Способ определения температуры газа и частиц в рабочем теле мгд-генератора

 

СПОСОБ GHPEflEJIEHIiH ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА И ЧАСТЩ В РАБОЧЕМ ТЕЛЕ МГД-ГЕНЕРАТОРА, заключающийся в том, что измеряют интенсивность излучения источника сравнения ф (Л), интенсивность излучения рабочего тела (Ai), интенсивность излучения рабочего тела , просвечиваемого излучением источника сравнения ° крайней мере на двух длинах волн Д и Д, одна из которых i расположена в области резонансной линии щелочного металла, отличающийся тем, что, с . целью повышения точности -измерения температуры газа и частиц, длину волны 2. выбирают так, что она отстоит от Я на расстоянии, определяемым соотношением: i 19 5, Г(Л, ля. мин где р - давление продуктов сгорания , атм; приближенное значение минимально возможной температуры рабочего тела МГД-генератора, % - мольное содержание атомов щелочного металла с резонансной линией на А - глубина излучателя, см; (/12) - допустимая оптическая плотность на 7 ; - атомарный фойхтовский коэффициент поглощения (см) на расстоянии ЛЛФ от центра линии, (Л где фойхтовский контур переходит в степенной с показателем степени (-х), причем при проведении измерений на длинах волн Д и Л из последовательности сигналов Ф() ,2.ч) , Ф,() при требуемой погрешности К(%) вы00 00 00 О5 бирают лишь те группы, которые удовлетворяют соотношению (ЛО tli/l ( ( ф,)(МР jHi8o U iVctKC j 1 где К - коэффициент, определяющий величины дробового эффекта в фотоприемнике с размерностью, равной размер .ности Ф,(Л): MctKc приближенное значе;ние макср1мально розможной температуры рабочего тела МГДгенератора , - длины ВОЛН, мкм.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„888671

4(st) 6 01 Л 5/52

GflMCAHNE ИЗОБРЕТЕНИЯ где

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

119 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРИТИЙ (21) 2915901/18-25 (22) 14.05.80 (46) 23,03.85. Бюл. й- 11 (72) И.А. Васильева и А.С. Уринсон (71) Институт высоких температур

АН СССР (53) 536.35(088.8) (56) 1. Кадьш1евич А.Е. Измерение температуры пламени. M., "Наука", 1961, с. 85, 2. Лицки Я. Разработка :. "емы для измерения температуры в двухфазной струе пропуктов сгораемой угольной пыли. В сб.: МГД-электростанции на твердом топливе. Под ред. Шумяцкого Б.Я. ЦВТ, АН СССР, 1979, с. 132 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗА И ЧАСТИЦ В РАБОЧЕМ ТЕЛЕ

МГД-ГЕНЕРАТОРА, заключающийся в том, что измеряют интенсивность излучения источника сравнения ф (1„), интенсивность излучения рабочего тела Ф (),,интенсивность излучения рабочего тела, просвечиваемого излучением источника сравнения Ф (it„-) по крайней мере на двух длинах волн it и Д, одна из которых Х, расположена в области резонансной линии щелочного металла, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры газа и частиц, длину волны 1 выбирают так, что она отстоит от В„ на расстоянии, определяемым соотношением: — давление продуктов сгорания, атм;

Т „„ — приближенное значение минимально возможной температуры рабочего тела МГД-генератора, К; J X — мольное содержание атомов щелочного металла с резонансной линией на Ь вЂ” глубина излучателя, см;

Y(7I ) — допустимая оптическая плотность на и

x, Dh Ф вЂ” атомарный фойхтовский коэффициент поглощения (см ) на расстоянии А Ф от центра линии, где фойхтовский контур переходит в степенной с показателем степени (-х), причем при проведении измерений на длинах волн „ и hg из последовательности сигналов Ф (h ) и Ф (), Ф (А ) при требуемой погрешности К(7) выбирают лишь те группы, которые удов- О© летворяют соотношению

ОО

Ф р.)-ф,<ч ОО

Ф,(Р, I+ Ф (Ц.S,Ð,. Ф„(ь;1 фф,)- ф (; )

445В0 2 0 к

31 мОкс где 1t — коэффициент, определяющии величины дробового эффекта в фотоприемнике с размерностью, равной размер.ности Ф,(Л;);

Т „ — приближенное значение максимально озможной температуры рабочего тела МГД" генератора, K

Ъ; — длины волн, мкм.

