Устройство для измерения температуры поверхности нагретых тел

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) 4(51) С 01 К 7 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3502387/24-10 (22) 19.10.82 (46) 07.02.85. Вюл.М 5 (72) В.И.Еремин и Ю.Н.Фролов (53) 536.532(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 509796, кл. G Ol K 7/02, 1972. 2. Авторское свидетельство СССР

Ф 513271, кл. G 01 К 7/02, 1975 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕТЫХ

ТЕЛ, содержащее защитный кожух с теплоиэолирующим стаканом и размещенной в нем рабочей термопарой, 1138665 А отличающеесятем, что, с целью расширения диапазона измере" ний, 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 ра-. бочей и дифференциальной термопар расположены от торца защитного кожуха на расстояниях, находящихся в

:, соотношении I:.2:3 соответственно. Я

1138665

20

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

Известно устройство для измерения температуры внутри твердых тел, содержащее снаряд с термопарой, установленный внутри ствола и измерительный прибор. Для обеспечения измерения снаряд снабжен соединенными с термопарой контактными штырямн ° На конце ствола установлена втулка с ответными гнездами, к которым подведены провода от измерительного . прибора (lg .

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 крышке, придана форма клина со сферическим вырезом на конце и

40 сквозным отверстием вдоль продольной оси, а крышка снабжена круговыми выступами на наружной поверхности. При измерении температуры поверхности твердого тела, нагреваемого в индукционной печи, стакан и крышка изготовлены из ферромагнитного материапа, Это позволяет закрепить устройство на измеряемой поверхности при помощи электромагнитных сил. При измерении температуры плоской поверхности устройство устанавливается на ней круговыми выступами крышки. Электромагнитные силы, преодолевая усилие пружин, плотно прижимают устройство к измеряемой ! поверхности, обеспечивая надежный конт акт (2) .

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

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

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

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения температуры нагретых тел, содержащем защитный кожух с теплоиэолирующим стаканом и размещенной в нем рабо- чей термопарой, внутренняя цилиндрическая полость стакана выполнена диаметром, составляющим О,б-0,7 наружново 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, повышается 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 ока- зывать влияние температура стенок стакана.

Использование дифференциальной тармопары н устройстве, последова3 113 тельно включенной с рабочей термопарой, голько при соотношении расположения roрячих спаев над измеряемой поверхностью 1,0:2:3 осуществляет компенсацию перепада температуры между измеряемой поверхностью и местом расположения горячего спая рабочей термопары, тем самым повышается диапазон измеряемых температур и увеличивается точность устройства. f0

При увеличении соотношения расположения горячих спаев происходит завышение показаний устройства эа счет возрастания дифференциальной термопары, При уменьшении соотношения расположения горячих спаев прои-. зойдет занижение показаний устройст-ва за счет уменьшения показаний дифференциальной термопары.

На фиг.1 и 2 — устройство в двух 20 проекциях, разрез, на фиг.3 — вид А на фиг.1 „ на фиг.4 " вид Б на фиг,2.

8665 4 ный 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 иэ асбоцемента с внут- 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 иэ алюминия" H крепят с помощью вин-тового соединения к основанию 5.

Клеммы 7 изготавливают из латуни, они служат для соединения положительного термоэлектрода (хромеля1 рабочей термопары и одного иэ отрицательных термоэлектродов (алюмеля) дифференциальной термопары 2 с соответствующими удлинительными проводами 8, идущими к вторичному прибору устройства. Отрицательный термоэлектрод (алюмель) рабочей термопары 1 соединяют со вторым термоэлектродом (алюмелем) р.. фференциальной термопары 2, образуя при этом последовательное соединение рабочей и дифференциальной термопар или спаев О, g и Ъ соответственно. Ручку 9 изготавливают иэ текстолита и жестко крепят к -держателю. Она служит для ручного прижатия устройства к измеряемой поверхности. Горячий спай рабочей термопары ц располагают на расстоянии 0,5 мм от измеряемои поверхности. Тогда горячие спаи дифференциальной термопары и 6 располагают на расстояниях 1 мм и 1,5 мм соответственно от измеряемой поверхности.

