Термопара Советский патент 1989 года по МПК G01K7/02 G01K13/02 

СП

о

00

о о

Изобретение относится к термоэлектрическим устройствам для измерения температуры в потоках и может быть использовано для измерения быстроизменяющихся температур при нестационарных процессах теплообмена, например в газовых турбиках.

Цель изобретения - повышение эффективности термопары.

На фиг. 1 показана предлагаемая термопара; на фиг. 2 - график экстраполяции показаний термопары к «нулевому диаметру ее горячего спая; на фиг. 3 - распределение температуры по длине общего термоэлектрода.

Термопара содержит общий термоэлект10

мощью горячего спая D., фиксируются показания, соответствующие некоторой температуре Т, , являющейся наиболее близкой к TUCT , так как диаметр спая D минимальный. Аналогичным образом измеряется температура Тг спая DZ с погрещностью более высокой, чем Т, из-за больщей тепловой инерции второго горячего спая. Температура Тэ, измеренная с помощью спая D,, имеет еще больщее отклонение от Тиет.

По показаниям Т,-Тз строятся кривые зависимости температуры от диаметра спая, после чего определяется Т«ст в зоне малого объема путем экстраполяции полученной кривой до пересечения с ординатой, отве20

25

род 1, к которому присоединены дополни- 15 чaюJцeй «нулевому диаметру спая (фиг. 2). тельные термоэлектроды 2-4. Исходные термоэлектродные провода трех спайной термопары имеют одинаковый диаметр d, а рабочие концы общего и дополнительных термоэлектродов выполнены с одинаковыми конусообразными сужениями к горячим спаям. В месте образования первого спая диаметры термоэлектродов 1 и 2 - d - равнь минимально допустимому исходя из условия неоднородности материала, при этом диаметр горячего спая D, 2di. Аналогично диаметры термоэлектродов 1 и 3 в месте образования второго горячего спая равны d, а диаметр-спая D,.. Диаметр третьего спая D3 2d3.

Величина расстояния между спаями определяется размерами объема потока, в котором требуется определить температуру Т„„Дополнительные термоэлектроды 2-4 выполнены, например, из константана, а общий термоэлектрод 1 - из более теплопроводного .материала - меди.

Коническая форма общего термоэлектрода 1 обеспечивает постоянное уменьщение инерционности горячих спаев к его концу, сведение их диаметров как бы к «нулевому диаметру.

Различие тепловой инерционности спаев определяется только их диаметрами. Конусообразный переход рабочих концов дополнительных термоэлектродов 2-4 позволяет подогнать их диаметр к диаметру общего термоэлектрода 1 в месте подсоединения. Кроме того, конусообразные переходы позволяют использовать для дополнительных термоэлектродов провод одного исходного диаметра, что упрощает изготовление термопары и позволяет создавать термоприемники с различными соотношениями между D,, D и D.

Высокая теплопроводность общего термоэлектрода 1 не вызывает перетока тепла между рабочими спаями D, - Dj, так как, во-первых, размеры рабочих спаев по сравнению с расстоянием между ними на один- полтора порядка меньше. Например, D., 0,05 мм Dj. 0,10 мм, D 0,15 мм, а расстояние между спаями 1-2 мм. Во-вторых, время С пульсаций температуры потока мало (тысячные и сотые доли секунды). В связи с этим процесс теплопроводности вдоль участков общего термоэлектрода 1, соединяющих горячие спаи, соответствует небольшим в сравнении со спаями безразмерным величинам веремени - числам 30 Фурье.

Благодаря тому, что диаметр этих участков меньше соответствующих диаметров соединяемых рабочих спаев, и их материал имеет более высокий коэффициент теплопроэс водности чем материал массы спаев, распределение температуры по длине указанных участков характеризуется наличием экстремума (фиг. 3). Следовательно, существуют адиабатические поверхности между горячими спаями, что свидетельствует об отсутствии теплоперетока между спаями.

Высокая теплопроводность термоэлектрода 1 обеспечивает дополнительный подвод тепла к рабочим спаям, что позволяет повысить точность определения при экст45 раполяции.

Конусообразная форма термоэлектродов 1-4 предлагае.мой термопары обеспечивает ее максимальную прочность на изгиб, вызываемый потоком среды.

