RU2777743C1 - Device for measuring the temperature of gas flows - Google Patents
Device for measuring the temperature of gas flows Download PDFInfo
- Publication number
- RU2777743C1 RU2777743C1 RU2021127104A RU2021127104A RU2777743C1 RU 2777743 C1 RU2777743 C1 RU 2777743C1 RU 2021127104 A RU2021127104 A RU 2021127104A RU 2021127104 A RU2021127104 A RU 2021127104A RU 2777743 C1 RU2777743 C1 RU 2777743C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- tube
- diameter
- metal
- flattened
- Prior art date
Links
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 33
- 230000003247 decreasing Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000001681 protective Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000002470 thermal conductor Substances 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000004861 thermometry Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000003534 oscillatory Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов в газодинамике в условиях воздействия повышенных вибрационных нагрузок.The invention relates to thermometry and can be used to measure the temperature of fast high-temperature processes in gas dynamics under high vibration loads.
Известно устройство с высокотемпературной термопарой, обладающее механической прочностью и устойчивостью по отношению к набегающему газовому потоку, способное обеспечивать с допустимой погрешностью многократные измерения температуры среды (патент РФ №2619360, кл. G01K 7/02, G01K 13/02, 2016 г.).A device with a high-temperature thermocouple is known, which has mechanical strength and resistance to the oncoming gas flow, capable of providing multiple measurements of the medium temperature with an acceptable error (RF patent No. 2619360, class G01K 7/02, G01K 13/02, 2016).
Однако, известное устройство хотя и обладает прочностью и устойчивостью по отношению к набегающему газовому потоку, но прочность и устойчивость устройства по отношению к воздействию механических вибрационных нагрузок является недостаточной т.к. выступающие за пределы вставки корпуса термопары четыре термопарных провода обладают высокодобротными резонансными свойствами. Указанное при воздействии механической вибрации соответствующего частотного диапазона приводит к резкому резонансному нарастанию амплитуды колебаний выступающих термопарных проводов, разрушению термоспая и выходу из строя термопары в целом.However, the known device, although it has strength and stability in relation to the oncoming gas flow, but the strength and stability of the device in relation to mechanical vibration loads is insufficient. the four thermocouple wires protruding beyond the thermocouple body insert have high-Q resonant properties. This, when exposed to mechanical vibration of the corresponding frequency range, leads to a sharp resonant increase in the oscillation amplitude of the protruding thermocouple wires, the destruction of the thermojunction and the failure of the thermocouple as a whole.
Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, описанное в патенте РФ №2522838, кл. G01K 7/02. 2014 г.Of the known devices, the closest in technical essence to the claimed is the device described in RF patent No. 2522838, class.
Данное устройство содержит термопару в металлическом корпусе, рабочий спай которой расположен внутри защитного наконечника, выступающего за пределы корпуса. Выступающая за пределы корпуса часть термопары выполнена в виде металлической трубки диаметром d, заканчивающейся уплощенной лопаткой, торец которой является рабочим термоспаем, металлическая трубка имеет уменьшающийся в сторону уплощенной лопатки диаметр, равный 0,4÷0,5 d, а уплощенная лопатка имеет следующие размеры: длина 0,3÷0,4 d, ширина 0,7÷0,8 d, толщина 0,1÷0,2 d, при этом в металлической трубке размещены термопровода, изолированные друг от друга и от трубки, переходящей в уплощенную лопатку, и имеющие диаметр, уменьшающийся пропорционально уменьшению диаметра трубки и сохраняющийся постоянным внутри уплощенной лопатки, защитный наконечник выполнен металлическим и перфорированным.This device contains a thermocouple in a metal case, the working junction of which is located inside a protective tip protruding outside the case. The part of the thermocouple protruding beyond the body is made in the form of a metal tube with a diameter d, ending with a flattened blade, the end of which is a working thermojunction, the metal tube has a diameter decreasing towards the flattened blade, equal to 0.4÷0.5 d, and the flattened blade has the following dimensions : length 0.3 ÷ 0.4 d, width 0.7 ÷ 0.8 d, thickness 0.1 ÷ 0.2 d, while thermal conductors are placed in the metal tube, isolated from each other and from the tube, which turns into a flattened blade, and having a diameter decreasing in proportion to a decrease in the diameter of the tube and remaining constant inside the flattened blade, the protective tip is made of metal and perforated.
