Способ измерения температур газовых потоков Советский патент 1977 года по МПК G01K13/02 

Изобретение касается измерения высоких температур газовых потоков при испытаниях силовых установок летательпых 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 Д Тд Т - Т определяется выражением: (-v) (1) Тр-т,Погрешность,вызванная кондустивным теплообменом, ДТ определяется выражением: где : Tf - температура газа; TX - температура термодатчика; TCT - температура окружающих стенок, воспринимающих тепловое излучение термодатчика; 5 10 15 20 25 Тз - температура зажима, в котором закреплен корпус термодатчика; G - постоянная излучения абсолютно черного тела; - относительный коэффициент излучения чувствительного элемента термодатчика; а - коэффициент теплопередачи от газа к тфмодатчику; Е - глубина погружения чувствительного злемента термодатчика в газовый поток; U;S - периметр и поперечное сечение корпуса термодатчика, по которому отводится тепло к зажиму; X - 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,Т,тиТз. Известны методы уменьшения этих погрешностей измерения путем подогрева термодатчика от дополнительного источника тепла 1 . Наиболее близким к предлагаемому способу является способ измерения высоких температур газовых потоков, состоящий в измерении температуры газов 1х потоков контактньпи термодатчиком путём подогрева его от дополнительного источника знерпш. (достатком указанного способа является сложность градуировки и расчетов, н: позволяющих полностью исключить зти погреишостн измерений. С целью полного исключения погрешностей измерения температур, вызванных лучистым и кондуктивным теплообменом чувствительного элемента контактного термодатчика с окружающими предметами. По предложенному способу термодатчик подогревают до температуры заведомо выше температуры газового потока, одновременно измеряя изменение его температуры, затем охлаждают термодатчик отключением дополнительного щеточника 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; dJz где и соответственно скорости Q С1 L измерения наиденных 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. При вьшолнении этого условия найденные значения температур термодатчика равны истинной температуре газа. Способ основан на решерши 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 г, на оси ординат отложена температура термодатчика. Участок 1 -f2 -3 представляет кривую температуры термодатчика в процессе подогрева после подключения к нему дополнительного источника энергии постоянной мощности. Участок з- -t- 5представляет кривую температуры термодатчика в процессе охлаждения после отключения дополнительного источника энергии. Пунктиром показана температура газа Тг. Участок TQ-I представляет собой установившуюся температуру термодатчика до включения дополнительного источника энергии. В точках 2,4 температура термодатчика равна температуре газа. Уравнение теплового баланса в процессе подогрева на участке 1 -2имеет следуюший вид: P5r dFCVT)() ATns()tiiedr- CGd T,(3) Уравнение теплового баланса в процессе охлаждения на участке 4 -5 имеет следующий вид: Г((,5(..)tiiedfr-cGdT, где;Р - мощность энергии, подведенной к термодатчику от дополнительного источника энергии; F - поверхность термодатчика V ТТ С и G - удельная теплоемкость и вес термодатчика. В момент времени TI - Гг (точки 2 и 4) на кривых подогрева и охлаждения термодатчика и его температура равна температуре газа Т подогрева Тохл. Тг. В эти моменты времени уравнения теплового баланса принимают следуюпщй вид: подогрева рат-б- Г()аТчД тле thedr-t-CQdT,(6) охлаждения (TfiF (,.)с Г+Д7п& ( .j() первый и второй члены в правой части уравнения (6) соответственно равны первому и второму члену в правой части уравнения (7). Вычтя уравнение (7) из уравнения (6), получаем:PdT cer(.j) Таким образом, найдя равные значения температур термодатчика в процессе его подогрева и хлаждения, сумма производных которых равна астному от деления мощности подведенной энерии к термодатчику на его теплоемкость, находим емпературу газа. На фиг. 2 изображено устройство, поясняющее редлагаемый способ при ручной обработке резульатов измерений. В этом устройстве термодатчик 1 подогревается сточником 2 электрического тока. Температура ермодатчика регистрируется записывающим приором 3. Подведенная мощность определяется прозведением величины тока, измеряемого амперметом 4, на падение напряжения на термодатчике, змеряемого вольтметром 5. Источник тока подлючается к термодатчику ключом 6, регулируется ок (мощность) реостатом 7.

Устойство работает следующим образом .

К термодатчику 1, погруженному в газовый поток, температура которого подлежит измерению, присоединяется записывающий прибор. Затем при установившихся показаниях термодатчика к нему подключают источник тока 2 и отсчитьшают показания амперметра 4 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. CG

Формула изобретения

Способ измерения температур газовых потоков контактным термодатчиком путем подогрева его от

,дополнительного источника знергии, отличающийся тем, .что, с целью уменьшения влияния лучистого и копдуктивного 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 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:

dT,

p

CQ dr

dT., (ЗТг

где и , соответственно скорости измерения найденных 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 при эксцертизе:

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

«2./