40

50

Формула изобретения

зом.

Термопара работает следующим обраПосле погружения термопары, закрепленТермопара, содержащая общий термоэлектрод и подсоединенные по его длине с образованием горячих спаев дополнительной консольно, в поток газа или жидкости,,5 е термоэлектроды, диаметр которых в месв зону малого объема, температуру которо-те подсоединения равен диаметру общего

го, быстропеременную во времени, необходи-термоэлектрода,, отличающаяся тем, что, с

МО определить, одновременно снимаются по-целью повышения эффективности термопаказания трех горячих спаев D, -D. С по-ры за счет обеспечения возможности изме

мощью горячего спая D., фиксируются показания, соответствующие некоторой температуре Т, , являющейся наиболее близкой к TUCT , так как диаметр спая D минимальный. Аналогичным образом измеряется температура Тг спая DZ с погрещностью более высокой, чем Т, из-за больщей тепловой инерции второго горячего спая. Температура Тэ, измеренная с помощью спая D,, имеет еще больщее отклонение от Тиет.

По показаниям Т,-Тз строятся кривые зависимости температуры от диаметра спая, после чего определяется Т«ст в зоне малого объема путем экстраполяции полученной кривой до пересечения с ординатой, отве

чaюJцeй «нулевому диаметру спая (фиг. 2).

Высокая теплопроводность общего термоэлектрода 1 не вызывает перетока тепла между рабочими спаями D, - Dj, так как, во-первых, размеры рабочих спаев по сравнению с расстоянием между ними на один- полтора порядка меньше. Например, D., 0,05 мм Dj. 0,10 мм, D 0,15 мм, а расстояние между спаями 1-2 мм. Во-вторых, время С пульсаций температуры потока мало (тысячные и сотые доли секунды). В связи с этим процесс теплопроводности вдоль участков общего термоэлектрода 1, соединяющих горячие спаи, соответствует небольшим в сравнении со спаями безразмерным величинам веремени - числам Фурье.

Благодаря тому, что диаметр этих участков меньше соответствующих диаметров соединяемых рабочих спаев, и их материал имеет более высокий коэффициент теплопроводности чем материал массы спаев, распределение температуры по длине указанных участков характеризуется наличием экстремума (фиг. 3). Следовательно, существуют адиабатические поверхности между горячими спаями, что свидетельствует об отсутствии теплоперетока между спаями.

Высокая теплопроводность термоэлектрода 1 обеспечивает дополнительный подвод тепла к рабочим спаям, что позволяет повысить точность определения при экстраполяции.

Конусообразная форма термоэлектродов 1-4 предлагае.мой термопары обеспечивает ее максимальную прочность на изгиб, вызываемый потоком среды.

50

Формула изобретения

Термопара, содержащая общий термоэлектрод и подсоединенные по его длине с образованием горячих спаев дополнительрения быстроизменяющихся температур, в ней рабочие концы общего и дополнительных термоэлектродов выполнены конусообразными с сужением к горячим спаям, при этом общий термоэлектрод выполнен из материала с больщей теплопроводностью.

Изобретение относится к термометрии и позволяет повысить эффективность термопары за счет обеспечения возможности измерения быстроизменяющихся температур в потоках газа или жидкости. К общему термоэлектроду 1 с большей теплопроводностью по его длине подсоединены дополнительные термоэлектроды 2-4 с образованием горячих спаев Д₁-Д₃ различной инерционности. Конусообразная форма термоэлектрода 1 обеспечивает постепенное уменьшение инерционности горячих спаев к его концу, а конический переход рабочих концов термоэлектродов 2-4 позволяет подогнать их диаметр к диаметру термоэлектрода 1 в месте подсоединения. После погружения термопары в поток одновременно снимаются показания с трех спаев Д₁-Д₃, соответствующие их температурам Т₁-Т₃. По полученным показаниям методом экстраполяции определяется истинная температура (Т_ист). Высокая теплопроводность термоэлектрода 1, а также меньший в сравнении с горячими спаями диаметр его участков, соединяющих эти спаи, обеспечивает дополнительный подвод тепла к ним, что снижает инерционность и, как следствие, повышает точность определения Т_ист. 3 ил.

J7/

фиг.З