Лекции Паро- и газотурбинные установки эксперимент (539880), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

t_x

С

Б

Рис. 1

t_г – “горячий” спай термопары; находится в среде, температуру которой измеряют;

t_x – “холодный” спай термопары; находится в среде с постоянной (известной) температурой;

А, Б – компенсационные провода;

В – измеритель термо э.д.с.

Термометры сопротивления.

Термометр сопротивления состоит из термопреобразователя сопротивления (медного или платинового) и измерительного прибора (измерительные мосты, магнитоэлектрические логометры, цифровые регистраторы). Принцип действия термопреобразователей сопротивления основан на изменении электрического сопротивления металлических проводников и полупроводниковых материалов в зависимости от температуры.

Преимуществом термопреобразователя сопротивления является высокая точность измерений, легкость осуществления автоматической записи и дистанционной передачи показаний. К недостаткам относится необходимость постороннего источника питания, нестабильность тарировочных характеристик.

Материалы, применяемые для изготовления обмотки металлических термопреобразователей, должны обладать:

- устойчивостью при нагревании

- стойкостью против коррозии

- высоким, постоянным коэффициентом электрического сопротивления, дающим высокую чувствительность прибора и линейную зависимость сопротивления от температуры

- большим удельным сопротивлением, позволяющим изготовлять термометры разных размеров.

Наилучшим материалом для термопреобразователей сопротивления является платина. Верхний температурный предел применения платиновых термометров сопротивления ограничивается 1100⁰ С.

Медь также обладает рядом положительных свойств, позволяющих использовать ее для изготовления термопреобразователей сопротивления. Преимуществом меди является ее относительная дешевизна, легкость получения в чистом виде и сравнительно высокий коэффициент электрического сопротивления. К ее недостаткам относятся небольшое удельное сопротивление и легкая окисляемость при высоких температурах, вследствие чего конечный предел применения медных термометров сопротивления ТСМ ограничен температурой 200⁰ С.

Сопротивление термопреобразователей при 0⁰ должно выбираться в пределах 1-500 ОМ для ТСП, от 10 до 100 ОМ для ТСМ.

Полупроводниковые термопреобразователи сопротивления (ПТС) обладают рядом преимуществ перед металлическими термопреобразователями сопротивления. Они имеют на порядок выше температурный коэффициент сопротивления, следовательно, более высокую чувствительность, большее начальное сопротивление, что позволяет не учитывать сопротивление соединительных проводов.

Термометры манометрические.

Принцип действия манометрических термометров основан на зависимости давления жидкости или газа в замкнутом объеме (термосистеме) от температуры в зависимости от заключенного в термостате рабочего вещества. Манометрические термометры разделяются на газовые, жидкостные и конденсационные. Данные термометры являются показывающими и самопишущими приборами, предназначенными для измерения медленно меняющихся (0,1 - 1,0 мин.) температур до 600 ⁰ С.

Термометры расширения.

Принцип действия термометров расширения основан на свойстве тел изменять свой объем под воздействием температуры. К этим термометрам относятся жидкостные ртутные и не ртутные (этиловый спирт, толуол…).

Ртутные термометры благодаря своей простоте имеют достаточно большое распространение при стендовых испытаниях. Термометры с органическими жидкостями применяются в основном для измерения низких температур до 190 ⁰ С.

Измерение поверхностных температур термопарами и термометрами сопротивления.

Стремление к получению наиболее достоверных данных о температуре в точке, где установлен термопреобразователь, вызывает необходимость использования различных способов установки термопар и термометров сопротивления. Эти способы отличаются в зависимости от того, какому нагреву подвергается элемент ГТУ (стационарному или нестационарному), от вида нагрева и т.п. Большое разнообразие условий и требований, которые необходимо выполнять при испытаниях ГТУ и элементов, не позволяет рекомендовать единый способ установки. В каждом конкретном случае необходимо использовать способ установки, который может обеспечить минимальные погрешности измерения температуры поверхности. Наиболее типичными условиями являются следующие:

Нагрев стационарный, конвективный; термопара устанавливается на металлический элемент.

Одним из наиболее распространенных способов установки термопар является зачеканка рабочего слоя термопары в отверстие, высверленное в конструкции – Рис. 2а. Диаметр отверстия быть на 5-10 % мм больше диаметра спая; глубина погружения – заподлицо с поверхностью. После установки спая термопары в отверстие, края последнего зачеканиваются так, чтобы обеспечить полный, надежный контакт всей поверхности спая с поверхностью элемента ГТУ. Это выполняется для гарантированного теплового контакта наподобие металлических проводников тепла. Термоэлектрические провода (термоэлектроды) должны находиться на расстоянии L не менее 20 диаметров в изотермической зоне для уменьшения погрешности измерения из-за утечек тепла по термоэлектродам. Для крепление термоэлектрических проводов к конструкции ГТУ (ее элементов) используют бандажи. Если температура не превышает 300 ^оС, то в качестве бандажа можно использовать полоски стеклоткани, приклеиваемой высоко температурным клеем; если температура превышает 300 ^оС, то используют металлические бандажи, прикрепляемые к конструкции при помощи точечной сварки.

