RU2700727C1 - Device for measuring temperature of surface of gas duct - Google Patents

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to thermometry and can be used to measure temperature of high-temperature high-rate processes on surfaces of different gas ducts. Device represents a metal unit made in the form of a cylinder connected to the housing with a longitudinal axial channel, in which there is a thermocouple, which is a metal tube with a heat-resistant metal insert with high heat conductivity, in which there are thermocouple wires protruding on end of thermocouple beyond metal tube with ceramic insert and connected to working junction on wall surface of gas duct. Insert from heat-resistant metal with high heat conductivity is made with grooves in internal cavity, passing in opposite located relative to longitudinal axis of insertion grooves passing on outer side of insert from heat-resistant metal with high heat conductivity and not reaching each other at distance of ten diameters of thermocouple wire. Slots are filled with high-temperature thermo- and electrically insulating composition. Thermocouple wires passing in grooves and grooves are enclosed in high-temperature insulating tube, which ends at the distance of ten diameters of thermocouple wire to the place of its welding to web, thus forming working junction of thermocouple: first thermocouple wire – jumper – second thermocouple wire.

EFFECT: reduced error of measuring gas flue surface temperature at control of high-speed high-temperature processes in gas dynamics.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов на поверхностях различных газоходов.The invention relates to thermometry and can be used to measure the temperature of high-speed high-temperature processes on the surfaces of various flues.

Известны устройства с высокотемпературными термопарами, способными без возобновления рабочего термоспая обеспечивать с допустимой погрешностью многократные измерения температуры до 1500-1600°С, которая обладает высоким механическим воздействием на термопару, если они будут снабжены защитными наконечниками (Данишевский Д.С., Сведе-Швец Н.И. Высокотемпературные термопары, М, Металлургия, 1977, с. 117-120).Known devices with high-temperature thermocouples that can, without resuming a working thermocouple, provide, with an acceptable error, multiple temperature measurements up to 1500-1600 ° C, which has a high mechanical effect on a thermocouple if they are equipped with protective tips (Danishevsky D.S., Swede-Shvets N .I. High-temperature thermocouples, M, Metallurgy, 1977, pp. 117-120).

Однако, известные устройства, хотя и обеспечивают защиту термопары от механических воздействий среды за счет введения защитных наконечников, но обладают невысоким быстродействием, т.к. введение защитных наконечников приводит к снижению теплообмена между термопарой и средой, температура которой подлежит измерению.However, the known devices, although they provide protection of the thermocouple from mechanical influences of the environment by introducing protective tips, but have a low speed, because the introduction of protective tips leads to a decrease in heat transfer between the thermocouple and the medium whose temperature is to be measured.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, описанное в патенте RU 2117265 С1, 10.08.1998.Of the known devices, the closest in technical essence to the claimed one is the device described in patent RU 2117265 C1, 08/10/1998.

Данное устройство представляет собой металлический блок, выполненный в виде соединенного с корпусом цилиндра с глухим продольным осевым каналом, в котором размещен рабочий спай термопары с защитным керамическим наконечником. Часть цилиндра выполнена выступающей за пределы корпуса. На его поверхности на расстоянии 0,3-0,4 ее длины от наружного торца цилиндра выполнена проточка. Конструкция устройства позволяет уменьшить теплоотвод от рабочего спая термопары к водоохлаждаемому корпусу, повысить механическую жесткость металлического блока, находящегося под воздействием высокой температуры и силы тяжести.This device is a metal block made in the form of a cylinder connected to the body with a blind longitudinal axial channel, in which a working junction of a thermocouple with a protective ceramic tip is placed. Part of the cylinder is made protruding beyond the housing. A groove is made on its surface at a distance of 0.3-0.4 of its length from the outer end of the cylinder. The design of the device allows to reduce the heat sink from the working junction of the thermocouple to the water-cooled body, to increase the mechanical stiffness of the metal block under the influence of high temperature and gravity.

Однако анализ прототипа выявляет существенный недостаток, который заключается в высокой погрешности измерения. Это обусловлено наличием керамического наконечника с низким коэффициентом теплопередачи от поверхности установки и среды к термопаре, массивностью конструкции самой термопары и, соответственно, повышенной теплоемкостью и тепловой инерцией.However, the analysis of the prototype reveals a significant drawback, which lies in the high measurement error. This is due to the presence of a ceramic tip with a low coefficient of heat transfer from the surface of the installation and the medium to the thermocouple, the massive structure of the thermocouple itself and, accordingly, increased heat capacity and thermal inertia.

Ожидаемым техническим результатом настоящего изобретения является уменьшение погрешности измерения температуры поверхности газохода при контроле высокотемпературных процессов в газодинамике.The expected technical result of the present invention is to reduce the error in measuring the temperature of the surface of the duct when controlling high-temperature processes in gas dynamics.