Однако анализ прототипа выявляет существенный недостаток, который заключается в низкой прочности и устойчивости по отношению к воздействию механических вибрационных нагрузок и газодинамических нагрузок, что обусловлено уменьшением диаметра выступающей за пределы корпуса металлической трубки части термопары в сочетании с достаточно массивной по отношению к ней лопаткой, развернутой плоской частью по отношению к набегающему динамическому газовому потоку.However, the analysis of the prototype reveals a significant drawback, which consists in low strength and resistance to the effects of mechanical vibration loads and gas-dynamic loads, which is due to a decrease in the diameter of the part of the thermocouple protruding beyond the body of the metal tube in combination with a rather massive blade in relation to it, deployed flat part with respect to the incident dynamic gas flow.
Действительно, в случае возникновение вибрации соответствующего частотного диапазона (при механических колебаниях устройства или газодинамических нагрузках) происходит резкое резонансное нарастание амплитуды сужающейся выступающей за пределы корпуса металлической трубки части термопары с лопаткой и излому конструкции (как правило в месте соединения с лопаткой).Indeed, in the event of vibration of the corresponding frequency range (due to mechanical vibrations of the device or gas-dynamic loads), there is a sharp resonant increase in the amplitude of the narrowing part of the thermocouple protruding beyond the body of the metal tube with a blade and a break in the structure (usually at the junction with the blade).
Так для случая газодинамических нагрузок, при обтекании выступающей за пределы корпуса конструкции за ней периодически возникают завихрения. Если их частота равна или приблизительно соответствует частоте собственных колебаний сужающейся выступающей за пределы корпуса металлической трубки части термопары с лопаткой, то возникают резонансные колебания.So for the case of gas-dynamic loads, when the structure protruding beyond the body is flowed around, vortices periodically arise behind it. If their frequency is equal to or approximately corresponds to the frequency of natural oscillations of the part of the thermocouple with a blade tapering protruding beyond the body of the metal tube, then resonant oscillations occur.
При этом, например, частота отрыва вихрей nw зависит от скорости течения V, диаметра обтекаемого тела d и коэффициента Штрогала st: nw=st*v/d. Если в данное выражение взамен nw подставить частоту собственных колебаний n0 и диаметр d конструкции, то полученное значение V и есть возбуждающая резонансные колебания скорость течения потока. Частота собственных колебаний уменьшается при повышении температуры. Влияние отрыва вихрей вне резонансной области можно учесть при помощи коэффициента усиления динамического напора.In this case, for example, the frequency of separation of vortices n w depends on the flow velocity V, the diameter of the streamlined body d and the Strogal coefficient s t: n w =s t *v/d. If in this expression instead of n w we substitute the frequency of natural oscillations n 0 and the diameter d of the structure, then the obtained value V is the flow velocity that excites resonant oscillations. The frequency of natural oscillations decreases with increasing temperature. The effect of vortex separation outside the resonant region can be taken into account using the dynamic head amplification factor.
Ожидаемым техническим результатом настоящего изобретения является повышение механической прочности и устойчивости термопары за счет исключения разрушения выступающего за пределы корпуса сужающейся металлической трубки термопары в условиях воздействия вибрационных и газодинамических нагрузок при сохранении быстродействия устройства.The expected technical result of the present invention is to increase the mechanical strength and stability of the thermocouple by eliminating the destruction of the tapering metal tube of the thermocouple protruding beyond the body under vibration and gas-dynamic loads while maintaining the speed of the device.
Сформулированный результат достигается тем в устройство для измерения температуры газовых потоков, содержащее защитный металлический перфорированный наконечник, термопару, проходящую в металлическом корпусе, выступающая часть которой выполнена в виде металлической трубки диаметром d и заканчивающаяся уплощенной лопаткой, торец которой является термоспаем, металлическая трубка имеет уменьшающийся в сторону уплощенной лопатки диаметр, равный 0,4÷0,5 d непосредственно перед лопаткой, а уплощенная лопатка имеет следующие размеры: длина 0,3÷0,4 d, ширина 0,7÷0,8 d, толщина 0,1÷0,2 d, при этом внутри металлической трубки размещены термопровода, изолированные друг от друга и от трубки, переходящей в уплощенную лопатку и имеющие диаметр, уменьшающийся пропорционально уменьшению диаметра трубки и сохраняющийся постоянным внутри уплощенной лопатки, введен металлический корпус со стороны набегающего газового потока, имеющий резьбу, на которую навинчивается конусообразная насадка, вершиной доходящая до основания лопатки и заканчивающаяся герметичной развальцовкой у ее основания, а внутри конусообразная насадка заполнена уплотненной термо- и электроизоляционной порошковой засыпкой.The formulated result is achieved in a device for measuring the temperature of gas flows, containing a protective metal perforated tip, a thermocouple passing in a metal case, the protruding part of which is made in the form of a metal tube with a diameter d and ending with a flattened blade, the end of which is a thermal junction, the metal tube has a decreasing in side of the flattened blade, the diameter is equal to 0.4÷0.5 d directly in front of the blade, and the flattened blade has the following dimensions: length 0.3÷0.4 d, width 0.7÷0.8 d, thickness 0.1÷ 0.2 d, while inside the metal tube there are thermal conductors isolated from each other and from the tube passing into the flattened blade and having a diameter that decreases in proportion to the decrease in the diameter of the tube and remains constant inside the flattened blade, a metal case is inserted from the side of the oncoming gas flow, having a thread on which a cone-shaped nozzle is screwed, with a top reaching extending to the base of the blade and ending with a hermetic flare at its base, and inside the cone-shaped nozzle is filled with compacted thermal and electrical insulating powder filling.
