Конструкция термоэлектрических термометров

На летательных аппаратах применяется несколько разновид­ностей термоэлектрических термометров, отличающихся типом термопар. Термометр, предназначенный для измерения темпера­туры головок цилиндров поршневых авиадвигателей воздушного

охлаждения, рассчитан на диапазон измерения от —50 до + 350° С и состоит из термопары и указателя, соединенных меж­ду собой по схеме, представленной на рис. 7.10, а.

Конструкция термопары для поршневых двигателей показана на рис. 7.11. Термоэлектроды, изготовленные из хромеля и копеля, впаяны в медную шайбу 1, которая служит для крепления термопары под свечой зажигания поршневого авиадвигателя и играет роль теплоприемника. Концы термоэлектродов соединяют­ся наконечниками 2 и 3 с многожильными соединительными про­водами из того же материала, что и термоэлектроды. Соедини­тельные провода заканчиваются штепсельным разъемом, внутри которого расположено подгоночное сопротивление (несколько витков манганиновой проволоки), с помощью которого достига­ется постоянство суммарного сопротивления термопары и соеди­нительных проводов),овода выпускаются различной длины).

Конструкция указателя показана на рис. 7.12. В корпусе ука­зателя смонтирован магнитоэлектрический гальванометр унипо­лярного типа с углом шкалы 240°, а также сопротивления 19 и 20 (R_Д и R_ТС), входящие в схему, которая изображена на рис. 7.10, а. Термосопротивление 20 (R_ТС) служит для компенса­ции погрешностей, вызванных изменением сопротивления рамки гальванометра при изменении температуры окружающей среды. Добавочная термо-э. д. с, возникающая при изменении темпе­ратуры свободных концов термопары, компенсируется с по­мощью биметаллического корректора 10, который устанавли­вает стрелку указателя на температуру окружающего воздуха. Вид шкалы термометра головок цилиндров показан на рис. 7.13, а.

Термоэлектрические термометры, применяемые на реактивных двигателях, используются для измерения температуры выходя­щих газов до 900°С и выше и состоят из нескольких термопар (двух или четырех) и указателя, соединенных между собой по

схеме рис. 7.10, б.

Конструкция термопары для реактивных двигателей приведе­на, на рис. 7.14.

В зависимости от типа термометра применяются термоэлек­троды хромель — алюмель, НК-СА или НЖ-СК. Термоэлектроды изолированы друг от друга керамической трубкой и предохране­ны от механических повреждений защитным корпусом 1 из жаро­прочной стали. Верхняя часть корпуса заканчивается головкой 2, которая вместе с гайкой 3 служит для крепления датчика. На го­ловке укреплен угольник 4 с гибким шлангом, внутри которого пропущены промежуточные соединительные провода 5, заканчи­вающиеся клеммными зажимами 6 и 7. Для лучшей передачи

тепла от газов к термоэлектродам в нижней части защитного кор­пуса имеется вырез, пройдя который газовый поток почти полно­стью тормозится, а затем уже выходит наружу через дополни­тельное отверстие. Коэффициент торможения равен r = 0,96 при числе М<1.

Поскольку температура в различных точках реактивного соп­ла неодинакова, термоэлектрические датчики располагаются в двух или четырех точках сопла и соединяются электрически пос­ледовательно друг с другом (см. рис. 7.10,6). При таком соеди­нении суммарная э. д. с. пропорциональна средней температуре газов в четырех точках.

Конструкция указателя аналогична представленной на рис. 7.12, вид шкалы указателя приведен на фиг. 7.13, б.

В случае применения термопары типа НК-СА или НЖ-СК из­менение температуры свободных концов не вызывает погрешно­стей и поэтому биметаллический корректор в указателе не тре­буется (см. схему на рис. 7.10, б).

Существуют сдвоенные указатели (для контроля двух двига­телей), в общем корпусе которых смонтированы два гальвано­метра. Вид шкалы сдвоенного указателя показан на рис. 7.13, в.

Статические и динамические характеристики электрических дистанционных термометров определяются методами, изло­женными в гл. II и III (см. примеры на стр. 41 и 72): в начале определяются соответствующие характеристики состав­ных частей прибора — датчика, электрической цепи и указателя, а затем их совместным решением определяют характеристики прибора в целом.

3. Основные погрешности термоэлектрических термометров

Погрешности термоэлектрических термометров складываются из погрешностей, вносимых датчиком, электрической цепью и гальванометром.

