DK148219B - Fremgangsmaade og apparat til maaling af hede gassers temperatur - Google Patents

Description

i U8219

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til måling af hede gassers temperatur i omgivelser, hvor der tillige optræder varmestråling. Ved temperaturmåling af hede gasser ved en temperatur på omkring 1000° eller derover, f.eks. ved 5 måling af temperaturen af afgangsgasserne fra en ovn, vil målingen ofte være generet af, at målelegemet ud over at modtage varme fra de varme gasser yderligere modtager eller afgiver en del strålevarme, afhængig af omgivelsernes temperatur, f.eks. hvor der er tale om en ovn, fra en varmekilde, 10 f.eks. en flamme, der tjener til ophedning af ovnen. Målelegemet må derfor beskyttes mod stråling, f.eks. ved at være omgivet af en blankpoleret kappe. Det er imidlertid vanskeligt at finde materialer, der er i stand til at bevare en blank overflade ved de høje temperaturer, som målelegemet og 15 kappen opvarmes til ved måling af hede gassers temperatur.

En målemetode, ved hvilken det ikke er nødvendigt, at målelegemet opvarmes til samme temperatur som den hede gas, hvis temperatur skal måles, består i, at der foretages en måling af varmeafgivelsen til et strålingsbeskyttet måle-20 legeme, hvis temperatur under målingen holdes konstant og væsentligt under gastemperaturen, der skal måles, måling af målelegemets temperatur og beregning af gastemperaturen efter formlen: Q = hA(TG - T), 25 hvor Q er den målte varmeafgivelse, h er varmeoverføringskoefficienten for varmeoverføringen mellem den hede gas og det strålingsbeskyttede målelegeme, A er målelegemets overfladeareal, T er målelegemets temperatur, og TQ er den søgte gastemperatur.

30 Da varmeoverføringskoefficienten h imidlertid kun lader sig bestemme meget usikkert teoretisk, er det opfindelsens formål at anvise en målemetode, ved hvilken det ikke er nødvendigt på forhånd at kende h. Dette opnås ifølge opfindelsen ved måling af varmeafgivelsen til to identisk ens 35 strålingsbeskyttede målelegemer med indbyrdes forskellige temperaturer, der ligger væsentligt under gastemperaturen, der skal måles, samt måling af de respektive målelegemers temperatur og beregning af gastemperaturen efter ligningerne Qa - hA(TQ - Ta) og Qb = hA(TQ - Tfe), hvor 2 148219

Qa og er den målte varmeafgivelse til de respektive strålingsbeskyttede målelegemer h .er varmeoverføringskoefficienten for varmeover-føringen mellem den hede gas og de respektive 5 strålingsbekyttede målelegemer A er målelegemernes overfladeareal T& og er de respektive målelegemers temperatur, og TQ er den søgte gastemperatur.

I kraft af, at de to strålingsbeskyttede målelegemer 10 er identisk ens, er størrelsen hA den samme i begge ligninger, og denne størrelse kan således bortskaffes. Det skal bemærkes, at der på grund af målelegemernes forskellige temperatur kan eksistere en mindre forskel i varmeoverføringskoefficienterne for de to målelegemer, men denne forskel 15 vil ved de praktisk forekommende temperaturer være uden måle-teknisk betydning, eller der vil kunne korrigeres for denne forskel ved anvendelse af let tilgængelige korrektionsfaktorer.

Varmeafgivelsen til de enkelte strålebeskyttede måle-20 legemer kan ifølge opfindelsen måles ved ved konstant holdt målelegemetemperatur at måle varmestrømmen gennem en kendt varmeleder, der bortleder den til det strålingsbeskyttede målelegeme afgivne varme, idet en stationær målelegemetemperatur netop er udtryk for, at varmestrømmen, der bort-25 ledes fra målelegemet, er lig med varmestrømmen, der føres til målelegemet ved dettes berøring med den varme gas, hvis temperatur skal måles.

Varmestrømmen gennem den kendte varmeleder kan ifølge opfindelsen måles ved måling af temperaturen i to punkter 30 langs varmelederen og beregning efter formlen Q = - At (Τχ - T2), hvor, Q er den søgte varmestrøm K er varmelederens varmeledningsevne 35 L er afstanden mellem de to målepunkter A.J. er varmelederens tværsnitsareal, og og Tg ©r de målte temperaturer i de to målepunkter.