На Фиг. 1 изображен общий вид устройства в разрезе.On FIG. 1 shows a general view of the device in section.
Устройство для измерения температуры газовых потоков содержит металлический корпус 1 термопары, защитный наконечник 2, металлическую трубку 3 диаметром d, выполненную из жаропрочного материала, обладающего стойкостью к высокотемпературной агрессивной среде и динамическим механическим нагрузкам (например, из сплава ХН67МВТЮ), и лопатку 4. В торце лопатки 4 расположен рабочий термоспай 5. Трубка 3 выполнена таким образом, что на выходе из металлического корпуса 1 имеет уменьшающийся диаметр до 0,4÷0,5 d и далее переходит в уплощенную лопатку с длиной 0,3÷0,4 d, шириной 0,7÷0,8 d и толщиной 0,1÷0,2 d. Уменьшение диаметра трубки 3 до 0,4÷0,5 d обеспечивает снижение теплоемкости термопары и, как следствие, увеличение скорости теплопередачи от среды к рабочему термоспаю 5. Дополнительное увеличение коэффициента теплопередачи достигается за счет аэродинамического торможения на плоской части лопатки 4. Для увеличения прочности и стойкости, к вибрационным и газодинамическим нагрузкам введена конусообразная насадка 9, навинченная по резьбе 8 на корпус 1 термопары. Конусообразная насадка 9 перед лопаткой 4 заканчивается герметичной развальцовкой 10. Внутри конусообразной насадки 9 выполнена уплотненная термо- и электроизоляционная порошковая засыпка 11. Термопровода в области уменьшающегося диаметра, а также в области лопатки 4 выполнены таким образом, что имеют диаметр, уменьшающийся пропорционально уменьшению диаметра трубки 3 и далее сохраняющийся постоянным внутри уплощенной лопатки 4. Термопровода внутри трубки 3 и лопатки 4 изолированы между собой и от трубки 3 с помощью порошкового изолятора.The device for measuring the temperature of gas flows contains a metal case 1 of a thermocouple, a
Устройство работает следующим образом. Устройство устанавливается в газоходе 6 с помощью накидной гайки 7 таким образом, что лопатка 4 плоской частью располагается поперек направления газового потока. Рабочий термоспай 5 термопары, расположенный в торце лопатки 4, воспринимает температуру газового потока и формирует электрический потенциал, пропорциональный измеряемой температуре.The device works as follows. The device is installed in the gas duct 6 with the help of a
Указанное исполнение трубки 3 и лопатки 4, которые выступают за пределы корпуса 1, обеспечивает пониженную термическую инерцию конструкции в сочетании с механической прочностью. Пониженная термическая инерция конструкции позволяет обеспечить измерение температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов в газоходе 6. Дополнительное повышение быстродействия достигается за счет установки плоской части лопатки 4 поперек газового потока, что приводит к повышению теплопередачи от среды к рабочему термоспаю за счет его аэродинамического торможения на лопатке 4 и улучшения теплообмена между ними.The specified design of the
Для повышения механической прочности и устойчивости термопары за счет исключения резонансных явлений и разрушения выступающей за пределы корпуса 1 сужающейся металлической трубки 3 термопары с лопаткой 4 в условиях воздействия вибрационных нагрузок и газодинамических нагрузок используется конусообразная насадка 9 с герметичной развальцовкой 10, заполненная уплотненной термо- и электроизоляционной порошковой засыпкой 11, которая снижает добротность механической колебательной системы: выступающая за пределы корпуса 1 сужающаяся трубка 3 термопары - лопатка 4.To increase the mechanical strength and stability of the thermocouple due to the exclusion of resonance phenomena and the destruction of the tapering
Указанное позволяет снизить амплитуду колебаний указанной конструкции при воздействии соответствующих по частоте вибрационных и газодинамических нагрузок и тем самым исключить резонанс и разрушение конструкции.This makes it possible to reduce the amplitude of oscillations of the specified structure under the influence of vibrational and gas-dynamic loads corresponding in frequency and thereby eliminate resonance and destruction of the structure.
