Устройство для измерения температуры поверхности нагретых тел Советский патент 1985 года по МПК G01K7/02 

1

Изобретение относится к техничес кой физике, в частности к термометрии и предназначено для измерения температуры поверхности нагретых тел в диапазоне 0-1500 С.

Известно устройство для измереНИ.Я температуры внутри твердых тел, содержащее снаряд с термопарой, установленный внутри ствола и измерительный прибор. Для обеспечения измерения снаряд снабжен соединенными с термопарой контактными штырями . На конце ствола установлена втука с ответными гнездами, к которым подведены провода от измерительного прибора ij .

Недостатками этого устройства являются одноразовое использование снаряда и сложность применения устройства, связанная с расположением контактных проводов вблизи поверхности контролируемого тела, требующая специальной их теплоизоляции. Это обстоятельство позволяет измерять температуру поверхности тел в диапазоне до 500 С с точностью не выше 3-4%.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения температуры поверхности нагретых тел, содержащее корпус, расположенный в нем подпружиненный наконечник с размещенной в нем термопарой, снабженное корпусом, выполненным в виде стакана с крышкой, внутри которой расположен наконечник с термопарами, причем стакану со стороны, противоположной крьшке, придана форма клина со сферическим вырезом на конце и сквозным отверстием здоль продольной оси, а крышка снабжена круговыми выступами на наружной поверхности. При измерении температуры поверхности твердого тела, нагреваемого в индукционной печи, стакан и крьщЕка изготовлены из ферромагнитного материала. Это позволяет закрепить устройство на измеряемой поверх ности при помощи электромагнитных сил. При измерении температуры плоской поверхности устройство устанавливается на ней круговыми выступами крышки. Электромагнитные силы, преодолевая усилие пружин, плотно прижимаютустройство к измеряемой поверхности, обеспечивая надежный контакт Н.

86652

Недостатком известного устройства является низкий предел измерения, ограниченный температурами 500 -700°С, так как плотный прижим устройства 5 к измеряемой поверхности осуществляется электромагнитными силами, преодолевающими усилие пружины. Ферромагнитные свойства материалов сохраняются только до указанных температур..

Кроме того, устройство имеет вы- сокое значение случайной составляющей погрешности измерения, достигающее 2,5-3%, свойственное обычным 5 пятачковым термопарам.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения температуры поверхности тел, увеличение точности измерений и повьшение надежности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры нагретых тел, содержащем защитный кожух с теплоизолирующим 5 стаканом и размещенной в нем рабо чей термопарой, внутренняя цилиндрическая полость стакана выполнена диаметром, составляющим 0,6-0,7 наружного диаметра стакана, и соотношением ее диаметра к высоте 3:1, а последовательно с рабочей термопарой включена введенная в полость дополнительно дифференциальная термопара, причем горячие спаи рабочей и дифференциальной термопар расположены от торца защитного кожуха на расстояниях, находящихся в соотношении 1:2:3 соответственно.

При таком соотношении геометрических размеров внутренней цилиндрической полости теплоизолирующего стакана исключается искажающее влияние температуры стенок стакана на показания рабочей и дифференциальной термопар, повьшхается точность и надежность работы устройства. При отношении диаметра внутренней полости стакана к его диаметру более 0,7 произойдет ослабление конструкции устройства и в конечном итоге уменьшается точность работы устройства.

При отношении менее 0,6 уменьшится точность работы устройства, так как при этом на показания, рабочей и дифференциальных термопар начинает оказывать влияние температура стенок стакана.

