CS257335B1 - Průtočná teplotní sonda s temperovaným stínáním - Google Patents

Abstract

Řešení se týká průtočné teplotní sondy s temperovaným stíněním. Podstata řešení spočívá v tom, že do průchozí válcové dutiny cylindrického plášťového temperovaného tělesa je centrálně umístěno na distančních elementech teplotní čidlo. Termoelektrický spoj teplotního čidla je vzdálen od náběžné strany cylindrického plášťového temperovaného tělesa 0,5 až 1,5 průměru průchozí válcové dutiny. V temperovaném tělese jsou vytvořeny prostřednictvím přepážky průtočné kanálky zaústěné z jedné strany do vstupní komory s přívodní trubkou a z druhé strany do výstupní komory s výstupní trubkou, sit. -váné v držáku.

Description

Vynález se týká průtočné teplotní sondy, určené k měření celkové teploty plynů, u které se řeší problematika potlačení vlivů sálání, vedení tepla čidlem a ostatními částmi sondy.

Problematika měření lokálních teplot proudících plynů za účinku sálání je předmětem výzkumných a vývojových prací již po dvě generace. V průběhu těchto let byla vyvinuta řada typů odsávaných resp. odvětrávaných sond jednoduše i několikanásobně stíněných, kombinované resp. zdvojené sondy, více či méně vyhovující požadavku na dosažení co největší přesnosti měření v daných konkrétních podmínkách užití. Lze konstatovat, že u dosud známých konstrukcí teplotních sond jsou při aplikacích údaje jejich čidel správné, tj. udávají hodnotu celkové teploty plynu pouze v případech, kdy nedochází k jejich ovlivňování tepelnou radiací z okolního prostoru, případně parazitními vlivy, které způsobují diference mezi údajem čidla sondy a celkovou teplotou měřeného plynu, zejména pak při nízkých tlacích plynu řádově stovky pa a relativně vysokých rychlostech proudění - stovky ms¹, v prostředí s sálavými toky z okolí.

Znamená to, že podíl parazitních vlivů je nutné respektovat vypočtenými korekcemi a těmi skutečně naměřené hodnoty teplot opravit. Korekce pro daný typ sondy se stanovují pro konkrétní podmínky dané režimem proudění a geometrickým uspořádáním díla, nejedná se tedy o stálou hodnotu příslušné chyby měření. V důsledku souvislosti dílčích vlivů a z toho plynoucí složitosti celého provozu sdílení tepla v sondě a jejím okolí, zejména pak v případech, kdy okolní stěny nebo konstrukční elementy mají různé teploty a nelze tedy vztáhnout korekci údaje čidla jednoznačně k určité diferenci teploty - mezi údajem čidla a některého místa v okolí, vznikají při výpočtech korekcí značné komplikace.

Přispívají k nim ještě další faktory jako například složitá geometrická konfigurace některých typů sond, malá tepelná kapacita plynu při měření za nízkých tlaků λ-ZL kPa, apod., které mají výrazný vliv na přesnost a toleranci výsledků výpočtů zmíněných korekcí. Závažným předpokladem použití teplotních sond je jejich podrobná kalibrace v modelových podmínkách proudění, sálání a vedení tepla, odpovídajících jejich následné aplikaci. Není známo jakým čidlem, respektive jakým typem sondy lze měřit v uvedených podmínkách celkovou teplotu plynu, zejména při nízkých tlacích a vysokých rychlostech proudění.

Dosud nejlépe, i když pouze částečně, řeší danou problematiku stíněné sondy a dvojité sondy. Sondy obou typů měří efektivní teplotu proudícího plynu, proto je k výpočtu celkové teploty plynu zapotřebí znát restituční faktor při příčném obtékání čidel - plástových termočlánků a rychlost proudění. Tolerance obou těchto veličin, zejména při vyšších rychlostech, proudění, zvětšují nepřesnosti při stanovení korekcí. K ověření a případnému snížení hodnot korekcí je opět zapotřebí provést kalibraci obou typů sond.

