Устройство для измерения давления в высокотемпературном потоке Советский патент 1992 года по МПК G01L19/04 

Изобретение относится к измерительной технике и можётТЗыть испбльзовано для измерения локального осредненного и пульсационного давлений в высокотемпе- ратурном потоке, например в камере сгорания или канале МГД-генератора.

Известно устройство для измерения среднего значения давления и пульсаций давления газа, содержащее датчик термоанемометра и систему обдува датчика на основе тсверхз1укового сопла.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения при исследовании объектов с усложненными характеристиками течения.

Известен термоанемометр, предназначенный для измерения динамического давления газового потока, содержащий расположенные в корпусе входные и выходные сопла, между которыми помещен термоанемометр.

Недостатком этого устройства является также низкая точность измерения.

Известно устройство для измерения скорости и направления потока, содержащее термочувствительные элементы, измерительную трубку, соединенную с линией стабилизированной струи, и регистратор.

Недостатком такого устройств является низкая точность измерения вследствие зависимости показаний от осредненного давления потока, его температуры, фазового состава, вибраций установки

Цель изобретения - повышение точности устройства при измерениях локального осредненного и пульсационного давлений в высокотемпературных (до 3000 К) химически активных средах, содержащих конденсируемую фазу, в объектах, подверженных вибрациям.

Указанная цель достигается тем, что устройство, содержащее термоэлемент, включенный в измерительную сх,ему с регистратором, источник защитного газа и трубку истечения защитного газа, дополнительно снабжено приемной трубкой, пневмоусилителем и регулятором давления, причем приемная трубка подключена к пневмоусилителю давления, а регулятор давления выполнен в виде размещенного в корпусе полого упругого элемента, подсоединенного к выходу пневмоусилителя и жестко соединенного с локальным конусом, размещенным в отверстии шайбы, разделяющей полость корпуса на две камеры, одна из которых подключена к источнику защитного газа, а другая - к трубке истечения защитного газа, в которой размещен термоэлемент в виде диаметрально установленного стержня, снабженного держателем

виде электропроводящих полуколец, помещенных между концентрическими электроизоляционными втулками, при этом внутренняя поверхность трубки истечения покрыта поглощающим тепловое излучение покрытием, а профиль лекального конуса выполнен согласно соотношению

d

D2ci Ах

1 -саДх/роб Р°д где ci - 2 /сГ/(1-сз)К-(1+сз)3;

(1-сз)/(Нсз)Г1;

С4-уМ 2/8/ ; й Рвф/К1,

Ах - перемещение лекального конуса; d(A x), D - текущий диаметр лекального конуса и диаметр шайбы;

d, I - диаметр и длина трубки истече- ния;

Ро - давление в источнике защитного газа;

Рэф - эффективная площадь упругого элемента;

коэффициент гидравлического сопротивления трубки истечения;

Ki - жесткость упругого элемента; „ .. у - показатель адиабаты защитного газа;

М« - число Маха потока газа в трубке истечения;

fi - коэффициент расхода пневмосопро- тивления, образованного лекальным конусом и шайбой;

К - коэффициент усиления пневмоусилителя давления.

На фиг.1 - изображено устройство, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Устройство для измерения давления в высокотемпературном потоке содержит трубку 1 истечения защитного газа и приемную трубку 2, закрепленные в стенке охлаждаемого канала 3. Вблизи приемного торца трубки 1 и 2 примыкают одна к другой, а далее разнесены на некоторое расстояние, так как трубка 1 истечения защитного газа выполнена изогнутой. На внутренней поверхности трубки 1 имеется покрытие 4 (например, сажевое чернение с пропиткой кремнийорганическим лаком). Внутри трубки 1 на участке после изгиба расположен термоэлемент 5 в виде диаметрально ус- тановленного стержня, снабженного держателями 6 в виде электропроводящих полуколец, которые размещены между концентрическими электроизоляционными втулками 7 и 8. Внутренние диаметры втулки 8 и трубки 1 с учетом слоя 4 равны между собой. Приемная трубка 2 соединена с пнев- моусилителем9 давления. Регулятор 10 дав- ления выполнен в виде размещенного в корпусе 11 полого упругого элемента 12 (например, сильфона), который же стко связан с лекальным конусом 13, размещенным в отверстии шайбы 14. Шайба 14 разделяет полость корпуса 11 на две камеры, которые при помощи пневматических линий 15 и 16 связи соединены соответственно с источником 17 защитного газа и с трубкой 1 истечения защитного газа. Пневмоусилитель 9 давления через выход 18 связан с регулятором 10 давления. Запись выходного сигнала устройства, получаемого от термоэлемента 5. осуществляется на регистраторе (цепи и элементы электрической схемы устройства не показаны).

Устройство работает следующим образом.

Перед началом работы устройство, установленное в охлаждаемой стенке канала 3 в положении, показанном на фиг.1, подключают через регулятор 10 давления к магистрали защитного газа (например, сжатого воздуха) и устанавливают с помощью источника 17 защитного газа давление р0. Термо- элемент 5 через держатели б подключают к преобразовательной цепи и регистратору пульсаций давления (не показан). Сигнал ос- редненного давления в пневматической форме может быть передан на регистратор осредненного давления с выхода 1в пнев- моусилителя 9 (схемы и средства регистрации не показаны).

