Устройство для измерения температуры газовых потоков

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов в газодинамике. Устройство содержит термопару в металлическом корпусе, рабочий спай которой расположен внутри защитного наконечника, выступающего за пределы корпуса. Выступающая за пределы корпуса часть термопары выполнена в виде металлической трубки диаметром d, заканчивающейся уплощенной лопаткой, торец которой является рабочим термоспаем, металлическая трубка имеет уменьшающийся в сторону уплощенной лопатки диаметр, равный 0,4÷0,5 d, а уплощенная лопатка имеет следующие размеры: длина 0,3÷0,4 d, ширина 0,7÷0,8 d, толщина 0,1÷0,2 d, при этом в металлической трубке размещены термопровода, изолированные друг от друга и от трубки, переходящей в уплощенную лопатку, и имеющие диаметр, уменьшающийся пропорционально уменьшению диаметра трубки и сохраняющийся постоянным внутри уплощенной лопатки, защитный наконечник выполнен металлическим и перфорированным. Технический результат - повышение быстродействия устройства при сохранении его механической прочности и устойчивости к газодинамическим нагрузкам измеряемого потока. 1 ил.

 

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов в газодинамике.

Известны устройства с высокотемпературными термопарами, способными без возобновления рабочего термоспая обеспечивать с допустимой погрешностью многократные измерения температуры среды до 1500-1600°С, которая обладает высоким механическим воздействием на термопару, если они будут снабжены защитными наконечниками (Данишевский Д.С., Сведе-Швец Н.И. Высокотемпературные термопары. М.: Металлургия, 1977, с.117 - 120).

Однако известные устройства, хотя и обеспечивают защиту термопары от механических воздействий среды за счет введения защитных наконечников, но обладают невысоким быстродействием, т.к. введение защитных наконечников приводит к снижению теплообмена между термопарой и средой, температура которой подлежит измерению.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, описанное в патенте РФ №2117265, кл. G01K 7/04, 1998 г.

Данное устройство представляет собой металлический блок, выполненный в виде соединенного с корпусом цилиндра с глухим продольным осевым каналом, в котором размещен рабочий спай термопары с защитным керамическим наконечником. Часть цилиндра выполнена выступающей за пределы корпуса. На его поверхности на расстоянии 0,3-0,4 ее длины от наружного торца цилиндра выполнена проточка. Конструкция устройства позволяет уменьшить теплоотвод от рабочего спая термопары к водоохлаждаемому корпусу, повысить механическую жесткость металлического блока, находящегося под воздействием высокой температуры и силы тяжести.

Однако анализ прототипа выявляет существенный недостаток, который заключается в низком его быстродействии. Указанное обусловлено наличием керамического наконечника с низким коэффициентом теплопередачи от среды к термопаре, массивностью конструкции самой термопары и, соответственно, повышенной теплоемкостью и тепловой инерцией.

Ожидаемым техническим результатом настоящего изобретения является повышение быстродействия устройства.

Сформулированный результат достигается тем, что в устройстве для измерения температуры газовых потоков, содержащем термопару в металлическом корпусе, рабочий спай которой расположен внутри защитного наконечника, выступающего за пределы корпуса, отличающемся тем, что выступающая за пределы корпуса часть термопары выполнена в виде металлической трубки диаметром d, заканчивающейся уплощенной лопаткой, торец которой является термоспаем, металлическая трубка имеет уменьшающийся в сторону уплощенной лопатки диаметр, равный 0,4÷0,5 d непосредственно перед лопаткой, а уплощенная лопатка имеет следующие размеры: длина 0,3÷0,4 d, ширина 0,7÷0,8 d, толщина 0,1÷0,2 d, при этом внутри металлической трубки размещены термопроводы, изолированные друг от друга и от трубки, переходящей в уплощенную лопатку, и имеющие диаметр, уменьшающийся пропорционально уменьшению диаметра трубки и сохраняющийся постоянным внутри уплощенной лопатки, защитный наконечник выполнен металлическим и перфорированным.

На чертеже изображен общий вид устройства в разрезе.