4 88867

Изобретение относится к измери тельной технике и может быть использовано для измерения температуры про" дуктов сгорания рабочего тела МГДгенератора.

Известен способ определения температуры продуктов сгорания методом обращения спектральных линий (1j, При определении температуры газа этим методом измеряют три световых потока в области спектральной линии, характеризующей излучение газа: интенсивность излучения источника сравнения Ф,(I;) с известной температурой ТЗ. интенсивность излучения про- 15 дуктов or Îðàíèÿ ф (3 ) интенсивнОсть

9 излучения продуктов сгорания и просвечиваемого излучением источника сраьнения ф (Д;) для соответствующей з длины волны A (1 1 2, а

С помощью этих трех величин можно определить температуру чисто газообразных продуктов сгорания, Однако, если в продуктах сгорания имеются твердые или жидкие частицы.„. то данным., способом определить температуру газа и частиц нельзя. Наиболее близким к изобретению является способ Определения газа и частиц в рабочем теле И Д-:: енератора, Щ заключающийся в том ч TQ из (- Qp HB2T и ктенсивность излучения Ф„(;), Ф (;), ф (4 ) на разных длинах волн .„ и

1 при этом (, — длина волны, характерная для резонансной линии калия. а >., выбирают так, чтобы излучение на этой длине волны было связа,о только с частицами (2).

Однако измерение температуры газа и частиц ведется с неконтролируемой в процессе опытов случайной приборной погрешностью, Если при измерениях в стационарной среде эту погрешность можно уменьшить увеличением числа измерений, то при исследовании нестационарного рабочего тела МГД-генератора этого сделать нельзя, когда характерное время измерения рабочего тела в МГД-генераторе сравнимо со временем мекцу получением двух последовательных групп сигналов Ф (il,), Ф ), Ф (1;), по которым рассчитывается температура.

Нет критерия, который опред:- Нет количественно расстояние между длинами волн h>,h . Такой критерий необходим так как резонансные линии щелочных металлов в МГД-генераторах обладают широкими крыльями и есть

1 3

ОпасФость при выборе Л2, Опирающемся лишь на знание расположения соседних спектральных линий, остаться на крыле линии и получить сведения о температуре частиц с большой неконтролируемой погрешностью.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения температуры газа и частиц в рабочем теле МГДгенератора, заключающемся в том, что измеряют иитенсивность излучения источника сравнения Ф (1; }, интенсивность излучения рабочего тела ф (Я;), интенсивность излучения рабочего те=.à, просвечиваемого излучением источ-. ника сравнения ф,(h ), по крайней

3 с мере на двух длинах волн 3, и h, одна из которых 1„ расположена в ооласти резонансной линии щелочного металла, длину волны 3, выбирают так, что она . отстоит от й„ на расстоянии, определяемым соотношением; где p — - Давление продуктов сгорания aTM приближ- нное значение мичак ни.:ально возможной температуры рабочего тела ИГДе генератора„ К; — молярное содержание атомов щело ьного металла с резонанснОй линией на 4,; глубина излучателя, см;

Ю вЂ” допустимая Оптическая плотность линии на

,dh > — атомарный фойхтовский коэффициент гorлощечия (см ) на расстоянии d?j от центф ра линии, где фойхтовский контур переходит в степенной с показателем степени (--.), причем лри проведении измерений на длинах волн,1 и Дг из последовательности групп сйгналов ф (h ), Ф (), ф (), ) лри заданной погрешности К выЬ бирают лишь те группы„ которые удовлетворяют соотношению

1 "(ь0 2

i " макс I

888671 где „ — коэффициент, определяющий величину дрооового эффекта в фотоприемнике с размерностью, равной размерности

Ф„(;);

Т „ — приближенное значение максимально возможной температуры рабочего тела ИГД-генератора, К;

- длины волн, мкм. 10

Таким образом, имея возможность вводить и использовать в способе два количественных критерия, определяющи качество и пригодность каждого произведенного измерения на выбранной длине волны и расс" îÿíèå между длинами волн A„ v 3 2, можно провести определение температуры рабочего тела МГД-генератора с заданной точностью;

Критерий, определяющий качество произведенных измерений„ может, быть получен из анализа случайных приборных погрешностей устройства для измерения температуры. Приемным элементом устройств, измеряющим чнтенсивнос з .является фотоприемник, величина случайных приборных погрешностей при этом определяется, главным образом, дробовым эффектом фотоприемника. .учитывая это, можно записать выражекиЕ приборной относительной случайной погрешности в измерении температуры в спедующем виде