В некоторых случаях, когда нежелательно нарушать целостность конструкции, спай термопары зачеканивается в материал с высокой теплопроводностью, например медь, и затем медную пластину укрепляют на исследуемой конструкции рис. 2 б. Недостатками этого способа являются отсутствие гарантии на хороший тепловой контакт и возможность изменения условий теплообмена из-за появления препятствия. Несколько меньшую точность измерений обеспечивает приварка спая термопары к конструкции или прижатие ее специальной накладкой с гарантированным тепловым контактом рис.2 в.

Для измерения поля температур в конструкции, применяют термометрические пробки – 2, рис. 2 г, выполненные из материала конструкции. В пробки заранее устанавливаются термопары 1.

Нагрев стационарный, лучисто-конвективный, термопреобразователи установлены на металлической поверхности.

В данном случае необходимо предусмотреть идентичность условий не только конвективного, но и лучистого теплообмена, прежде всего степень черноты спая термопары и элемента поверхности должны быть одинаковы, а термоэлектродные провода защищены от лучистого теплового потока.

Нагрев нестационарный, лучисто-конвективный, термопара на металлической поверхности.

Измерение нестационарной t_w = температуры поверхностей наиболее часто проводится термопарами или термометрами сопротивления, которые устанавливаются по схемам рис. 2. Температура спая термопары отличается от действительного значения температуры тела, так как он обладает собственным тепловым сопротивлением и тепло емкостью. При этом измеренная температура может опережать действительную температуру или отставать от нее.

В принципе, анализ погрешностей измерения нестационарной температуры может быть сделан на основе решения двух задач:

а) процесса теплового взаимодействия конструкции с окружающей средой,

б) процесса теплового взаимодействия конструкции с термопарой, с окружающей средой.

В результате решения этих двух задач выясняются степени влияния различных факторов на точность измерения нестационарной температуры; на этом основании формируются требования к конструктивному оформлению мест установки термопар.

Естественно, что для измерения нестационарных температур должны использоваться термопары с минимально возможными размерами спая термопары.

Нагрев нестационарный, лучисто-конвективный, поверхность неметаллическая.

При измерении температуры в этом случае возникают большие трудности связанные с теплоотводом по электродам и различным теплофизическим свойствами материала поверхности и спая термопары. В таких случаях чаще всего применяют ленточные термопары, вмонтированные в пробки из исследуемого материала (по схеме рис 2г). Для удобства монтажа пробка может выполнятся конической. Затем она разрезается пополам, и в нее устанавливают термопары. Половинки склеиваются, и пробка с термопарами устанавливаются в конструкцию. Чаще всего применяют при испытании ГТУ термоэлектроды диаметром 0,2 мм и меньшими. Однако, а связи с большим электросопротивлением и малой механической прочностью, изготовление термопар длиною в несколько метров с таким термоэлектродами весьма затруднительно. В экспериментальной практике используют составные термопары, у которых термоэлектроды  0,2 мм или меньше имеют длину 0,2 – 0,3 м, а остальную длину термопары составляют из термоэлектродов диаметром не менее 0,5 мм. Следует иметь в виду, что в местах сварки толстого и тонкого термоэлектродов из-за температурного градиента при нестационарном нагреве могут возникнуть паразитные термоэдс.

Измерение температур газового потока при испытаниях ГТУ.

Измерить температуру газа, движущегося с малой скоростью, сравнительно просто. Если скорость потока меньше 50 м/с, то температура движущегося или неподвижного газа почти одинаковая. В таких случаях термопреобразователи (термопары, термометры сопротивления) устанавливают в заданной точке потока. При этом предпринимаются меры уменьшения погрешностей из-за излучения и потерь тепла по термоэлектродам. Если газ движется с большей скоростью, то поток характеризуется двумя температурами: статической температурой Т и температурой торможения Т^*. Статическая температура – это температура, которую показал бы термометр, движущийся вместе с газом с одинаковой скоростью при отсутствии теплообмена в потоке. Температура торможения есть температура полностью адиабатически заторможенного газа, когда вся его кинетическая энергия переходит в тепло. Статическая температура и температура торможения связаны соотношением:

(47)

где с – скорость газа, С_р – теплоемкости газа при постоянном давлении.

Это выражение легко преобразуется к виду:

(48)

где к – показатель адиабаты,

М – число Маха в потоке

Торможение газового потока при измерении термопреобразователем – термопарой или термометром сопротивления происходит не всегда полным. Поэтому вводится параметр – коэффициент восстановления температуры, r_Т, учитывающий степень торможения потока термопарой. В этом случае:

(49)

Для термопар, спай которых близок по форме к шару при, М = 0,4  0,9 _Т = 0.9  1, в случае плохообтекаемого спая _Т = 0,7  0,8.

Измерение температуры газового потока при скоростях  50 м/с осуществляется с использованием экранов – камер: поперечно и продольно обтекаемых – рис. 3,4. В камерах происходит торможение газового потока. Экран должен изготавливаться из материала с низкой теплопроводностью, а его поверхность должна обладать слабой испускательной способностью.

Рис. 3. Поперечнообтекаемая камера термоэлектрического термометра с чувствительным элементом

Характеристики

Список файлов лекций