Сформулированный результат достигается тем, что в устройстве для измерения температуры поверхности газохода, представляющее собой металлический блок, выполненный в виде соединенного с корпусом цилиндра с продольным осевым каналом, в котором размещена термопара, представляющая металлическую трубку с керамической вставкой, в которой проходят термопарные провода, выступающие на конце термопары за пределы металлической трубки с керамической вставкой и соединенные в рабочий спай, введена вставка из термостойкого металла с высокой теплопроводностью с проточками во внутренней полости, переходящими в оппозитно расположенные относительно продольной оси вставки пазы, переходящие на внешнюю сторону вставки и не доходящие друг до друга на расстояние десяти диаметров термопарного провода, образуя тем самым на вершине вставки перемычку, к краям которой приварены термопарные провода, причем пазы заполнены высокотемпературным термо и электроизолятором, а термопарные провода, проходящие в проточках и пазах заключены в высокотемпературную изолирующую трубку, которая заканчивается на расстоянии десяти диаметров термопарного провода до места его приваривания к перемычке, образуя тем самым рабочий спай термопары: первый термопарный провод - перемычка - второй термопарный провод.The stated result is achieved in that in the device for measuring the temperature of the surface of the duct, which is a metal block made in the form of a cylinder connected to the body with a longitudinal axial channel, in which a thermocouple is placed, which represents a metal tube with a ceramic insert, in which thermocouple wires protruding protrude at the end of the thermocouple outside the metal tube with a ceramic insert and connected to the working junction, an insert of heat-resistant metal with high heat is introduced conductivity with grooves in the inner cavity, turning into grooves opposite to the longitudinal axis of the insert, passing to the outside of the insert and not reaching each other at a distance of ten diameters of the thermocouple wire, thereby forming a jumper on the top of the insert, thermocouple wires are welded to its edges, moreover, the grooves are filled with a high-temperature thermo and electrical insulator, and the thermocouple wires passing in the grooves and grooves are enclosed in a high-temperature insulating tube, which ends etsya at a distance of ten diameters of the thermocouple wire to the point of welding to the bridge, thus forming a work thermocouple junction: a first thermocouple wire - bridge - a second thermocouple wire.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства в разрезе.In FIG. 1 shows a General view of the device in section.

Устройство для измерения температуры газовых потоков содержит металлический корпус 1, термопару, включающую в себя термопарные провода 6 в высокотемпературной электроизолирующей трубке 2 и металлическую трубку 3, вставка 4 из термостойкого металла с высокой теплопроводностью с проточкой и пазами 5. Термопарные провода 6 без изоляции подвариваются к краям перемычки вставки 4, образуя таким рабочий спай термопары 7: первый термопарный провод - перемычка - второй термопарный провод. Устройство для измерения температуры устанавливается в канале для измерения температуры 8 и закрепляется накидной гайкой 9.A device for measuring the temperature of gas flows contains a metal housing 1, a thermocouple that includes thermocouple wires 6 in a high-temperature insulating tube 2 and a metal tube 3, an insert 4 made of heat-resistant metal with high thermal conductivity with a groove and grooves 5. Thermocouple wires 6 without insulation are welded to the edges of the jumper of insert 4, thus forming a working junction of thermocouple 7: the first thermocouple wire - jumper - the second thermocouple wire. A device for measuring temperature is installed in the channel for measuring temperature 8 and is fixed with a union nut 9.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Устройство устанавливается в канале-газоходе 8 с помощью накидной гайки 9, которая фиксирует термопару за ее металлический корпус 1. В месте сочленения металлической трубки 3 термопары и вставки 4 из термостойкого металла с высокой теплопроводностью термопарные провода 6 в высокотемпературной электроизолирующей трубке 2 заведены в проточки вставки 4 из термостойкого металла с высокой теплопроводностью. Далее термопарные провода 6 в высокотемпературной изолирующей трубке 2 проходят в пазах 5, оппозитно расположенных относительно продольной оси вставки 4 из термостойкого металла с высокой теплопроводностью и заполненных высокотемпературным электроизоляционным составом (например, алюмосиликатным цементом). Термопарные провода 6, выходя на внешнюю сторону вставки 4 из термостойкого металла с высокой теплопроводностью, привариваются к краям перемычки, образованной пазами 4, формируя тем самым рабочий спай термопары 7: первый термопарный провод - перемычка - второй термопарный провод. Причем, от места приваривания каждого из термопарных проводов 6 на расстоянии десяти его диаметров, на термопарных проводах 6 отсутствует высокотемпературная электроизолирующая трубка 2, а пазы 5 не заполнены высокотемпературным электроизоляционным составом. Длина перемычки составляет порядка десяти диаметров термопарного провода. В качестве материала вставки может быть использована, например, сталь 30ХГСА, обладающая высокими температурой плавления и теплопроводностью, достаточно постоянной в широком диапазоне рабочих температур.The device is installed in the duct-gas duct 8 using a union nut 9, which fixes the thermocouple for its metal housing 1. At the junction of the metal tube 3 of the thermocouple and insert 4 of a heat-resistant metal with high thermal conductivity, the thermocouple wires 6 in the high-temperature insulating tube 2 are inserted into the insertion grooves 4 made of heat-resistant metal with high thermal conductivity. Next, the thermocouple wires 6 in the high-temperature insulating tube 2 pass in grooves 5 opposite to the longitudinal axis of the insert 4 made of heat-resistant metal with high thermal conductivity and filled with a high-temperature insulating composition (for example, aluminosilicate cement). Thermocouple wires 6, going to the outside of the insert 4 of heat-resistant metal with high thermal conductivity, are welded to the edges of the jumper formed by grooves 4, thereby forming a working junction of thermocouple 7: the first thermocouple wire - jumper - the second thermocouple wire. Moreover, from the place of welding of each of the thermocouple wires 6 at a distance of ten of its diameters, the thermocouple wires 6 lack a high-temperature insulating tube 2, and the grooves 5 are not filled with a high-temperature insulating composition. The length of the jumper is about ten diameters of the thermocouple wire. As the insert material, for example, 30KhGSA steel, which has a high melting point and thermal conductivity, is fairly constant over a wide range of operating temperatures, can be used.

