Способ измерения температур газовых потоков

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 553481 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 08.12.74 (2l) 2080857/10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.04.77. Бюллетень ¹ 13 (4б) Дата опубликования описания 04.07.77 (51) М, Кл.е 6 01 к 13/02

Государственный комитет

Совете Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 536.532 (088.8) (72) Автор изобретения

Б.М Красс (71) Заявитель (54} СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУР ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ т„-т,* (т, - „) Изобретение касается измерения высоких температур газовых потоков при испытаниях силовых установок летательных аппаратов.

При измерениях высоких температур газовых потоков контактными методами имеют место значительные погрешности измерений вследствие лучистого и кондуктивного теплообмена термодатчика с окружающими предметами, например со стенками трубопровода.

Погрешность измерения, вызванная лучистым теплообменом а Т =Т - Т определяется вырал г .г жение м:

Погрешность, вызванная кондустивным теплообменом, Ь Т„= Т„- Тт определяется выражением:

Тт - Т3

ЬТ о сЪЕ +. где: Тг — температура газа;

Тт — температура термодатчик а;

Тст — температура окружаюших стенок, вос:принимающих тепловое излучение термодатчика;

Тз — температура зажима, в котором закреплен корпус термодатчика;

G — постоянная излучения абсолютно черного тела;

5 — относительный коэффициент излучения чувствительного элемента термодатчнка; а — коэффициент теплопередачи от газа к термодатчику;

С вЂ” глубина погружения чувствительного эле10 мента термодатчика в газовый поток;

0;S — периметр и поперечное сечение корпуса термодатчика, по которому отводится тепло к зажиму;

Х вЂ” коэффициент теплопроводности материала корпуса.

Определение погрешности измерений расчетным путем крайне затруднительно, так как практически невозможно определить в стендовых условиях коэффициент а. Кроме того. необходимо также знать значения величин Е,Х,Тст и Тз, Известны методы уменьшения этих погрешностей измерения путем подогрева термодатчика от дополнительного источника тепла (1) .

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ измерения высоких температур

553481 газовых потоков, состоящий в измерении температуры газовых потоков контактным термодатчиком путем подогрева его от дополнительного источника энергии.

Недостатком указанного способа является сложность градуировки и расчетов,ж позволяющих полностью исключить эти погрешности измерений.

С целью полного исключения погрешностей измерения температур, вызванных лучистым и кондуктивным теплообменом чувствительного элемента контактного термодатчика с окрумжйы ими предметами.

По предложенному способу термодатчик подогревают до температуры заведомо выше температуры газового потока, одновременно измеряя изменение его температуры, затем охлаждают термодатчик отключением дополнительного источника энергии до температуры заведомо ниже температуры газового потока, одновременно измеряя изменение его температуры, а за температуру газового потока принимают такие два равные по величине мгновенные значения температуры термодатчика в процессах его нагрева и охлаждения, при которых справедливо выражение: ат, ат, АХ с7 Г C Q с)7 дТа где

Д с 8 Г и . соответственно скорости измерения найденных температур в процессе нагрева и охлаждения термодатчика.

P — мощность энергии и подогрева термодатчика дополнительным источником энергии;

С и G — соответственно удельная теплоемкость и вес термодатчика.

При выполнении этого условия найденные значения температур термодатчика равны истинной температуре газа.

Способ основан на решении уравнений теплового баланса чувствительного элемента термодатчика в процессе подогрева и охлаждения его.

На фиг. 1 показан вид кривых изменения температуры термодатчика при подогреве и охлаждении. На оси абсцисс отложено время т, на оси ординат отложена температура термодатчика.

Участок 1 —,2 — 3 представляет кривую тему ф пературы термодатчика в процессе подогрева после подключения к нему дополнительного источника энергии постоянной мощности.

Участок 3 — ч — 5 представляет кривую с температуры термодатчика в процессе охлаждения после отключения дополнительного источника энерПунктиром показана температура газа Tr. Участок То — 1 представляет собой установившуюся температуру термодатчика до включения дополнительного источника энергии, В точках 2, 4 температура термодат яка равна температуре газа.

