2,0) и по известному закону, то это изменение легко учесть при измерении ЗО температуры по формуле

П„, = и Р /Р где U — пробивное напряжение при

P данном давлении Р; измерительное пробивное на- 35 н м пряжение, т.е, то напряжение, по которому, используя градуировочную кривую, полученную при давлении Р, определяется температура. 40

Если закономерность изменения давления в производственном процессе неизвестна, но постоянна в каждом отдельном процессе, то перед измере.иями следует снять градуировочные кривые. Если изменение давления носит случайный характер, то в этом случае действительно надо измерять давление газа (что представляется более простой задачей, чем измерение температуры) . Зная давление P и величину Б„ при этом давлении аналитически можно определить и температуру нагретой поверхности.

Схема устройства, приведенная на фиг.2, позволяет существенно упростить процесс измерения температуры поверхности и повысить точность, Устройство pa5oтает следующим образом.

Включают источник высокого напря— жения (ИВН), имеющий уровень рабочего напряжения И, который превышает или равен максимальному пробивному напряжению в заданном рабочем диапазоне температур (фиг.За) . Если поднимать постоянное положительное напряжение Uö постепенно, конденсатор 10 емкостью С, заряжается до пробивного напряжения Б„ промежутка электрод-поверхность. ри пробое (момент вре— мени t,) напряжение в точке а резко падает практически до нуля (фиг.Зв}, а на конденсаторе 10 уменьшается при протекании тока короткого замыкания до величины падения напряжения на резисторе 9, если постоянная времени заряда R,С, конденсатора 10 емкостью

С, существенно больше постоянной времени его разряда RzC где R, и R сопротивление резисторов 8 и 9 соответственно, Когда напряжение в точке снижается до напряжения погасания разряда, ток разряда обрывается (момент времени t ) и конденсатор 1О

I начинает опять заряжаться, В момент напряжение на нем П - снова достнL o гает величины 11„, происходит пробой промежутка и процесс TIoBTopHeTcR, С ростом напряжения U величина напря— а жения U„ не изменяется, уменьшаются только периоды времени заряд — разряд конденсатора 10: t — t, ) t -t o t<—

t z ) -t<, а при достижении U = — const они становятся равными:

1.у е а а (Лиг ЯЗВ)

Так как при пробоях наблюдается естественный разброс пробивных напряжений, то для увеличения точности измеренйя следует усреднять результаты как минимум трех-пяти измерений напряжения пробоя. Схема устройства, приведенного на фиг.2, при соответствующем выборе параметров элементов схемы позволяет автоматически выполнить такое усреднение. Для этого необходимо, чтобы пос тоянная в ремени разряда конденсатора 13 емкостью С, входящего в состав измерителя 11 максимального напряжения, существенно превышала постоянную заряда конденсатора 10, т.е. при

RçÑ2 10 R,С< у (2) где R — сопротивление резистора ч.

Применение источника высокого на— пряжения переменного тока требует

1377620 согласования постоянных времени заряда и разряда (2) с периодом переменного напряжения Т:

R С 10 RÑ, Ò„» 100 R С,. (3)

Как йоказали исследования, при работе в воздухе в пределах естественного статистического разброса пробивных напряжений точность измерения температуры поверхности не зависит от 10 задымленности промежутка электрод 1— поверхность 2, от материала и степени окисления поверхности 2 и электрода 1 и скорости движения потока газа до 50 м/с. 15

Формула изобретения

i. Способ измерения температуры электропроводной поверхности, заклю- 20 чающийся в том, что вблизи контролируемой поверхности на фиксированном расстоянии от нее размещают измерительный электрод и в промежутке между измерительным электродом и по- 25 верхностью, прикладывая к ним электрическое напряжение, создают электрическое поле, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения способа и расширения области его применения, между измерительным электродом и контролируемой поверхностью создают однородное электрическое поле, напряженность которого увеличивают до возникновения электрического пробоя среды в промежутке между электродом и поверхностью, и измеряют напряжение пробоя, по величине которого определяют температуру поверхности, при этом температуру измерительного электрода и среды поддерживают меньшей или равной ожидаемой температуре контролируемой поверхности.

2 ° Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышешения точности измерения, осуществляют термостабилиэацию измерительного электрода.

ИуЯ 1 2 3 4 4 45 7

Фиг.3

Составитель В.Голубев

Редактор М,Петрова Техред Л.Сердокова Корректор С Д1екмар

Заказ 858/34 Тираж 607 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб °, д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,4