148219 3

En anden metode til måling af varmeoverførslen til målelegemerne er at køle disse ved at lade et kølemiddel gennemstrømme dem. Kølemidlets strømningshastighed kan reguleres for at holde temperaturen af det kølemiddel, der 5 forlader målelegemet, konstant, hvilket afspejler en konstant målelegemetemperatur. Den varmemængde, der pr. tidsenhed ledes bort fra målelegemet, kan bestemmes som produktet af den mængde kølemiddel, der pr. tidsenhed strømmer igennem målelegemet, kølemidlets varmefylde og dets temperaturtiΙ-ΙΟ vækst ved passagen gennem målelegemet.

Opfindelsen angår også et apparat til udøvelse af fremgangsmåden, hvilket apparat ifølge opfindelsen er ejendommeligt ved, at det omfatter to målesystemer, der hvert især består af et strålingsbeskyttet målelegeme til anbring-15 else i den gas, hvis temperatur skal måles, midler til at holde målelegemets temperatur lavere end gassens temperatur, midler til måling af raålelegemets temperatur, og midler til bestemmelse af varmeoverførslen fra gas til målelegeme.

Et sådant apparat kan ifølge opfindelsen være udformet 20 således, at hvert af de to målesystemer omfatter et strålingsbeskyttet målelegeme, der udgør den ene ende af en heat tube, hvor driftstemperaturerne for de i de to målesystemer indgående heat tubes er indbyrdes forskellige og ligger væsentligt under den gastemperatur, der skal måles, medens 25 den anden ende af heat tuben er forbundet til den ene ende af en varmeledende stang, hvis anden ende holdes kølet, og hvor midlerne til bestemmelse af varmeoverførslen består af temperaturmåleorganer til måling af temperaturen i to punkter langs den varmeledende stang. Ved at lade det strålingsbe-30 skyttede målelegemer være en del af en heat tube opnår man meget hurtigt fordeling af den til målelegemet førte varme, idet en heat tube ved sin driftstemperatur og temperaturer derover besidder en varmeledningsevne flere hundrede gange større end varmeledningsevnen for almindeligt kendte faste 35 stoffer, og hele heat tuben vil derfor hurtigt antage tilnærmelsesvis samme temperatur som målelegemet.

Da det af hensyn til målenøjagtigheden er af betydning at opretholde en forholdsvis stejl temperaturgradient i de 4 148219 varmeledende stænger, kan apparatet ifølge opfindelsen være indrettet således, at de varmeledende stænger i de to målesystemer har forskellig længde, idet stangen i målesystemet med heat tuben med lavest driftstemperatur er kortest.

5 I en anden udførelsesform ifølge opfindelsen kan midlerne til at holde målelegemernes temperaturer lavere end gastemperaturen omfatte midler til at føre kølemiddel igennem målelegemerne, midlerne til måling af målelegemernes temperaturer kan bestå af temperaturmåleorganer i kølemidlets retur-10 løbsrør, og midlerne til bestemmelse af varmeoverførslen kan bestå af temperaturmåleorganer i tilløbs- og returløbsrørene for kølemidlet, og mindst en strømningsmåler til måling af kølemiddelstrømmen.

Opfindelsen forklares i det følgende nærmere under 15 henvisning til tegningen, på hvilken

Fig. 1 viser en måleopstilling til måling af en gastemperatur under anvendelse af to målesystemer med heat tubes, og Fig. 2 en opstilling til måling af en gastemperatur 20 under anvendelse af to målesystemer med gennemstrømmende kølemiddel.

Gassen, hvis temperatur skal måles, er markeret ved en pil 1 og bringes til at passere to i geometrisk henseende ens målelegemer, der hver især udgøres af enden af en heat tube 25 henholdsvis 2 og 3 forsynet med en blankpoleret strålingsreflekterende, varmeoverførende kappe henholdsvis 4 og 5.

Heat tuberne 4 og 5 er over resten af deres længde isoleret ved hjælp af en isolerende kappe 6 og er ført igennem en ovnvæg 7. Heat tuberne er ved deres modsatte ende forbundet med 30 varmeledende stænger henholdsvis 8 og 9, hvis modsatte ender over endnu er par heat tubes afkøles ved hjælp af et kølemedium, der er markeret ved pilene 11.

Ved de ender af heat tuberne 2 og 3, der er forbundet med de varmeledende stænger 8 og 9, findes temperaturmåle-35 organer henholdsvis 12 og 13, endelig findes der på den varmeledende stang 8 temperaturmålende organer 14, 15 anbragt 148219 5 med afstanden L og ved den varmeledende stang 9 temperatur- α måleorganer 16/ 17 anbragt med afstanden L^. De to heat tubes 2 og 3 er valgt således, at de har forskellig driftstemperatur, og således at deres driftstemperaturer hver især 5 ligger væsentligt under den temperatur, der skal måles.

En heat tubes driftstemperatur er bestemt af det varmeoverføringsmedium, der anvendes i tuben. Ved driftstemperatur og temperaturer derover optræder tuben med en varme-ledningsevne, der er flere hundrede gange større end f.eks.