X X,hay х где дД вЂ” расстояние длины волны

1 ст центра спектральной ли15 нии „лВФ вЂ” атомарный фойхтовский коэффициент поглощения на расстоянии где фойхтовский контур переходит в степенной с показателем степе20 ни (-x). Выражая концентрацию атомов через давление газовой смеси (р) и мольное процентное содержание щелочных а мов > Е, а также задавая максимально допустимую величину оптичес25 кой плотности на крыле (3 ), полуг чаем необходимое соотношение для вы-, бора расстояния между Л и В ()

1 к

40 (I

Этот эффект может быть определен экспериментально или рассчитан поизвестным соотношениям. Если приемлемая погрешность задана величиной К,45 то из {1) получаем условие пригодное †. ти измерения, накладываемое на сиг(1(1} 2 11 3 1}) 1 (Ä"," } ()

Критерий, опр еделяющий минимальное расстояние между длинами волн 3. и

2 может быть получен из условия доста Ф }-9)(h,}I2 (2 1 налы 4 1 (h,), 2(, „), i,(; ) . ((ф Р.}- (S.j 2

Ф2Р, }- Ф,Р,}4;(,) 2 10 К (х точно малой оптической плотности линии на ее крыпе. Оптическая -плотность — есть произведение концентрации атомов толщины излучающего слоя е и атомарного коэффициента поглощения м„, зависимость которого от длины волны исследована экспериментально и может быть представлена в виде

Здесь Т, — приближенное значение минимально возможной температуры в

МГД-генераторе, К

Таким образом, при измерении с заранее =,аданной требуемо= точностью температуры нестационарного рабочего тела ИГД-генератбра с произвольной .щелочной добавкой и при наличии час тиц длина волны,, на которой ведется измерение, должна быть выбрана в области резонансной линии щелочного металла, другая длина волны должна отстоять ст Л. на величину, определяемую неравенством (3), а пригодность каждой группы сигналов Ф (В )

1 ф (,Д. ), Ф,() . ) для измер ения температуры должна быть проверена с помощью соотношения (2). Если неравенство (2) не выполняется, соответствующая группа сигналов должна быть отброшена.

Иа черт же изображена функциональная схема устройс".ва для измерения температуры газа в МГД-генераторе

1 работающем на проду:;тах сгорания уг;.я.

Устройство содержит основной источник сравнения 1, просвечивающий

Т а бл и и " "1

В (и.змереиия иа,« = 5890 Л) «

Ф П ««ост« оК

РИI Gi«

)(7 5

7 8

2600

2560

8,0 1,5

16,0 2,7

10 15,7

4 0

15,3

2790

28?О

6,5 плазму, H опОрный 2, кОторый п03ВОлЯет следить за изменением чувствите««ьности фотоэлектронного умножителя вследствие изменения внешних магнитных полей, нестабильности источника 5 питания и утомляемости фатокатода, Питание источников сравнения,осуществляется от стабилизированных блоков питания 3, Излучение от основного источника сравнения направляется с помощью линзы 4 чере" защитное стек o

5 па объект измерения температуры 6.

При измерении температуры в МГД вЂ генераторе используется квазипараллельн««й пучок света, При этом нить исто-«- 15 ника сравнения устанавливается в фокусе линзы 4. Лииза 7 фокусирует измерение от плазмы иа входную щель 8 манохроматара 9, используемого для выделения излучения в узком сиект" И ральнам интервале. Излучение от опорБОГО истО -«lгика с ИОмащью линзы 1 0 и призмы 1! направляется на кубпризму с полупрозрачной диагональю 12 и далее поступает на входную щель манохроматора. На выходе монахраматора установлен фотоэлектронный преобразователь 1. . В данной схеме используется временное разделение световых потоков, которое обес«1ечивается мо- 3(« дуляторами: основным 14 и вспомогательным 15» Сиифазное вращение моторов модуляторов осуществляется специальным блокам 16. С выхода преобразователя 13 ." -:гналы через змиттер- З5 ный повторитель «7 11Одаются в измеpFI— тельный блок 18 где происход««т иреОбрйзагзание зле« ;тр. Iческих сиГ«lала«1, с. 3crTBH ТРИ СИГ«1сЛЯ ПРОПО«РЦ5«а««НЛЬ««Ь«Х потоку излучсния 1«лазмь«, источника qg сравнения и суммарному потоку излучения плазмы и лампы поступают па вход вьв ислител«и«ай машины (ЗВМ) 19.