Если измерения проводятся при установившемся режиме исследуемого потока (т.е. при постоянном осредненном статическом давлении в потоке), регулятор 10 находится в стационарном положении (лекальный конус 13 занимает относительно шайбы 14 равновесное стационарное положение) и защитный газ проходит по тракту источник 17 защитного газа - пневматическая линия 15 связи - зазор между конусом 13 и шайбой 14- пневматическая линия 16 связи -трубка 1 истечения защитного газа. Таким обра- эом, со стороны устройства задается постоянная осредненная скорость обдува термоэлемента 5 защитным газом. Изменения же скорости (пульсации) соответствуют измеряемым пульсациям, в акустической форме распространяющимся по трубке 1 истечения и регистрируемым после преобразования в электрический сигнал (ток или напряжение), снимаемый с термоэлемента 5. Причем на частотный диапазон регистрируемых пульсаций влияют месторасположение термоэлементе 5 в трубке 1 истечения и вид защитного газа. Так, если защитным газом является осушенный воздух, а термоэлемент 5 расположен на расстоянии не более 15 диаметров от приемного торца, устройством могут быть зарегистрированы пульсации статического давления в частотном диапазоне от 5 до 8-10 кГц. Нижняя граница частотного диапазона определяется запаздыванием передачи осредненного давления по тракту от приемной трубки 2 через усилитель 10 давления до трубки 1 истечения. При недостаточном демпфировании пульсаций в этом тракте перед регулятором 10 давления может быть установлен дополнительный демпфер (не показан).

На практике возникает необходимость измерения пульсаций давления не только относительно установившегося осредненного давления исследуемом потоке, но и на фоне медленно меняющегося (с характерным временем, соответствующим частотам, меньшим нижней границы регистрируемых пульсаций) осредненного давления. В таких случаях при изменении осредненного статического давления в исследуемом потоке изменяется и величина зазора между лекальным конусом 13 и шайбой 14 в регуляторе 10 в результате управляющего воздействия, оказываемого через приемную трубку 2 и пневмоусилитель 9.

Таким образом, в устройстве реализуется новый уровень давления при сохранении осредненной скорости обдува термоэлемента 5, относительно которого регистрируются изменения скорости, связанные с пульсациями давления в исследуемом потоке

Формула изобретения

Устройство для измерения давления высокотемпературном потоке, содержащее термоэлемент, включенный в измерительную схему с регистратором, источник защитного газа и трубку истечения защитного газа, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено приемной трубкой, пневмоусилителем и регулятором давления, причем приемная трубка подключена к пневмоусилителю давления, а регулятор давления выполнен в виде размещенного в корпусе полого упругого элемента, подсоединенного к выходу пневмоусилителя и жестко соединенного с лекальным конусом, размещенным в отверстии шайбы, разделяющей полость корпуса на две камеры, одна из которых подключена к источнику защитного газа, а другая - к трубке истечения защитного газа,

Ki

Лх - перемещение лекального конуса;

d, I - диаметр и длина трубки истечения;

d2-D2в которой размещен термоэлемент в виде диаметрально установленного стержня, снабженного держателями в виде электропроводящих полуколец, помещенных между концентрическими электроизоляци- 5 cl(A x). D - текущий диаметр лекального онными втулками, при этом внутренняя по- конуса и диаметр шайбы; верхность трубки истечения покрыта поглощающим тепловое излучение покрытием, а профиль лекального конуса выпол-р0 - давление в источнике защитного нен согласно соотношению 10 газа;

Ах эффективная площадь упругого

элемента;

А - коэффициент гидравлического сопротивления трубки истечения; 15 KI - жесткость упругого элемента;

у - показатель адиабаты защитного газа;

М - число Маха потока газа в трубке истечения;

20 ft - коэффициент расхода пневмосопро- тивления, образованного лекальным конусом и шайбой;

К - коэффициент усиления пневмоуси- лителя давления. 25

где ci 1-с2Дх/р0(5 °6 2-icT

(1 -сз) +сз) с2-1/ К-{1-сз)/(И-сз);

1 I сз-А-з--1- - -

сц

ОТ

ЛМ.

Ki

Лх - перемещение лекального кону cl(A x). D - текущий диаметр лекального уса и диаметр шайбы; р0 - давление в источнике защитного ;

са;

кону газа

d, I - диаметр и длина трубки истече cl(A x). D - текущий диаметр лекального уса и диаметр шайбы; р0 - давление в источнике защитного ;

ния;

cl конус газа;

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения давления в высокотемпературном потоке. Целью изобретения является повышение точности Устройство содержит приемную трубку 2, трубку 1 истечения защитного газа, в которой установлен термоэлемент 5. Трубка 1 подсоединена через регулятор 10 давления к источнику 17 защитного газа. Регулятор 10 управляется сигналом от пневмоусилителяЭ, подключенного к т рубке 2. Термоэлемент 5 находится в потоке защитного газа, скорость истечения которого регулируется регулятором 10 пропорционально давлению измеряемой среды. По выходному сигналу, снимаемому с термоэлемента 5. судят об измеряемом давлении, 1 ил. 2 3 fe vl СЛ 8 vj ч Фм.1

А-А

Фиг. I