Устройство для измерения температуры потока газа

 

Изобретение относится к термо- | метрии и позволяет повысить точность измерения Температуры в высокоекоро-i стных потоках газа. Используется механизм , стабилизирующий скорость потока в измерительной камере торможения , состоящий из входного насадка 3 с впускным клапаном 4, который соединен штоком 5 с цилиндрической пружиной 7, заключенной в защитный кожух 8. Выбор профиля внутренней поверхности насадка дает возможность i использовать пружину с линейной жесткостью и обеспечивает требуемую чувствительность устройства. 2 ил.

„„SU„737284

СОКИ COBETCHHX

CONCHA ËÈÑÒÈ×ÅÑÍÈÕ

РЕСПУБЛИК

А1 (51)5 G 01 К 13/02

OllHGAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ASTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю\

4 В

° а

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4756267/10 (22) 04. 11.89 (46) 30.05.92.Бюл. и 20 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) А.С.Востриков, В.E.Õèöåíêî и А.Г.Бейнусов (53) 651 ° 53(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство CCCP

М 1167451 кл. G 01 К 13/02, 1984.

2. Авторское свидетельство СССР N 1137341, кл. G 01 К 13/02, 1983, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕИИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОТОКА ГАЗА

2 (57) Изобретение относится к термо1 метрии и позволяет повысить точность измерения температуры в высокоскоро-. стных потоках газа. Используется механизм, стабилизирующий скорость no" тока в измерительной камере торможения, состоящий,из входного насадка 3 с впускным клапаном; 4, который соединен штоком 5 с цилиндрической пружиной 7, заключенной в защитный кожух 8. Выбор профиля .внутренней поверхности насадка дает возможность использовать пружину с линейной жест.костью и обеспечивает требуемую чувствительность устройства; 2 ил.

1 73 7284

Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь-.. зовано в системах управления быстроизменяющимися потоками газов в не- стационарных условиях теплообмена.

Известно устройство для измерения температуры потока газа P1) содер"

>нащее камеру торможения с поперечным обтеканием„ закрепленную эксцентрично на оси вращения, термочувствительный элемент, расположенный внутри камеры, спиральную пружину, внутренний конец которой прикреплен к оси вращения, а наружный - к свободному концу стержня, установленному параллельно оси вращения и жестко связанному с основанием. Эксцентриситет и пружина обеспечивают поворот камеры торможения под действием потока, изменяя эффективную площадь входного отверстия и обеспечивая, этим постоянство скорости потока в камере и, следовательно, постоянство показателя термической инерции, что позволяет использовать постоянные корректирующие устройства для уменьшения динамической погрешности измерений.

Однако в указанном устройстве необходимая зависимость жесткости рружины от угла поворота имеет сложное аналитическое выражение, что затрудняет техническую реализацию при высоких,: .требованиях к точности стабилизации и измерений. Кроме того, в устройстве >.e учтен эффект эжекции и принципиально ограничен рабочий угол поворота камеры, а следовательно, и чувствительность устройства к

\ скорости потока. Связанная с отмеченными недостатками погрешность стабилизации показателя термической инерции будет особенно ощутимой при скоростях потока . близких к максиР

- мальной. Кроме того, принцип действия устройства ориентирован на камеру торможения с поперечным обтеканием, которал не является лучшей с точки зрения аэродинамических и тепловых потерь.

От последнего недостатка свободно устройство для измерения температуры потока газа f2), содержащее камеру торможения произвольного типа с пластиной (флюгером), закрепленную на оси вращения, термочувствительный элемент, спиральную пружину, внутрен ний конец которой прикреплен к оси вращения, а наружный — к свободному где Rрадиус входного отверстия насадка; радиус миделевого сечения клапана; глубина входного отверстия насадка; коэффициент чувствительности.

55 концу стержня, установленного параллельно оси вращения и жестко связанного с основанием. Устройство обеспе чивает стабилизацию скорости потока внутри камеры за счет поворота последней под действием потока на флюгер и соответствующего изменения эффек тивного сечения входного отверстия камеры.

Однако указанное устройство также имеет сложную зависимость жесткости спиральной пружины с упругим стержнем от угла поворота, конструктивно > ограниченного углом 90, так что при заданном диапазоне скоростей потока ограничена чувствительность меха. низма стабилизации к скорости потока, а следовательно, и возможность повышения точности измерения температуры, Кроме того, воздействие потока на подвижную камеру и эффект эжекции снижают точность стабилизации показателя термической инерции и также ограни25 чивает сверху диапазон скоростей контролируемого потока.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры в высокоскоростных потоках за счет улучшения стабилизации показателя термической инерции с одновременным расширением допустимого диапазона скоростей контролируемого потока.

Цель достигается тем, что в известном устройстве для измерения темЗ5 пературы потока газа, содержащем ка-меру торможения с термочувствитель ным элементом и механизм с пружиной, стабилизирующий скорость потока в камере, указанный механизм снабжен

46 насадком на входе камеры, штоком, защитным кожухом и впускным клапаном, который расположен внутри насадка и соединен штоком с пружиной, которая выполнена цилиндрической, »

45 имеет линейную жесткость и размещена в защитном кожухе. При этом образую- . щая внутренней поверхности входного отверстия насадка выполнена в соответствии с выражением

1?3 7284

На фиг. t показано предлагаемое устройство, общий вид; на фиг.2 дано изображение приемного конца . входного насадка, поясняющее технологию его изготовления.