Устройство для измерения температуры газовых потоков содержит металлический корпус 1 термопары, защитный наконечник 2, металлическую трубку 3 диаметром d, выполненную из жаропрочного материала, обладающего стойкостью к высокотемпературной агрессивной среде и динамическим механическим нагрузкам (например из сплава ХН67МВТЮ), и лопатку 4. В торце лопатки 4 расположен рабочий термоспай 5. Трубка 3 выполнена таким образом, что на выходе из металлического корпуса 1 имеет уменьшающийся диаметр до 0,4÷0,5 d и далее переходит в уплощенную лопатку с длиной 0,3÷0,4 d, шириной 0,7÷0,8 d и толщиной 0,1÷0,2 d. Уменьшение диаметра трубки 3 до 0,4÷0,5 d обеспечивает снижение теплоемкости термопары и, как следствие, увеличение скорости теплопередачи от среды к рабочему термоспаю 5. Дополнительное увеличение коэффициента теплопередачи достигается за счет аэродинамического торможения на плоской части лопатки 4. Однако дальнейшее уменьшение диаметра трубки 3, а также увеличение площади лопатки 4 приводит к недопустимому снижению прочности конструкции Экспериментально установлено, что стабильная работа устройства достигается при вышеуказанных размерах.

Термопровода в области уменьшающегося диаметра, а также в области лопатки 4 выполнены таким образом, что имеют диаметр, уменьшающийся пропорционально уменьшению диаметра трубки 3 и далее сохраняющийся постоянным внутри уплощенной лопатки 4. Термопровода внутри трубки 3 и лопатки 4 изолированы между собой и от трубки 3 с помощью порошкового изолятора.

Устройство работает следующим образом. Устройство устанавливается в газоходе 6 с помощью накидной гайки 7 таким образом, что лопатка 4 плоской частью располагается поперек направления газового потока. Рабочий термоспай 5 термопары, расположенный в торце лопатки 4, воспринимает температуру газового потока и формирует электрический потенциал, пропорциональный измеряемой температуре.

Указанное исполнение трубки 3 и лопатки 4, которые выступают за пределы корпуса 1, обуславливает пониженную термическую инерцию конструкции в сочетании с механической прочностью. Пониженная термическая инерция конструкции позволяет обеспечить измерение температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов в газоходе 6. Дополнительное повышение быстродействия достигается за счет установки плоской части лопатки 4 поперек газового потока, что приводит к повышению теплопередачи от среды к рабочему термоспаю за счет его аэродинамического торможения на лопатке 4 и улучшения теплообмена между ними.

Для предотвращения излишних механических нагрузок на выступающую часть трубки 3 и лопатку 4 от воздействия скоростного напора газовой среды служит перфорированный металлический наконечник 2.

Устройство для измерения температуры газовых потоков, содержащее термопару в металлическом корпусе, рабочий спай которой расположен внутри защитного наконечника, выступающего за пределы корпуса, отличающееся тем, что выступающая за пределы корпуса часть термопары выполнена в виде металлической трубки диаметром d, заканчивающейся уплощенной лопаткой, торец которой является термоспаем, металлическая трубка имеет уменьшающийся в сторону уплощенной лопатки диаметр, равный 0,4÷0,5 d непосредственно перед лопаткой, а уплощенная лопатка имеет следующие размеры: длина 0,3÷0,4 d, ширина 0,7÷0,8 d, толщина 0,1÷0,2 d, при этом внутри металлической трубки размещены термопроводы, изолированные друг от друга и от трубки, переходящей в уплощенную лопатку, и имеющие диаметр, уменьшающийся пропорционально уменьшению диаметра трубки и сохраняющийся постоянным внутри уплощенной лопатки, защитный наконечник выполнен металлическим и перфорированным.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к передатчикам параметров процесса, используемым в системах управления технологическими процессами и мониторинга. Передатчик (10) параметров процесса для измерения температуры производственного процесса включает в себя первый электрический соединитель (1), сконфигурированный с возможностью соединения с первым проводом термопары, при этом первый электрический соединитель (1) включает в себя первый электрод (1A) и второй электрод (1B).

Изобретение относится к технике измерения физической температуры объекта с помощью термопары и может быть использовано в области температурных измерений с использованием термопар, в частности, в литейном производстве для определения скоростей охлаждения различных зон слитка при кристаллизации или закалке.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для проведения длительного и непрерывного измерения температуры газовой или жидкой среды, в том числе агрессивной, а также при отсутствии возможности периодической поверки или замены измерительной части устройства.

Предлагаемое изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в процессе теплоизмерений. Заявлен цифровой измеритель температуры, содержащий источник 1 опорного напряжения, соединенный своим выходом с переключателем 2, выходы которого соединены через датчик 3 температуры и цифроуправляемое сопротивление (ЦУС) 4 с входами усилителей 5 и 6 постоянного тока.

