CS218421B1

CS218421B1 - Probe to measure the time-varying gas flow temperature

Info

Publication number: CS218421B1
Application number: CS355481A
Authority: CS
Inventors: Ivan Goldsmid; Jan Vocadlo
Original assignee: Ivan Goldsmid; Jan Vocadlo
Priority date: 1981-05-14
Filing date: 1981-05-14
Publication date: 1983-02-25

Abstract

Vynález se týká sondy pro měření časově proměnné teploty proudícího plynu, která jako· převodníku teploty na elektrický signál používá termoelektrického článku. Vynález řeší problém, maximálního zmenšení tepelné kapacity měřicího' 'spoje termočlánku, a tím i dynamické chyby při měření. Podstata řešení spočívá v tom, že měřící spoj je vytvořen mezi měřicími vodiči o průměru menším než 10ÍO μϊη laserovým svarem. Měřicí vodiče jsou napojeny každý na jeden nosný vodič stejného materiálového složení o· nejméně pětinásobném průměru. Nosné vodiče jsou uloženy v držáku sondy a na jeho konci jsou pro vyztužení zality do izolační zátky vyrobené z izoilačního tmelu.The invention relates to a probe for measuring the time-varying temperature of a flowing gas, which uses a thermoelectric cell as a temperature converter to an electrical signal. The invention solves the problem of the maximum reduction of the thermal capacity of the thermocouple measuring junction, and thus of the dynamic error during measurement. The essence of the solution lies in the fact that the measuring junction is created between measuring conductors with a diameter smaller than 10ÍO μϊη by laser welding. The measuring conductors are each connected to one supporting conductor of the same material composition with a diameter at least five times the diameter. The supporting conductors are placed in the probe holder and at its end are cast into an insulating plug made of insulating sealant for reinforcement.

Description

Vynález se týká sondy pro měření časově proměnné teploty proudícího plynu, která jako· převodníku teploty na elektrický signál používá termoelektrického článku. Vynález řeší problém, maximálního zmenšení tepelné kapacity měřicího' 'spoje termočlánku, a tím i dynamické chyby při měření. Podstata řešení spočívá v tom, že měřící spoj je vytvořen mezi měřicími vodiči o průměru menším než 10ÍO μϊη laserovým svarem. Měřicí vodiče jsou napojeny každý na jeden nosný vodič stejného materiálového složení o· nejméně pětinásobném průměru. Nosné vodiče jsou uloženy v držáku sondy a na jeho konci jsou pro vyztužení zality do izolační zátky vyrobené z izoilačního tmelu.The present invention relates to a probe for measuring the time-varying temperature of a flowing gas using a thermoelectric cell as a temperature to electrical signal converter. The invention solves the problem of maximally reducing the thermal capacity of the thermocouple measuring joint, and thus of the dynamic measurement error. The principle of the solution lies in the fact that the measuring joint is formed between the measuring conductors with a diameter of less than 10 µO μϊη by laser welding. The test leads are connected to a single conductor of the same material composition of at least five times the diameter. The support wires are housed in the probe holder and are sealed at the end of the probe into an insulating plug made of insulating sealant.

Vynález se týká sondy pro měření časově proměnné teploty proudícího plynu, která jalko převodníku teploty na elektrický signál používá termoelektrického článku. K takovýmto rychlým změnám teploty dochází například v průtočné části turbokompresorů při provozu v nenávrhové části charakteristiky.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a probe for measuring the time-varying temperature of a flowing gas which uses a thermocouple to convert a temperature to electrical signal converter. Such rapid temperature changes occur, for example, in the flow-through portion of the turbo-compressors when operating in the non-design part of the characteristic.

