Измерение температуры рабочих тел и деталей ГТУ

Знание температуры рабочих тел необходимо для следующих целей:

- для контроля газодинамических процессов;

- для контроль над термонапряженным состоянием деталей, тепловым расширением и прочностью.

- для оценки тепловых потоков, оценки взаимных перемещений деталей.

- для оценки режимов работы, знания дефектов и др. эксплуатационных проблем.

В ГТУ имеется очень широкий диапазон температур для измерения:

- низший уровень: температура воздуха и транспортируемого газа;

- высший уровень: температура факела в камере сгорания.

Для всего этого нужны различные средства измерения. В зависимости от характера исследования и целей исследования могут применяться разные средства. Для определения полей температур газов можно использовать тепловые зонды, а для измерения полей температур деталей ГТУ – тепловизор.

Во многих случаях требуется измерять не всю температуру, а только максимальные и минимальные её значения. В ГТУ для определения максимальной температуры используются температурные свидетели, которые представляют собой плавкие вставки с определённой температурой плавления, которые вставляются в отверстия (гнезда). Свидетели выполняются либо в виде стержней или трубочек.

Тепловизоры применяются для определения поле температур твёрдых тел в тех ситуациях, когда не требуется высокая точность. Можно ожидать, что в этом поле температур будут большие неравномерности. Тепловизоры основаны на восприятии инфракрасного излучения нагретых тел и преобразовании его в видимые значения на экран тепловизора. При применении тепловизора можно получить температурное поле целиком.

Недостатки тепловизоров:

- невысокая точность;

- необходимо размещать приёмник инфракрасных излучений при низких температурах для подавления

собственного теплового излучения, обычно его размещают в жидкий азот (t= -170^OC);

- очень высокая стоимость (10 -100 тыс.$).

В основном измерение температуры производится:

- термопарами;

- термометрами сопротивления;

- жидкостными термометрами.

С помощью термопар (рис.1) можно мерить практически любые температуры. Широко используются следующие типы термопар:

1. Хромель – копелевая термопара ( ТХК):

Хромель – сплав: Ni – 90%, Cr – 10%. Копель сплав: Cu – 56%, Ni – 44%.

ТХК измеряют температуру до 400^ОС.

ТермоЭДС (ТЭДС) ТХК – 0.07 мВ/^ОС.

Стандартная термопара имеет практически линейную шкалу, имеет ТЭДС равную 0 при t = 0^ОС.

Холодный спай должен находиться при температуре 0^ОС.

С помощью мостовых схем (электрических мостов) сопоставляется измеряемая ЭДС с ЭДС прецензионного источника напряжения и компенсируются токи внутри моста. В связи с тем, что термопара включается в мостовую схему нужно обеспечить её минимальное сопротивление, для уменьшения сопротивления при неизменных диаметрах электродов в цепь включают компенсационные провода, которые имеют большое сечение и малое удельное сопротивление. Компенсационные провода должны вырабатывать близкую ЭДС, как и сама термопара для исключения погрешностей связанных с неодинаковой температурой точек контакта термоэлектродов компенсационных проводов.

В последнее время вместо мостовых схем стали использовать цифровые вольтметры. Это позволяет увеличить точность измерения до мкВ и обойтись компенсационных проводов, т.к. у них высокое сопротивление входных контуров, и токи проходящие через термопару очень малы.

В наше время применяются аналогово – цифровые преобразователи.

2. Хромель – алюмелевая термопара (ТХА):

Алюмель – сплав Ni – 95%, Al, Si, Mn – 5%.

ТХА измеряют температуру до 800^ОС. ТЕДС ТХА – 0.04 мВ/^ОС.

3. Термопары на основе платины:

1) Платина – платино–радий (ТПП): - платино-радий – сплав платина – 60%, радий – 40%;

- ТПП применяется до 1000 ^ОС;

- ТЭДС ТПП – 0.006мВ/ ^ОС.

2)Платино-радий – платино-радий (ТПР): - платина(94%)–радий(6%) – платина(70%)–радий(30%);

- ТПР применяется до 1800 ^ОС;

- ТЭДС ТПР 0,003мВ/ ^ОС.

4. Термопара вольфрам – молибден - применяется до 2000 ^ОС.

5. Термопара вольфрам – рений - применяется до 2600 ^ОС.

Для температур ниже 400 ^ОС применяют термометры сопротивления. Они основаны на зависимости удельного сопротивления материала от температуры.

Типы термометров сопротивления:

- платиновые: t = -120 ^ОС до 500 ^ОС.

- медные: t = -50 ^ОС до 100 ^ОС.

Применение термопар и термометров сопротивления обеспечивают возможность автоматизации сбора и обработки информации о температурах.

Дилатометрические термометры или термометры расширения. Они бывают жидкостные и газовые. В исследовательской практике применяют обычно жидкостные термометры.

Ртутные термометры: - термометры ТЛ – 4 – цена давления 0.1 ^оС;

- термометры ТЛ – 6 – цена давления 0.5 ^оС.

Термометры ТЛ – 4 выпускаются на диапазоны: -30 ^ОС…+20 ^ОС;

0 ^ОС …+50 ^ОС;

+50 ^ОС…+100 ^ОС;

+300 ^ОС…+350 ^ОС.

Достоинства:

- простота использования;

- непосредственный отсчет результата измерения;

- высокая точность, которая может быть повышена специальной градуировкой.

Недостатки:

1. Термометр практически никогда не может быт размещен в измеряемой среде.(их обычно размещают в гильзах или в карманах (рис.2), что приводит к появлению методологических погрешностей). Термические сопротивления стенки гильзы и зазоры приводят к методологическим погрешностям. Для уменьшения термического сопротивления зазора, его засыпают медными опилками или маслом, или сам термометр обматывают в фольгу. Перетекание теплоты по корпусу кармана происходит из-за разницы температур. Для устранения этого нужно минимизировать размеры выступающей части кармана или теплоизолировать. Если температура измеряемо и окружающей сред сильно различны, то нужно вносить поправку.

2. Необходимо выполнять отсчет при определённом положении глаза наблюдателя.

3. Требуется хорошее освещение места наблюдения.

4. Термометры очень хрупкие и их детали могут ломаться под действием вибрации.

5. Наличие ртути как опасного вещества.

6. Термометры весьма громоздкие (ТЛ-4 диаметр – 11мм. длина – 500мм.).