Уравнение теплового баланса в процессе подогрева на участке 1 — 2 имеет следующий вид:

Р4Х+йР(Т.„-T )ас=аьт(т -т )1Х+

+ kms (Т,,-Тз)4ИВдХ+СбйТ. (з)

Уравнение теплового баланса в процессе охлаждения на участке 4 — 5 имеет следующий вид:

aF(r,-Ттi ai=6eF(Tт-Т т)m+Ë ò (T

-т,)t >ear-соат, (4) где;Р - мощность энергии, подведенной к термодатчику от дополнительного источника энергии;

F — поверхчость термодатчика

/ си тп=ч „

С и 6 — удельная теплоемкость и вес термодатчика.

В момент времени т — т (точки 2 и 4") на кривых подогрева и охлаждения термодатчика и

20 его температура равна температуре газа Т подогреваэ

= Тохл. = Тг.

В эти моменты времени уравнения теплового баланса принимают следующий вид:

II0pBblH и вта рой члены в правой части уравнения (6) соответственно равны первому и второму члену в правой части уравнения (7) .

Вычтя уравнение (7) из уравнения (6), получаем:

РаХ=ССЫт,+nfl ) (9) ах ат с6

Таким образом, найдя равные значения температур термодатчика в процессе его подогрева и

45 охлаждения, сумма производных которых равна частному от.деления мощности подведенной энергии к термодатчику на его теплоемкость, находим температуру газа.

На фиг. 2 изображено устройство, поясняющее

Э) предлагаемый способ при ручной обработке результатов измерений.

В этом устройстве термодатчик 1 подогревается источником 2 .электрического тока, Температура термодатчика регистрируется записывающим прибором 3. Подведенная мощность определяется произведением величины тока, измеряемого амперметром4, на падение напряжения на термодатчике, измеряемого вольтметром 5. Источник тока подключается к термодатчику ключом 6, регулируется бп ток (мощность) реостатом 7. х5 подогрева Ра С о 8 p(T -Т )д Г,1тл ГТ -т ).

4 4 т ст т з

° thedz+ cc aT„ (6) охлаждениями =OEF (Т -Т )RX +Явь(Т -Т )к

4 Ст т 3

ЭО х ЪИ:Х - C CTd T, (Т) 553481

dT d Та Р т, Устойство работает следующим образом .

К тсрмодатчику 1, погруженному в газовый поток, температура которого подлежит измерению, присоединяется записывающий прибор. Затем при установившихся показаниях термодатчика к нему подключают источник тока 2 и отсчитывают показания амлерметра4 и вольтметра 5. По истечении некоторого времени, в течение которого температура термодатчика, регистрируемая записывающим прибором, заведомо несколько превысит температуру газа, отключают источник тока и продолжают записывать температуру термодатчика. По истечении некоторого времени, в.течение которого температура термодатчика снизится до температуры, заведомо ниже температуры газа, запись прекращается.

Дифференцирование записанных температур может быть произведено любым из известных способов, например графическим способом.

Определение температуры газа сводится в дальнейшем к последовательному нахождению производных и суммы производных, равных температур термодатчика при его подогреве и охлаждении, начиная с верхнего или нижнего значений температуры и сравниванию суммы производных с величиной до момента их полного равенства.

С6

Формула изобретения

Способ измерения температур газовых потоков контактным термодатчиком путем подогрева его от,дополнительного источника энергии, а л и ч а ь,щи и с я тем,,что, с целью уменьшения влияния лучистого и кондуктивного теплообмена на точность измерения, термодатчик подогревают до температуры, заведомо выше температуры газового потока, одновременно измеряя изменение его температуры, затем охлаждают термодатчик отключением дополнительного источника энергии до темпе. ратуры, заведомо ниже температуры газового потока, одновременно измеряя изменение его температуры, а за температуру газового потока принимают такие два равные по величине мгновенные значения температуры термодатчика в процессах его нагрева и охлаждения, при которых справедливо выражение: ат, ат, где . и соответственно скорости измерения найденнйх температур в процессе нагрева и охлаждения термодатчика;

Р— мощность энергии и подогрева термодатчика дополнительным источником энергии;

С и G — соответственно удельная теплоемкость и вес термодатчика.

Источник информации, принятый во внимание

ЗО при эк спертизе:

1. А.Н. Гордов "Измерение температуры газовых потоков", Машгиз, 1962, с. 61.

553481

Составитель Н. Горшкова

Техред С. Беда Корректор И. Гоксич

Редактор В.Другов а

Закаэ 189/38

Тираж 865 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и дткрьдий

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., д. 4(5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4