K měření teploty proudících plynů se často používá čidel, umožňujících převod teploty na elektrický signál a tím i registraci časového průběhu teploty. Časový průběh signálu se liší od skutečného časového· průběhu teploty o dynamickou chybu, která je v převážné míře určena fyzikálními vlastnosmi čidla. Často se k registraci časově proměnných teplot používá sond s termoelektrickým článkem, jehož měřicí spoj je umístěn v proudu plynu. Při tomto způsobu měření je čašová konstanta a tím i dynamická chyba určena převážně tepelnou kapacitou měřicího spoje termoelektrického článku a vodičů, umístěných v proudu plynu. Je proto žádoucí maximálně tuto tepelnou kapacitu zmenšit. Dosahuje se toho především zmenšením objemu vlastního· měřicího sípoje termoelektrického článku. Proto se používá pro měření teplot proudícího plynu termoelektrických článků s malým průřezem vodičů. Možnost zmenšování průřezu vodičů je však omezena z pevnostních důvodů, neboť při použití příliš malého průřezu vodičů dochází často k jejich porušení vlivem proudícího plynu, nebo částic, jimiž je plyn znečištěn. Při obvykle používané technologii vytvoření měřicího spoje odporovým svařováním, nebo tvrdým pájením dochází v místě spoje k mnohonásobnému zvětšení průřezu oproti průřezu spojovaných vodičů, takže i při užití velmi slabých vodičů termoelektrického článku je tepelná kapacita měřicího spoje značná a tedy i dynamická chyba měření velká.Sensors are often used to measure the temperature of the flowing gases, enabling the temperature to be converted into an electrical signal and thus recording the time course of the temperature. The waveform of the signal differs from the actual waveform of the temperature by a dynamic error that is largely determined by the physical properties of the sensor. Often, thermocouple probes are used to register time-varying temperatures, whose measuring connection is located in a gas stream. In this method of measurement, the time constant and thus the dynamic error are predominantly determined by the thermal capacity of the measuring connection of the thermocouple and the conductors located in the gas stream. It is therefore desirable to minimize this heat capacity. This is accomplished primarily by reducing the volume of the thermoelectric cell itself. Therefore, it is used for measuring the temperature of the flowing gas of thermocouples with small conductor cross-section. However, the possibility of reducing the cross-section of the conductors is limited for strength reasons, since if the conductor cross-section is too small, they are often damaged by the flowing gas or particles through which the gas is contaminated. With the commonly used technology of forming a test joint by resistance welding or brazing, the cross-sectional area of the cross-section is enlarged many times over the cross-section of the conductors, so that even when using very weak conductors of the thermocouple.

Uvedené nedostatky odstraňuje řešení sondy pro měření časově proměnné teploty proudícího plynu podle vynálezu. Podstata vynálezu spočívá v tom, že měřicí spoj použitého termoelektrického článku je vytvořen mezi oběma měřicími vodiči o průměru menším· než 1CI0 μπι. Každý z měřicích vodičů navozuje ještě v měřicím prostoru na jemu materiálově odpovídající nosný vodič. Oba nosné vodiče mají minimálně pětinásobný průměr proti průměrům měřicích vodičů.These problems are overcome by the solution of the probe for measuring the time-varying temperature of the flowing gas according to the invention. The principle of the invention consists in that the measuring connection of the used thermocouple is formed between the two measuring conductors with a diameter of less than 1Cl0 μπι. Each of the measuring conductors induces a material-matching support conductor in the measuring chamber. Both conductors are at least five times the diameter of the test leads.

Měřicí spoj je vytvořen s výhodou laserovým· svarem s odpařením přebytečného materiálu.The measuring connection is preferably formed by laser welding with evaporation of excess material.

Oba nosné vodiče jsou pro zamezení kmitání měřicích vodičů a vyztužení zality na konci držáku sondy isolačním tmelem, ve formě izolační zátky, zasahující do měřeného· prostoru.Both conductors are in the form of an insulating plug, extending into the measured space, to prevent oscillation of the measuring conductors and to reinforce the grouting at the end of the probe holder.

Výhodou konstrukce sondy pro měření časově proměnné teploty proudícího· plynu podle vynálezu je, žs v důsledku možnosti použití tenkých měřicích vodičů o délce pouze několika mm a malé tepelné kapacity měřicího spoje je docíleno podstatně snížené dynamické chyby sondy. Přitom je sonda· jako celek pevnostně odolná vůči proudícími médiu a tudíž spolehlivá jak co do životnosti, tak co do měřicí přesnosti měření. Sonda obsahuje pouze dva nosné držáky bez potřeby třetího podpůrného elementu v prostoru měřicího spoje.An advantage of the construction of the probe for measuring the time-varying temperature of the flowing gas according to the invention is that due to the possibility of using thin measuring leads of only a few mm and a small thermal capacity of the measuring connection, a substantially reduced dynamic error of the probe is achieved. The probe as a whole is rigidly resistant to flowing media and therefore reliable in terms of both service life and measuring accuracy. The probe contains only two support brackets without the need for a third support element in the measuring connection area.