Использование дифференциальной .тармопары в устройстве, последовательно включенной с рабочей термопар тюлько при соотношении расположения рячих спаев над измеряемой поверхностью 1,0:2:3 осуществляет компен сацию перепада температуры между и меряемой поверхностью и местом рас ложения горячего спая рабочей термопары, тем самым повышается диапа зон измеряемых температур и увеличивается точность устройства. При увеличении соотношения расположения горячих спаев происходит завьшение показаний устройства за счет возрастания дифференциальной термопары. При уменьшении соотноше ния расположения горячих спаев про зойдет занижение показаний устройс ва за счет уменьшения показаний ди ференциальной термопары. На фиг.1 и 2 - устройство в дву проекциях, разрез на фиг.З - вид на фиг.1} на фиг.4 - вид Б на фиг, Устройство содержит рабочую тер,мопару 1 последовательно соединенную с дифференциальной термопарой 2 горячие спаи которых а j &-и Р от теплообмена с окружающей средой ограждаются защитным кожухом 3 и поме . щены во внутренней цилиндрической полости В теплоизолируйщего стакана 4, который прикреплен к основанию 5 держатель 6 соединен с основанием, на котором закреплены клеммы 7, от которых идут удлинительные провода проходящие внутри ручки 9 к вторичному прибору. Рабочая термопара 1 с горячим спаем ct представляет собой хромельалюмелевую или платинородий-платиновую термопару с диаметром термо- электродов 0,2-0,5 мм. От горячего спая О термоэлектроды рабочей термопары через отверстия в теплоизоли рующем стакане 4 и.основания 5 выводятся к клеммам. Дифференциальная термопара 2 представляет собой алюмель-хромель-алюмелевую термопару с двумя горячими спаями S и , Термоэлектроды дифференциальной термо™ пары 2 также имеют диаметр 0,2-0,5 м и выводятся к клеммам 7 через другую пару отверстий в теплоизолирующем стакане 4 и основании 5. Защитный кожух 3 с внутренним диаметром 30 мм изготавливают в виде трубы толщиной 1 мм из нержавеющей стали и крепится к основанию 5, изготовленному из стеклотекстолита. Защитный кожух 3 служит для устранения конвективного теплообмена спаев термопар с окружающей средой и образования замкнутого объема воздуха вокруг горячих спаев термопар. Теплоизолирующий стакан 4 диаметром 30 мм изготавливают из асбоцемента с внут-т ренней цилиндрической полостью диаметром 18 мм и высотой 6 мм, внутри которой располагаются горячие спаи термопар. Стакан 4 крепится к основанию 5. Держатель 6 изготавливают из алюминияи крепят с помощью вин-тового соединения к основанию 5. Кпеммы 7 изготавливают из латуни, они служат для соединения положительного термоэлектрода (хромеля) рабочей термопары 1 и одного из отрицательных термоэлектродов (алюмеля) дифференциальной термопары 2 с соответствующими удлинительными проводами 8, идyшJ ми к вторичному прибору устройства. Отрицательный термоэлектрод (алюмель) рабочей термопары 1 соединяют со вторым термоэлектродом (алюмелем) дифференциальной термопары 2, образуя при этом последовательное соединение рабочей и дифферен1щальной термопар или спаев о,.g и Ь соответственно. Ручку 9 изготавливают из текстолита и жестко крепят к-держателю. Она служит для ручного прижатия устройства к измеряемой поверхности. Горячий спай рабочей термопары Q располагают на расстоянии 0,5 мм от измеряемой поверхности. Тогда горячие спаи дифференциальной термопары о и & располагают на расстояниях 1 мм и 1,5 мм соответственно от измеряемой поверхности. Устройство работает следующим бразом. К нагретому телу прикладывают стройство, которое защитным кожуом 3 контактирует с исследуемой оверхностью; При этом в,месте расоложения горячих спаев рабочей 1 и диференциальной 2 термопар образуется амкнутый объем воздуха, ограничен- -/ „ ый с одной стороны измеряемой поерхностью, а с другой боковыми стенами защитного кожуха 3 и внутренней олостью 6 теплоизолирующего стакаа 4, При этом горячие спаи рабочей и дифференциальной S и 6 термопар асположены в изотермических плосостях над измеряемой поверхностью 5 , на расстояниях 0,5 мм, 1 мм, 1,5 мм соответственно, т.е. составляют, соотношение 1:2;3. Устройство испытано в лабораторных условиях при измерении темпераTypiii до поверхности образцовой стандартной установки типа УГТП-2 для поверки доверхност.ных термометров, имеющей точность установки температуры образцовой поверх ности около Oj3%. ТермоэлектродвиЖущая сила (,ТЭДС), развиваемая рабочей хромель-алюмелевой термопарой соответствует 450 С и складывается ТЭДС дифференциальной алюмель-хромель-алюмелевой термопары, соответствующей температуре 400 С-330 С-50 Суммарная ТЭДС двух последовательно соединенных термопар, .рабочей и диф ференциальной, соответствует темпе;ратуре ,т.е. температуре измеряе м6й образцовой поверхно с ти По грешнос измерения составляет i 4 С в серий из 10 измерений при этой температур Проведены испытания устройства при измерении температуры поверхнос ти до 1000 С цилиндрического вклады ша из жаропрочного никелевого сплава ЖС-6, нагретого в шахтной печи типа СШОЛ-1,. Температуру повер ности вкладыша контролируют с помощью зачеканенной в исследуемую поверхность аттестованной платйнородий-штатиновой термопары Ш разряда, ТЭДС, развиваемая рабочей термопарой 1f соответствует температуре и складывается с ТЭДС дифференциальной термопары 2, соответствующей температуре 800c-700°C 100°; Суммарная ТЭДС двух термопар соответствует 1000°С, Погрешность измерения не превышает ±10 С в серии из 10 измерений при температуре образцовой поверхности 1000 С. В ка656честве вторичного прибора используют электронный автоматический потенциометр типа КСП-4, градуировки ХА со шкалой-1100 С. Методическая ошибка- измерений при проведении испытаний не превышает il% во всем температурном диапазоне исследований. При использовании в качестве рабочей и дифференциальной термопар платинородий-платиновой термопары МОЖНО расширить диапазон измеряемых температур поверхности нагретых тел до 1500 С, так как рабочая термопара нагревается до температуры около 1300°С, а дифференциальная значительно ниже. Инерционность устройства составляет не более 3 с, а время установ ления показаний (при 1%-ном недохо-де стрелки электронного потенциометра) не превьш1ает 9с. С помощью предлагаемого устройства в 2 раза расширяется диапа(3он измеряемых температур поверхности нагретых тел контактным способом. Точность измерения в 1,5-2 раза повышается по сравнению с существующими устройствами подобного типа. Увеличивается надежность работы ус- , тройства из-за того, что спай рабочей термопары, расположенной наиболее близко к исследуемой поверхности, прогревается до те шературы значительно более низкой (на 100 С при tfloB 1000 ), чем температура измеряемой поверхности. Кроме того, устройство имеет стандартную ХА или ПП градуировку, что позволяет использовать его со стандартной вторичной пирометрической аппаратурой без переградуировки шкап приборов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕТЫХ ТЕ1Л, содержащее защитный кожух с теплоизолирующим стаканом и размещенной в нем рабочей термопарой. отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измере кий, а также повышения точности и надежности измерений, внутренняя цилиндрическая полость стакана выполнена с диаметром, составляющим 0,6-0,7 наружного.диаметра стакана, и с соотношением ее диаметра к высоте 3:1, а последовательно с .рабочей термопарой включена введенная в полость дополнительно дифференциальная термопара, причем горячие спаи рабочей и дифференциальной термопар расположены от торца защитного кожуха на расстояниях, находяпщхся в : соотношении 1:,2:3 соответственно. О) CAD 00 о Од сл