Данное исполнение рабочего спая термопары, когда, с одной стороны, термоспай (первый термопарный провод - перемычка - второй термопарный провод) является непосредственно стенкой газохода, а с другой стороны, увеличенная длина термопарных проводов с отсутствием оболочки, когда они оголены на длине десяти диаметров термопровода от места сварки к перемычке и, соответственно, имеют минимальный сток тепла на указанную оболочку, позволяет минимизировать отличие температуры термоспая от температуры стенки газохода. Это особенно существенно при измерении температуры стенок газоходов при быстропротекающих высокотемпературных процессах.This version of the working junction of the thermocouple, when, on the one hand, the thermocouple (the first thermocouple wire - jumper - the second thermocouple wire) is directly the wall of the duct, and on the other hand, the increased length of the thermocouple wires with no sheath when they are bare along the length of ten diameters from the place of welding to the jumper and, accordingly, have a minimum heat sink to the specified shell, it allows to minimize the difference between the temperature of the thermal junction and the temperature of the duct wall. This is especially important when measuring the temperature of the walls of the flues in fast-flowing high-temperature processes.

Проведенные испытания показали уменьшение погрешности измерения температуры до 2°С в диапазоне измерений до 1200°С для быстропротекающих высокотемпературных процессов (для ламинарных и турбулентных течений газов при скоростях до 900 м/с) на поверхностях различных металлических газоходов.The tests showed a decrease in the temperature measurement error to 2 ° C in the measurement range up to 1200 ° C for fast high-temperature processes (for laminar and turbulent gas flows at speeds up to 900 m / s) on the surfaces of various metal flues.

Claims (1)

Устройство для измерения температуры поверхности газохода, представляющее собой металлический блок, выполненный в виде соединенного с корпусом цилиндра с продольным осевым каналом, в котором размещена термопара, представляющая собой металлическую трубку с керамической вставкой, в которой проходят термопарные провода, выступающие на конце термопары за пределы металлической трубки с керамической вставкой и соединенные в рабочий спай, отличающееся тем, что устройство содержит круглую вставку из термостойкого металла с высокой теплопроводностью с проточками во внутренней полости, переходящими в оппозитно расположенные относительно продольной оси вставки пазы, проходящие на внешней стороне вставки и не доходящие друг до друга на расстояние десяти диаметров термопарного провода, образуя тем самым на вершине вставки перемычку, к краям которой приварены термопарные провода, причем пазы заполнены высокотемпературным термо- и электроизоляционным составом, а термопарные провода, проходящие в проточках и пазах, заключены в высокотемпературную изолирующую трубку, которая заканчивается на расстоянии десяти диаметров термопарного провода до места его приваривания к перемычке, образуя рабочий спай термопары: первый термопарный провод - перемычка - второй термопарный провод.A device for measuring the temperature of the surface of the duct, which is a metal block made in the form of a cylinder connected to the body with a longitudinal axial channel, in which a thermocouple is placed, which is a metal tube with a ceramic insert, in which thermocouple wires protrude at the end of the thermocouple beyond the metal tubes with a ceramic insert and connected to a working junction, characterized in that the device comprises a round insert of heat-resistant metal with high heat water content with grooves in the inner cavity, turning into grooves opposite to the longitudinal axis of the insert, extending on the outside of the insert and not reaching each other at a distance of ten diameters of the thermocouple wire, thereby forming a jumper on the top of the insert, thermocouple wires are welded to its edges, moreover, the grooves are filled with a high-temperature thermo-and electrical insulating composition, and the thermocouple wires passing in the grooves and grooves are enclosed in a high-temperature insulating tube, which ends at a distance of ten diameters of the thermocouple wire to the point of its welding to the jumper, forming a working junction of the thermocouple: the first thermocouple wire - jumper - the second thermocouple wire.

Images