К погрешностям, вносимым датчиком, можно отнести следу­ющие:

1. Погрешность из-за потерь от теплоизлучения и теплопроводимости.

2. Погрешность от неполного торможения газового потока.

3. Динамическую погрешность.

Эти три погрешности являются общими для всех датчиков температуры, они рассмотрены в § 7.3.

Погрешности, вносимые электрической цепью, специфичны для термоэлектрического метода измерения:

1. Погрешность от изменения температуры свободных кон­цов. Уменьшение этой погрешности достигается применением тех или других температурных компенсаторов, измеряющих темпера­туру и вносящих автоматически поправку в выходной сигнал (см., например, поз. 10 на рис. 7.12). Устранение этой погрешно­сти достигается применением термопары из сплавов НК-СА или НЖ-СК.

2. Погрешность, вызванная влиянием паразитных термо-э. д. с. Эта погрешность имеет место в том случае, если темпера­тура в точках присоединения термоэлектродов А и В к соедини­тельным проводам С и Д неодинакова (рис. 7.15), а также, если неодинаковая температура в точках соединения проводов, с на­грузкой.

Для уменьшения этих погрешностей концы соединительных проводов С и Д должны располагаться поблизости друг от дру­га с тем, чтобы они находились в одинаковых температурных ус­ловиях.

3. Погрешность, вызванная изменением электрических сопро­тивлений термопары, соединительных проводов и рамки гальва­нометра при изменении температуры окружающей среды. Основ­ное влияние оказывает изменение сопротивления рамки, посколь­ку это сопротивление значительно больше сопротивлений термо­пары и проводов.

Компенсация этой погрешности осуществляется по одной из схем, показанных на рис. 7.15.

В схеме на рис. 7.15, а добавочное сопротивление R_Д выпол­няется из манганина, а шунт R_ш — из никеля.

Условие температурной компенсации для этой схемы (4.14):

.

В схемах на рис. 7.15, б и в компенсация осуществляется с помощью полупроводниковых терморезисторов (ПТР).

В схеме на рис. 7.15, б в качестве добавочного сопротивления R₁ используется ПТР, сопротивление которого при нормальной температуре соизмеримо с сопротивлением компенсируемого эле­мента (рамки гальванометра), температурный коэффициент сопротивления R₁ в среднем равен по абсолютной величине, но противоположен по знаку температурному коэффициенту со­противления компенсирующего элемента. Этим условиям удовле-

творяет ПТР, изготовленный из карборунда и феррокремния (так называемый силит). Температурные характеристики элементов схемы при использовании силита в качестве сопротивления R₁ приведены на рис. 7.16, а. Вследствие нелинейности температур­ной характеристики силита компенсация получается неполной.

В схеме на рис. 7.15, в в качестве добавочного сопротивления R₁ применяется ПТР с большим отрицательным температурным коэффициентом , зашунтированный манганиновым сопротивле­нием R₂. Шунт предназначен для сглаживания нелинейности температурной характеристики ПТР, а также для компенсации влияния технологического разброса параметров ПТР. Для ком­пенсации сопротивления r, изготовленного из медной проволоки с температурным коэффициентом ~4*10^-3 в диапазоне темпе­ратур от —60 до +50° С, сопротивление терморезистора берут равным R₁= (0,4-0,8) r, а сопротивление шунта R ₂ = 0,439 r + 0,27 R₁. Эти формулы применимы при использовании ПТР с ве­личиной параметра В, лежащей в пределах 2250—2650° К. При этом погрешность компенсации не превышает ±3% от среднего значения суммарного сопротивления цепи во всем диапазоне ра­бочих температур.

На рис. 7.16,6 приведены температурные характеристики элементов схемы рис. 7.15, в '.

Погрешности термоэлектрического термометра, вносимые гальванометром, имеют тот же характер, что и погрешности, вно­симые логометром (стр. 194), но к ним добавляются еще погреш­ности, вызванные влиянием температуры окружающей среды на магнитную индукцию в рабочем зазоре постоянного магнита и на модуль упругости противодействующих пружин. Эти две по­грешности примерно равны по абсолютной величине, но противо­положны по знаку, благодаря чему они почти полностью взаимно компенсируются, (результирующая температурная погрешность гальванометра не превышает 1% на 100° С).

2.3. ПРИБОРЫ И ДАТЧИКИ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