Устройство для измерения температуры потока газа содержит жестко закрепленную в контролируемом потоке аэродинамическую камеру 1 с термочувствительным элементом 2, на входе которой установлен насадок 3 с приемным отверстием, удаленным от пристеночного слоя. Внутри насадка установлен, впускной клапан 4, соединенный штоком 5 и упорным диском 6 с. цилиндрической пружиной 7, заключенной в защитный кожух 8.

Устройство работает следующим образом.

Аэродинамическая сила воздействия потока на впускной клапан 4 равна

V2 г= рсх — —— х где p - плотность газа;

С вЂ” коэффициент лобового сопротивления, определяемый по эпюре распределения давления по приемной поверхности кла пана; .Х вЂ” площадь миделевого сечения клапана;

V — - скорость контролируемого потока.

При постоянной жесткости пружины перемещение клапана 6 будет пропорционально силе F и, согласно (1), квадрату скорости потока V. Таким образом, Е =1,Г = КЧ2, (2) где k — жесткост.в пружины;

k — коэффициент пропорциональ1 ности постоянный при посто1 янной плотности газа p ..

Наименьшая площадь S сечения, внутреннего отверстия насадка в зоне миделевого сечения клапана долж. на быть обратно пропорциональна скорости контролируемого потока, т.е. конструкция насадка должна обеспечить равенство

Pk(V = Д = k/Á, где k - коэффициент чувствительности характеризующий уменьшение сечения при углублении клапана.

Площадь внутреннего отверстия насадка в зоне миделевого сечения клапана (фиг.2) равна

S = Ф (R -r ), (4 ) где r — радиус миделевого сечения;

К вЂ” радиус внутреннего отвер:стия.

Выражение (3) с учетом (4) принимает вид

k

Т (R -г ) 15 откуда зависимость радиуса внутреннего отверстия входного насадка R от его гулбины Й (фиг.2) должна быть

20 следующей:

R=f (t) = (6) ре

Асимптотический характер зависи5 мости (6) позволяет увеличить рабочий ход клапана до достижения нужной чувствительности и точности с учетом реального диапазона скоростей конт.ролируемого потока. Связанный с этим

30 выбор коэффициента k из (6) и радиуса миделевого сечения клапана r определяет также максимальную площадь входного отверстия Б при минимальной скорости контролируемого потока .и, следовательно, требуемую постоянную скорость в камере.

Конкретный тип аэродинамической камеры может быть любым и выбирается с учетом физических параметров

gp контролируемого потока и аэродинамических и тепловых потерь.

Увеличение плотности газа снижает. показатель термической инерции, однако при этом увеличивается динами 5 ческий напор F (1), уменьшается сечение S и скорость в камере, что увеличит показатель термической инерции.

Таким образом, небольшие измене0 ния статического давления практически не будут влиять на точность измерения температуры.

Упорный диск 6 (фиг.1) при тщательном уплотнении защитного кожуха 8

55 будет обеспечивать демпфирующее действие, гасящее колебания клапана при резких ..изменениях скорости контролируемого потока, что также повышает точность стабилизации.

7 17372

Эффект эжекции приведет к увеличению скорости потока на входе устрой-! ства, что скомпенсируется сбответствующей реакцией клапана 4 в отличие

Ь от прототипа.

Таким образом, аэродинамическая сила F, воздействуя на клапан 4, уменьшает минимальное сечение входного отверстия насадка.: 3 обратно пропорционально скорости контролируемого потока. При уменьшении скоростного напора клапан 4 под действием пружины увеличивает минимальную площадь сечения входного отверстия. В результате разность давлений в зоне миделевого сечения клапана и на выходе .камеры будет постоянной, что и обеспечит постоянное распределение скоростей потока в камере 1 и noctoянный показатель термической инерции термочувствительного элемента 2.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения температуры в высокоскоростных потоках за счет повышения точности стабилизации показателя термической инерции при одновременном расширении диапазона возможных скоростей контролируемого потока посредством неподвижного закрепления камеры в потоке, увеличения рабочего хода клапана, линейной жесткости пружины и инвариантности к эффекту эжекции..

84 8

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры потока газа, содержащее камеру торможения с размещенным внутри термодатчиком и механизм стабилизации скорости газа в камере торможения с пружиной, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения температуры в высокоскоростных потоках, механизм стабилизации .скорости газа в камере торможения снабжен насадком, установленным на входе последней, закрепленным снаружи насадка защитным кожухом со штоком, пропущенным через него в полость насадка, соединенным со штоком и впускным клапанвм, при этом пружина закреплена внутри защитного кожуха коаксиально штоку и выполнена цилиндрической, а форма образующей внутренней поверхности насадка в об.ласти его входного отверстия выбрана в соответствии с зависимостью где R радиус входного отверстия насадка радиус миделевого сечения клапана; глубина входного отверстия насадка; коэффициент чувствительности.