Для предотвращения излишних механических нагрузок на выступающую часть трубки 3 и лопатку 4 от воздействия скоростного напора газовой среды служит перфорированный металлический наконечник 2.
Экспериментально установлено, что стабильная работа устройства достигается при вышеуказанных размерах, а введение конусообразной насадки с термо- и электроизоляционной засыпкой не влияет на быстродействие устройства.It has been experimentally established that stable operation of the device is achieved with the above dimensions, and the introduction of a cone-shaped nozzle with thermal and electrical insulating backfill does not affect the speed of the device.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2777743C1 true RU2777743C1 (en) | 2022-08-09 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU134052A1 (en) * | 1960-03-04 | 1960-11-30 | В.А. Зайцев | Airplane thermometer |
| US4646578A (en) * | 1985-04-30 | 1987-03-03 | Leco Corporation | Molten metal sampling device |
| RU2117265C1 (en) * | 1997-03-25 | 1998-08-10 | Акционерное общество закрытого типа Научно-производственное объединение "Алгон" | Device measuring temperature of corrosive melts |
| RU90555U1 (en) * | 2009-08-27 | 2010-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | DEVICE FOR MEASURING TEMPERATURE OF THE ENVIRONMENT AND SURFACE |
| RU2522838C1 (en) * | 2012-12-03 | 2014-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Gas flow temperature gage |
| RU2619360C1 (en) * | 2016-04-20 | 2017-05-15 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Device for measurement of temperature of gas flows |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU134052A1 (en) * | 1960-03-04 | 1960-11-30 | В.А. Зайцев | Airplane thermometer |
| US4646578A (en) * | 1985-04-30 | 1987-03-03 | Leco Corporation | Molten metal sampling device |
| RU2117265C1 (en) * | 1997-03-25 | 1998-08-10 | Акционерное общество закрытого типа Научно-производственное объединение "Алгон" | Device measuring temperature of corrosive melts |
| RU90555U1 (en) * | 2009-08-27 | 2010-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | DEVICE FOR MEASURING TEMPERATURE OF THE ENVIRONMENT AND SURFACE |
| RU2522838C1 (en) * | 2012-12-03 | 2014-07-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Gas flow temperature gage |
| RU2619360C1 (en) * | 2016-04-20 | 2017-05-15 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Device for measurement of temperature of gas flows |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xu et al. | Strouhal numbers in the wake of two inline cylinders | |
| JP6216775B2 (en) | Damping damper for sensor housing | |
| Davies et al. | The characteristics of the turbulence in the mixing region of a round jet | |
| US7275013B1 (en) | Plasma anemometer and method for using same | |
| RU2608331C1 (en) | Bending moment sensor for high-temperature vortex flow meters | |
| Jiang et al. | Theoretical and experimental studies of micromachined hot-wire anemometers | |
| CN108713130B (en) | Sensor assembly for a sensor, sensor and measurement system formed therewith | |
| US7007556B2 (en) | Method for determining a mass flow of a fluid flowing in a pipe | |
| JP2004507753A (en) | Microsensor for measuring velocity and angular direction of incident airflow | |
| RU2777743C1 (en) | Device for measuring the temperature of gas flows | |
| Kimmel et al. | Space-time correlation measurements in a hypersonic transitional boundary layer | |
| US4132110A (en) | Vibration type liquid density meter | |
| WO2010042133A1 (en) | Plasma sensors and related methods | |
| RU2688876C2 (en) | Asymmetric bending moment sensor for high-temperature vortex flow meters | |
| JP4129881B2 (en) | Explosion-proof high temperature multi-vortex flowmeter | |
| Khoo et al. | Dynamic response of a hot-wire anemometer. Part I: A marginally elevated hot-wire probe for near-wall velocity measurements | |
| EP0113554A1 (en) | Radially activated thermocouple assembly | |
| US10641786B2 (en) | Fluid test device with electrical connector having electric heating tube for heat exchange process | |
| EP3372972B1 (en) | Electrical connector, fluid state test device, and fluid heat exchange system | |
| RU2522838C1 (en) | Gas flow temperature gage | |
| CN116105877A (en) | Measuring insert for sensing temperature | |
| JPS62278421A (en) | Temperature sensor | |
| KR102047718B1 (en) | Voltage measurement apparatus using variable sampling data | |
| Matsuo et al. | Experimental study on temperature separation in vortex chamber | |
| JP3046363B2 (en) | Sensor for Karman vortex flow meter |