Устройство содержит рабочую тер. мопару 1 последовательно соединен. 25 ную с дифференциальной термопарой 2, горячие спаи которых G о .и от теплообмена с окружающей средой ограждаются защитным кожухом 3 и поме, щены во внутренней цилиндрической полости Ь теппоизолирующего стакана

4, который прикреплен к основанию 5, держатель 6 соединен с основанием, на котором закреплены клеммы 7, от которых идут удлинительные провода,8, проходящие внутри ручки 9 к вторич- . 3g ному прибору.

Рабочая термопара 1 с горячим " спаем а представляет собой хромельалюмелевую или платинородий-платиновую термопару с диаметром термо- 40 электродов 0,2-0,5 мм. От гарячего спая 0 термоэлектроды рабочей термопары через отверстия в теплоизолирующем стакане 4 и.основания 5 выводятся к клеммам. Дифференциальная 45 термопара 2 представляет собой алюмель-хромель-алюмелевую термопару с двумя горячими спаями о и L . .Термоэлектроды дифференциальной термопары 2 также имеют диаметр 0,2-0,5мм 50 и выводятся к клеммам 7 через другую пару отверстий в теплоиэолнрующем стакане 4 и основании 5. Защитный кожух 3 с внутренним диаметром

30 мм изготавливают в виде трубы 55 толщиной 1 мм из нержавеющей стали и крепится к основанию 5, изготовленному из стеклотекстолита. ЗащитУстройство работает следующим образом.

К нагретому телу прикладывают устройство, которое защитным кожухом 3 контактирует с исследуемой поверхностью; При этом в месте расположения горячих спаев рабочей 1 и дифференциальной 2 термопар образуется замкнутый объем воздуха ограничен1 ный с одной стороны измеряемой поверхностью, а с другой боковыми стенками защитного кожуха 3 и внутренней полостью S теплоизолирующего стакана 4. При этом горячие спаи рабочей

g и дифференциальной о и Ь термопар расположены в изотермических плоскостях над измеряемой поверхностью

1138

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 температурЬ| до 500 С поверхности образцоо вой ст андар ты ой уст анов ки типа

УГТП-2 для поверки поверхностных термометров, имеющей точность установки температуры образцовой поверх- 10 ности около 0,3%. Термоэлектродвижущая сила ТЭДС), развиваемая рабочей хромель-алюмелевой термопарой, соответствует 450 С и складывается с

ТЗДС дифференциальной алюмель-хромель"алюмелевой термопары, соответ ствующей температуре 400 С-350 С-50 С, о о о.

Суммарная ТЭДС двух последовательно соединенных термопар, .рабочей и дифференциальной, соответствует темпе- щ ратуре 500 С,т.е. температуре,измеряе. мой образцовой поверхности Погрешность

0 измерения составляет 4 С в серии из 10 измерений при этой температуре.

Проведены испытания устройствапри измерении температуры поверхности до 1000 С цилиндрического вкладыО ша из жаропрочного никелевого сплава ЖС-6, нагретого в шахтной печи типа СШ011-1,6/12. Температуру поверх- ЗО ности вкладыша контролируют с помощью зачеканенной в исследуемую поверхность аттестованной платинородий-платиновой термопары 111 разряда.

ТЭДС, развиваемая рабочей термопарой 1, соответствует температуре

900 С и складывается с ТЭДС диффеО ренциальной термопары 2, соответствующей температуре 800 С-700 С=100;", О О О

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 ка9

665 6 честве вторичного прибора используют электронный автоматический потенциометр типа КСП-4, градуираво ки ХА со шкалой-1100 С. Методическая ошибка. измерений при проведении испытаний не превышает + l 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 теро мопара нагревается до температуры около 1300 С, а дифференциальная

1значительно ниже.

Инерционность устройства составляет не более 3 с, а время установ ления показаний (при 1 -ном недохо де стрелки электронного потенциометра) не превышает 9 с.

С помощью предлагаемого устройства в 2 раза расширяется диапазон 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 температуры

О значительно более низкой 1на 100 С о при t <0> =1000 ), ч ем те мпер атур а измеряемойй поверхности, Кроме того, устройство имеет стандартную ХА или ПП градуировку, что позволяет использовать его со стандартной вторичной пирометрической аппаратурой без переградуировки шкал приборов.

1138665

ИПИПИ Заказ 10677/31 Тираж 893 Пюдпкевое