К выходу ЭВМ 19 1одключеil Jiат:«ик 20, установленный на монохраматаре и дающий сигнал, пропорциональный измеряемой длине волны 7«;.

Настройка монохроматора на разные участки спектра производится поворотом его диСпергирующей системы мотором 21 от ЗВМ в соответствии введенной в нее программой через тиристорный блок 22. Результаты расчета температуры газа представляются на дисплей 23.

Основные условия опытов: Р=1 атм;

Т -300 К 3000 К, мольно содержание калия 17, толщина излучателя = 20 см.

В устройстве применяется фатопри.емник. Экспериментально измеренный коэффициент дробнага эффекта в использованной схеме нагружеиия фотоприемника определяется величиной

К„=-2 мВ.

Измерение температуры велось в области резонансной линии натрия, о

=5890 Л 0,59 мкм. Величина определялась па соотношению (3), Содержание атомОв натрия ио Отношению к содержанию атомов калия, как показывают специальны Опыты с техническим поташом, составляет не более

0,05, поэтому — 0,057.. Пользуясь известными данными, получаем Ы, =10 А, x=1.2, В соответствии с формулами для файKToHcKoI" o Ko«lT <3 находим,, 1 0 и=

2 .=-2 10 см - . Наконец, положив (!I )»«

»0, 1. па соотно«««еиию (3) находим ч о

I >! — A J 7 21 А. Выбира«от,,т —— 5860 А.

В табл, 1 и 2 приведены некоторые данные по измсреииям на длинах волн

",11 и ««, В первых трех столб «ах при-ведены сигналы Ф,(7«i) Ф (,,„), Ф (1;).

В четвертом — комбинация сиг««алов. вхадлпая в левую часть неравенства(2), 888671

Продолжение табл.1

4,0

9,5 7,9

8 3,7

4,0

2740

2660 (Ф„(я;) ф (л) Ф (л;)

Таблица2,д (измерения на Ъг= 5860 А) I

1 ф,(а.,) ф,(л;) 1(7i, ) 3,2

0,9

2470

3,2

0,8

3,4

2440

3,2

1,0

3,5

2450

3,2

0,6

2370

3,2

2370 фг(Л1) фг (л1) Требуемая погрешность измерения температуры газа составляет К=1,5X) а измерения температуры частиц—

К ЗХ. Рассчитаем при 3, допустимую величину правой части неравенства (2). Она составляет 7,5 при h . Аналогично прн 11 вЕличина равна 30, Сопоставление с этими величинами значений четвертого столбца дает оценку пригодности измеренных сигналов для определения температуры газа с требуемой точностью.

В программу вычислительной машины 4 включены оценка пригодности по соотношению (2), поэтому расчет температуры произведен во всех случаях, эа исключением строк 3,4 таблицы 1, в которых группы, сигналов на длине волны A„ не пригодны для определения температуры газа с требуемой точкостью. В шестом столбце приведены температуры, рассчитанные по известной формуле обращенного метода обращения дт ф (.) т- - -e. ( z

Ф Пригодность 30 Т частиц, К где Т = 2373"К.

С = 1,4387.10 м град.

Затем вычислительная машина вводит поправку на отличие измеренной надлине волны М температуры T

z частиц на измерении на длине волны 3-, I

Известное соотношение для поправки введены в ЭВМ в следующем виде:

31 Ф1 т2=Т,р, 1 е («ы) с,где ф„(Л2) Фарг) ф2(Лг) Еи ь(г) фг(г) t,(„) фаей ) Ф1() ф1(Л.) Ф2(В,) ф (Д l Ô(Ä )-Ф Р ) ф (1 )

Так как поправка обычно невелика, в расчете используются средние значеСоставитель Н. Ананьева

Текред С.Мигунова Корректор М. Розман

Редактор П.Горькова

Закаэ1686/3

Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д, ч/5

Филиал ППП нПатент1, r. Ужгород, ул. Проектная, 9 88867 ния Ф,(4<) 3,2 В Ф ф (h } )a3,5 В. В седьмом столбце э табл. 1;приведены окончательные значения температуры газа.

Использование способа определения 5 температуры с заданной заранее точностью дает воэможность надежно оп- тимизировать процесс работы сгорания, экономить топливо на МГД-электростанций, повысить эффективность преобразования тепловой энергии в электрическую,