Uvedené nevýhody odstraňuje průtočná teplotní sonda s temperovaným stíněním podle vynálezu, jejíž podstata spočívá v tom, že do průchozí válcové dutiny cylindrického plášťového temperovaného tělesa je centrálně umístěno teplotní čidlo na distančních elementech. Termoelektrický spoj teplotního čidla je vzdálen od náběžné strany cylindrického plášťového temperovaného tělesa 0,5 až 1,5 průměrů průchozí válcové dutiny.

V cylindrickém plášťovém temperovaném tělese jsou vytvořeny prostřednictvím přepážky průtočné kanálky, které jsou z jedné strany zaústěny do vstupní komory s přívodní trubkou a z druhé strany do výstupní komory s výstupní trubkou situované v držáku. Cylindrické plášťové temperované těleso může být vytvořeno z materiálu o maximální tepelné vodivosti a na jeho vnější straně ve spirálovitých drážkách je uloženo elektrické odporové topení.

Do stěny cylindrického plášťového temperovaného tělesa je zabudováno referenční čidlo v rovině termoelektrického spoje teplotního čidla. Emisivita pláště teplotního čidla je měnší než 0,4 a emisivita vnitřního povrchu průchozí válcové dutiny je větší než 0,7.

Použitím tepelně stabilizovaného plášťového tělesa sondy se zamezí ovlivňování údaje čidla působením vnějších radiačních tepelných toků. Plášť sondy působí vůči okolí jako stínění a sledovanou změnou jeho teploty lze dosáhnout stav, při kterém sálání z jeho vnitřního povrchu nekoriguje teplotní údaj čidla snody, a to v důsledku vyrovnání teplot pláště a plynu protékajícího sondou. Stanovené chyby údaje teplotního čidla od celkové teploty plynu v důsledku ostatních parazitních vlivů například vedením tepla teplotním čidlem a konvektivním přestupem tepla na’ teplotním čidle, přenosem tepla mezi teplotním čidlem a pláštěm sondy, ohřevem plynu v protékané teplotní sondě pláštěm aj. předpokládá optimalizaci základních rozměrových charakteristik sondy.

Podle prováděných rozborů se uvedené vlivy na celkové chybě údaje čidla výrazněji neprojeví a bude je možno dále potlačit vhodným dispozičním řešením sondy, případně též omezením rychlosti proudění v sondě. Průtočná teplotní sonda s temperovaným stíněním pak umožní s velkou přesností měřit lokální teploty proudících plynů i ve velmi náročných podmínkách, v prostředí se sálavými toky, bez komplikovaného určování a ověřování korekcí údaje teplotního čidla.

Na připojených výkresech jsou znázorněna dvě provedení průtočné teplotní sondy s temperovaným stíněním podle vynálezu, kde na obr. 1 je znázorněn schematicky podélný řez průtočnou teplotní sondou s průtočnými kanálky, na obr. 2 je řez A-A průtočnou teplotní sondou a na obr. 3 je podélný řez průtočnou teplotní sondou s elektrickým odporovým topením.

Průtočná teplotní sonda sestává z cylindrického plášťového temperovaného tělesa 2/ v jeho£ průchozí válcové dutině 2 3^e centrálně umístěno na distančních elementech ]_ teplotní čidlo 2. Termoelektrický spoj 10 teplotního čidla 2_ je umístěn ve vzdálenosti H, která je 0,5 až 1,5 průměru D průchozí válcové dutiny 2· ^v cylindrickém plášťovém temperovaném tělese 1 {obr. 1 a 2) je chladící systém Fieldova typu tvořen přepážkou 11 trubkového typu, kterou jsou vytvořeny průtočné kanálky 2 zaústěné z jedné strany do vstupní komory 5 s přívodní trubkou 3 a z druhé strany do výstupní komory 6 s výstupní trubkou

Přívodní trubka 2 ^a výstupní trubka 2 jsou situovány v držáku 14. Cylindrické plášťové temeprovahé těleso 2 (obr. 3) může být vytvořeno z materiálu o maximální tepelné vodivosti, například ihěděné trubky. V její stěně je ve spirálních drážkách zabudováno elektrické odporové topení 12. Zvolený materiál zaručuje dostatečné vyrovnání teplotního profilu po délce a obvodu tělesa 2· ^K indikaci teploty T^ vnitřního pláště cylindrického plášťového temperového tělesa Γ slouží referenční čidlo 22» které je v rovině termoelektrického spoje 10 teplotního čidla 2 upevněno na držáku sondy 14.