10 kobbers varmeledningsevne. Tilføres der til heat tubens "varme" ende mere varme, end der bortledes ved den "kolde", stiger arbejdstemperaturen kun lidt, medens heat tuben bevarer sin gode varmeledningsevne. Et stadigt tilført varme-overskud vil føre til ødelæggelse af heat tuben.

15 Heat tuberne 2 og 3-kan være valgt med driftstem- peraturer på f.eks. 400° C og 15o° C. Den varme, der tilledes til heat tubernes ene ende inde i ovnen, må bortledes ved heat tubernes modsatte ende uden for ovnen, hvilket sker dels gennem de varmeledende stænger henholdsvis 8 og 9 og to heat 20 tuber 10 med lav driftstemperatur, f.eks. 35° C, hvilke to heat tuber holdes afkølet af et kølemedium, f.eks. vand.

Da målelegemerne ved heat tuberne 2, 3's højre ende er udformet til at have ens varmeoverføringsegenskaber, vil varmestrømmen i heat tuben 3 med den laveste driftstemperatur 25 være størst. Da desuden temperaturfaldet over den varmeledende stang 9 skal være mindre end temperaturfaldet over den varmeledende stang 8, er det hensigtsmæssigt at gøre stangen 9 kortere end stangen 8. Da de to heat tuber 10 er noget nær ens og køles af samme kølemedium, vil den nederste af disse, 30 der skal bortlede en større varmemængde, antage en lidt højere arbejdstemperatur end den øverste.

Måles temperaturen i de ved måleorganerne 12 og 13 angivne punkter, giver de her målte temperaturer et udtryk for temperaturen af de i ovnen anbragte målelegemer, idet 35 temperaturen ved den del af heat tuberne, der ligger uden for ovnen, ikke adskiller sig væsentligt fra den del, der ligger inden for ovnen og dermed temperaturen af de respektive målelegemer, der modtager varme fra den varme gas, hvis 6 148219 temperatur skal måles. Da heat tuberne og de til disse sluttede varmeledende stænger er omgivet af isolering 6, sker afledningen af varme gennem de varmeledende stænger 8, 9 og varmestrømmen igennem de enkelte stænger lader sig beregne 5 ved måling af temperaturen i med kendt afstand anbragte punkter henholdsvis 14, 15 og 16, 17. Betegnes de to målesystemer med henholdsvis a og b, lader den søgte røggastemperatur sig beregge ud fra nedenstående ligningssystem.

Qa = ΊΓ At (T14 “ T15 = hA (TG ” T12} a a 10 Qb = Atb (T16 ” T17) = hA ^TG “ T13^ hv°r Q og Q, er den gennem de respektive systemer bortledte a d varme, K og K. er varmeledningsevnen for det til stængerne hen-a id holdsvis 8 og 9 anvendte materiale, 15 La og Ιι^ er afstanden mellem temperaturmåleorganerne henholdsvis 14, 15 og 16, 17,

At og er tværsnitsarealerne af stængerne henholdsvis 8 a d _ og 9, h er varmeoverføringskoefficienten for varmeover- 20 . førsien mellem den hede gas, hvis temperatur skal måles, og de ens målelegemer, A er målelegemernes overfladeareal, T^2 ~ Ti7 er ^e ^ punkterne 12-17 målte temperaturer, og TG er den søgte gastemperatur.

25 Heraf fås ved anvendelse af samme materiale og samme tværsnitsareal for stængerne 8 og 9: ^a = ^b T14 ~ T15 = TG ~ T12 Qb La T16 " T17 TG " T12

Beregningen af kan i praksis udføres af en minicomputer, således at gastemperaturen angives direkte.

30 Fremgangsmåden ifølge opfindelsen kan også udøves ved anvendelse af en opstilling, som vist i fig. 2. I fig. 2 holdes to blankpolerede, varmereflekterende, ens målelegemer (24, 25), der er anbragt i gassen 1, hvis temperatur skal måles, nedkølet til en temperatur, der er væsentligt lavere end 148219 7 gassens. Nedkølingen opnås ved, at et flydende kølemiddel føres igennem målelegemerne, og den varmemængde, der bortledes fra de respektive målelegemer, beregnes på grundlag af det gennemstrømmede væskevolumen, kølemidlets varmefylde og tem-5 peraturforskellen mellem kølemidlet i tilledningen og i returledningen.

For at opnå, at de to måleelementer arbejder ved forskellige egentemperaturer, kan man lade kølemidlet strømme med forskellig hastighed igennem målelegemerne, eller man kan 10 anvende samme kølemiddelstrøm, men lade indgangstemperaturen for kølemidlet til det ene målelegeme være lavere end indgangstemperaturen for kølemidlet til det andet målelegeme.