Изобретение относится к области термического анализа и может быть использовано для определения фазовых переходов извлеченной из стального расплава пробы. Заявлен погружной зонд, имеющий погружной конец измерительной головки, в которой расположены имеющая впускной канал пробоотборная камера и выступающая своим горячим спаем в пробоотборную камеру термопара, которая имеет кабельный ввод для сигнальных кабелей термопары.

Изобретение относится к взрывозащищенным головкам датчиков температуры. Головка состоит из коробки в форме эллиптического цилиндра со скосом сверху под углом к ее оси, совпадающей с осью цилиндра с отверстием.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано в системах контроля технологических процессов. .

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в термометрии. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для одновременного измерения в заданном участке температуры, теплового потока и давления. .

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано при тепловых испытаниях конструкций для определения их поверхностных температурных полей. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к измерителям уровня путем измерения емкости конденсаторов, и предназначено для измерения температуры и уровня продукта, заполняющего хранилище.

Изобретение относится к области авиации и может быть использовано для корректировки температурных параметров в турбореактивном двигателе летательного аппарата.

Изобретение относится к области термостатического регулирования и может быть использовано при изготовлении водоразборных кранов-смесителей. Заявлен патрон (1), содержащий термостатический элемент (72), который подвергается тепловому воздействию со стороны смеси холодной текучей среды и горячей текучей среды, который механически связан с заслонкой регулирования (70) и который перемещается при помощи единственной рукоятки (50) управления расходом и температурой этой смеси.

Изобретение относится к области авиации и может быть использовано для оценки температурных параметров в турбореактивном двигателе летательного аппарата. Заявленный способ оценивания по изобретению содержит этап цифрового моделирования температуры потока с помощью моделированного сигнала (T1) и этап коррекции этого моделированного сигнала с помощью сигнала (T2) ошибки.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температуры газов автотранспортных средств. Заявлен температурный датчик, содержащий термочувствительный элемент (3), периферический кожух (7) с закрытым концом (9), в котором находится термочувствительный элемент (3).

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения температуры газа в рабочей полости роторной машины. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуры среды в замкнутом канале, в частности теплоносителя в трубах систем отопления.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости потока однородных или гомогенных жидкостей или газов. .

Изобретение относится к энергетике, в частности к модулируемым атмосферным газовым горелкам с автоматическим корректором мощности, и может быть использовано в газогорелочных устройствах паровых и водогрейных котлов наружного и внутреннего размещения.

Изобретение относится к области дистанционного измерения высоких температур газов и может быть применено для экспериментальных исследований рабочего процесса силовых установок. Согласно заявленному способу при спектрометрическом измерении средней температуры слоя газа заданной толщины, содержащего поглотитель, измеряют спектр излучения от слоя газа заданной толщины. Парциальное давление поглотителя измеряют по меньшей мере в двух сечениях слоя газа заданной толщины в направлении линии измерения спектра излучения. По усредненному значению парциального давления судят о распределении поглотителя в слое газа заданной толщины. Вычисляют зависимость волнового числа поглотителя W в слое газа заданной толщины от температуры газа W=f(T). Среднюю температуру слоя газа заданной толщины определяют по точке пересечения линии, отображающей зависимость волнового числа поглотителя в слое газа заданной толщины от температуры газа в системе координат mV и Т, с линией, полученной по результатам измерения спектра излучения от слоя газа заданной толщины в системе координат mV и Т. Технический результат - повышение точности определения средней температуры слоя газа заданной толщины. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов в газодинамике. Устройство содержит термопару в металлическом корпусе, рабочий спай которой расположен внутри защитного наконечника, выступающего за пределы корпуса. Выступающая за пределы корпуса часть термопары выполнена в виде металлической трубки диаметром d, заканчивающейся уплощенной лопаткой, торец которой является рабочим термоспаем, металлическая трубка имеет уменьшающийся в сторону уплощенной лопатки диаметр, равный 0,4÷0,5 d, а уплощенная лопатка имеет следующие размеры: длина 0,3÷0,4 d, ширина 0,7÷0,8 d, толщина 0,1÷0,2 d, при этом в металлической трубке размещены термопровода, изолированные друг от друга и от трубки, переходящей в уплощенную лопатку, и имеющие диаметр, уменьшающийся пропорционально уменьшению диаметра трубки и сохраняющийся постоянным внутри уплощенной лопатки, защитный наконечник выполнен металлическим и перфорированным. Технический результат - повышение быстродействия устройства при сохранении его механической прочности и устойчивости к газодинамическим нагрузкам измеряемого потока. 1 ил.

Наверх