Na připojeném obrázku je znázorněn schematicky příklad provedení čidla sondy pro měření teploty podle vynálezu. Je znázorněna část, která je vystavena měřenému proudu plynu. Měřicí spoj 1 termoelektrického článku je proveden laserovým svarem niklového prvního měřicího vodiče 2 s druhým měřicím vodičem 3 ze slitiny Ni, Cr. Průměry obou měřicích vodičů 2, 3 jsou 80 ,«m a vlastní měřicí svar má po odpaření materiálu průměr řádově dvojnásobný. První měřicí vodič 2 navazuje na pťvní· nosný vodič 4 stejného materiálového složení. Obdobně tomu je u druhého měřicího vodiče 3, který pokračuje druhým nosným vodičem 5. Nosné vodiče 4, 5, jejichž průměry jsou 500' μτα. procházejí dutým držákem 6 sondy, který je tvořen ocelovou trubkou. Nosné vodiče 4, 5, procházející otvory keramické isolační trubky, která tvoří isolační vložku 7, jsou směrem ven z měřeného prostoru napojeny na další prodlužující vedení k referenčnímu spoji a k měřicímu přístroji (nezakreslenoj. Ve; spodní části dutého· držáku 6 je vytvořena isolační zátka 8 pro upevnění nosných vodičů 4, 5 a jejich vyztužení. Isolační zátka 8 má vypuklé zakončení a je zhotovena ze syntetického tmelu. Oba nosné vodiče 4, S jsou v prostoru isolační zátky 8 esovitě prohnuty, přičemž první nosný vodič 4 je ukončen rovně, t. j. rovnoběžně s osou sondy, zatímco druhý delší nosný vodič 6 je na konci v protisměru otočen o 180°, takže konce obou nosných vodičů 5, 4 leží proti sobě se 4 až S· mm mezerou, ve které jsou uloženy oba měřicí vodiče 2, 3, propojené měřicím spojem 1.The attached figure shows schematically an embodiment of a temperature probe according to the invention. The part that is exposed to the gas stream being measured is shown. The measuring connection 1 of the thermocouple is made by laser welding a nickel first measuring conductor 2 with a second measuring conductor 3 of Ni, Cr alloy. The diameters of the two measuring conductors 2, 3 are 80 .mu.m and the actual measuring weld after the material evaporation has a diameter of about twice the diameter. The first measuring conductor 2 is connected to the carrier conductor 4 of the same material composition. The same applies to the second measuring conductor 3, which continues with the second carrier conductor 5. The carrying conductors 4, 5 having diameters of 500 'μτα. they pass through the hollow probe holder 6, which is formed by a steel tube. The supporting conductors 4, 5, passing through the holes of the ceramic insulating tube, which form the insulating insert 7, are connected outwardly from the measured space to another extension line to the reference connection and the measuring device (not shown). The insulating plug 8 has a convex end and is made of a synthetic sealant, the two supporting conductors 4, S being bent in the space of the insulating plug 8, with the first supporting conductor 4 terminating straight, i.e. parallel to the axis of the probe, while the other longer carrier conductor 6 is rotated 180 ° at the end so that the ends of the two conductor conductors 5, 4 are opposite each other with a 4 to S · mm gap in which the two measuring conductors 2, 3 , connected by a measuring connection 1.

Tvar nosných vodičů 4, 5 může být různý právě ták jako jejich poloha v měřeném prostoru, která může být k ose sondy nakloněna například o 90°. Z toho vyplývá i poloha' měřicích vodičů 2, 3, která závisí na potřebě, vyplývající z měřicích podmínek konkrétních případů.The shape of the carrier conductors 4, 5 can be different in terms of their position in the measured space, which can be inclined by, for example, 90 ° to the probe axis. This also results in the position of the measuring conductors 2, 3, which depends on the need arising from the measuring conditions of the particular cases.

Claims

SUBJECT

!. A probe for measuring the time-varying temperature of a flowing gas, which uses a thermocouple as a temperature to electrical signal converter, characterized in that the thermocouple measuring connection (1i) is formed by a first measuring conductor (2) and a second measuring conductor (3). diameter of less than 100 [mu] m, the first measuring conductor (2) continuing in the measuring space to the material composition of the same first supporting conductor (4) and the second measuring conductor (3) to the material-identical second supporting conductor (5), the conductors (4, 5) have a minimum of five times the diameter of the measuring conductors (2, 3).

OF THE INVENTION

The probe for measuring the time-varying temperature of the flowing gas according to claim 1, characterized in that the measuring connection (1) of the thermoelectric cell is formed by laser welding with evaporation (excess material).

Probe for measuring the time-varying temperature of the flowing gas according to Claims 1 and 2, characterized in that the two support conductors (4, 5) are encapsulated in the form of an insulating plug (6) for reinforcement at the end of the probe holder (6). 8j extending into the measured space.