Dette opnås hensigtsmæssigt ved at koble de to kølekredsløb i serie, således at returløbet fra det ene udgør frem-15 løbet for det andet, som antydet i fig. 2, hvor 26, 28 angiver tilledningsrørene, og 27, 29 returrørene for de respektive målelegemer. Pilene 30 markerer kølemiddelstrømmen. Kølemiddelrørene er isoleret fra omgivelserne og fra hinanden for at sikre, at kølemidlets temperaturstigning i hoved-20 sagen kun stammer fra den fra målelegemerne bortledte varme.

Rørene 26 og 28 og rørene 27 og 29 er forsynet med temperaturmåleorganer 31, 32, 33 og 34, magen til organerne 12-17, samt med en eller flere strømningsmålere 35 og 36.

Temperaturen af et målelegeme kan regnes lig med 25 temperaturen af kølemidlet, der kommer retur fra det pågældende legeme. I virkeligheden vil målelegemets temperatur ligge lidt over denne værdi. Denne temperaturforskel kan findes ved kalibrering af føleelementet og kan indgå i beregningerne.

30 Betegnes de to måleopstillingen i fig. 2 med hen holdsvis I og II, fås ved beregning af den varmemængde, der pr. tidsenhed føres til og bortledes fra de respektive målelegemer, følgende ligninger.

Qx = FI x VSI x (T27 - T26) = hA (TQ - TI) 35 Qi;t = Fj-j- X vsil X ^T29 ” T27^ ~ hA ^TG " TII^ ' hvor 148219 8

Ql og QTI er den gennem de respektive systemer bortledte varme,

Fx og Ρχχ kølemiddelstrømmen gennem de respektive målelegemer, 5 VSI og. Vgxj varmefylden af det i de respektive systemer anvendte kølemiddel, T26 ” ^29 temperaturerne af kølemidlet i rørene 26-29 h varmeoverføringskoefficienter for varmeover- førslen mellem den varme gas, hvis temperatur 10 skal måles, og de identiske målelegemer, A overfladearealet og målelegemerne TG gastemperaturen, der skal bestemmes, og Τχ og Τχχ de respektive målelegemers temperatur.

Anvendes samme kølemiddel og samme strømningshas- 15 tighed i de to målesystemer, hvilket f.eks. er tilfældet, hvis de to systemer seriekobles, fås til beregning af T^: - ΤΟΛ T„ - T_ 27 26 _ G I ,

m - t T - T hvor l29 28 G XII

TI ” T27 + CI 09 TII*T29+CII hVor Οχ og Οχχ er korrektionsstørrelser, der findes ved kalibre-20 ring.

Ved seriekobling af målesystemerne er endvidere: T27 = T28

Claims (4)

148219 KRAV.

1. Fremgangsmåde til måling af hede gassers temperatur, især i omgivelser, hvor der tillige optræder varmestråling, ved måling af varmeafgivelsen til et strålingsbeskyttet målelegeme, hvis temperatur under målingen holdes konstant og 5 væsentligt under gastemperaturen, der skal måles, kendetegnet ved måling af varmeafgivelsen til to identisk ens strålingsbeskyttede målelegemer med indbyrdes forskellige temperaturer, der ligger væsentlig under gastemperaturen, der skal måles, samt måling af de respektive målelegemers 10 temperatur og beregning af gastemperaturen efter ligningerne Qa = hA (TQ - Ta) og Qb = hA (TG - Tfe), hvor Qa og er den målte varmeafgivelse til de respektive strålingsbeskyttede målelegemer h er varmeoverføringskoefficienten for 15 varmeoverføringen mellem den hede gas og de respektive strålingsbekyttede målelegemer A er målelegemernes overfladeareal og Tfø er de respektive målelegemers temperatur, og TG er den søgte gastemperatur.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at varmeafgivelsen til de enkelte strålingsbeskyttede målelegemer måles ved ved konstant holdt målelegemetemperatur at måle varmestrømmene gennem kendte varmeledere, der bortleder den til det strålingsbeskyttede målelegeme afgivne 25 varme.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at varmestrømmen gennem den kendte varmeleder måles ved måling af temperaturen i to punkter langs varmelederen og beregning efter formlens

30 Q = 5 a* (T, - T0), hvor L Q er den søgte varmestrøm K er varmelederens varmeledningsevne L er afstanden mellem de to målepunkter

35 Afc er varmelederens tværsnitsareal, og og T2 er de målte temperaturer i de to målepunkter.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at målingen af varmeoverførslen til målelegemerne sker