Princip měření teploty plynu protékajícího sondou sypočívá ve stabilizaci teplotních poměrů v sondě, které se dosáhne vyrovnáním teploty T^ vnitřního pláště cylindrického plášťového temperovaného tělesa 2 ^na teplotu T~ indikovanou teplotním čidlem 2. Při teplotě plynu nižší, než jsou teploty okolních ploch, tj. při vnějším tepelném zatížení sondy, se musí cylindrické plášťové temperované těleso 2 ochlazovat a odvádět tak tepelný výkon vysálaný do pláště temperovaného tělesa 2· ^v opačném případě se dodává potřebný výkon ke krytí tepelných ztrát sáláním pláště temperovaného tělesa 2 3° okolního prostoru.

Vzhledem k intenzivnímu přestupu tepla ze stěn temperovaného tělesa 2 do vody a při dostatečném průtoku - rychlosti vody průtočnými kanálky 2 je teplota průchozí válcové dutiny 2 s dostatečnou přesností definována vstupní teplotou vody v přívodní trubce 2» tj.

- T^. Příslušná regulace teploty stěny temperovaného tělesa 2 ^se provádí plynulou změnou vstupní teploty T^ vody ultratermostatem. U provedení dle obr. 3 je teplota stěny průchozí válcové dutiny 2 určena teplotním údajem referenčního čidla 13 zabudovaného ve stěně temperovaného tělesa 2·

Regulace teploty se provádí plynulou změnou výkonu elektrického odporového topení

12. K rychlejšímu stanovení požadované teploty T^ = T^ = T- u obou provedení se mohou provést nejméně dva odečty uvedených teplot v blízkém okolí rovnovážného teplotního stavu a lineární

J <

o interpolací se stanoví požadovaná teplota 1^ = T_p = Tg. V zájmu dosažení co nejmenší chyby je nutno dbát na co nejpřesnější vyrovnání teplot T = T- při stacionárním teplotním režimu P ^c v sondě.

Průtočnou teplotní sondu s temperovaným stíněním lze použít pro všechna měření lokálních teplot plynů prováděná dosud běžnými typy sond, zejména v prostředí se sálavými toky z z okolního prostoru, ve zkušebnách, výzkumných ústavech a na pracovištích zabývajících se metrologií.

Claims (4)

1. předmEt vynálezu

   1. Průtočná teplotní sonda s temperovaným stíněním sestávající z teplotního čidla a stínění, vyznačující se tím, že do průchozí válcové dutiny (9) cylindrického plástového temperovaného tělesa (1), upevněného na držáku (14), je centrálně umístěno na distančních elementech (7) teplotní čidlo (2), přičemž termoelektrický spoj (10) teplotního čidla (2) je vzdálen od náběžné strany cylindrického pláštového temperovaného tělesa (2) 0,5 až 1,5 průměru (D) průchozí válcové dutiny (9).
2. 2. Průtočná teplotní sonda podle bodu 1, vyznačující se tím, že v cylindrickém pláštovém temperovaném tělese (1) jsou vytvořeny prostřednictvím přepážky (11) průtočné kanálky (8) zaústěné z jedné strany do vstupní komory (5) s přívodní trubkou (3) a z druhé strany do výstupní komory (6) s výstupní trubkou (4), situované v držáku (14).
3. 3. Průtočná teplotní sonda podle bodu 1,.vyznačující se tím, že cylindrické pláštové temperované těleso (1) je vytvořeno z materiálu o maximální tepelné vodivosti a na jeho vnější straně ve spirálovitých drážkách je uloženo elektrické odporové topení (12), přičemž do stěny cylindrického pláštového temperovaného tělesa (1) je zabudováno referenční čidlo (13) v rovině termoelekrického spoje (10) teplotního čidla (2).
4. 4. Průtočná teplotní sonda podle bodu 1 až 3, vyznačující se tím, že emisivita pláště teplotního čidla (2) je menší než 0,4 a emisivita vnitřního povrchu průchozí válcové dutiny (9) je větší než 0,7.