Измерение температуры потока

Измерение температуры потока приобрело важное значение в связи с исследованиями аэродинамического нагрева стенок ЛА, особенно при больших скоростях. Если газ движется с такой скоростью, когда становится заметным влияние сжимаемости, то следует различать два температурных параметра: статическую температуру Т и температуру торможения Т₀. статическая температура газа есть температура которую показал бы термометр, движущийся вместе с газом. Статическая температура может быть определена только каким – либо косвенным методом. Так как датчик температуры, введенный в поток газа, вносит возмущения, изменяющие температуру вблизи датчика, то он покажет температуру Т_н лежащую в интервале:

T < T_н < T₀.

Поэтому основной характеристикой датчиков температуры считают коэффициент восстановления датчика:

,

который автоматически учитывает теплообмен между насадком и окружающей средой и зависит от скорости потока и типа датчика. Значение ξ, для конкретного датчика определяются тарировкой в специальной аэродинамической трубе.

В зависимости от диапазона измерений датчики можно разбить на три вида:

1. Датчики для больших малых скоростей и малых температур.

2. Датчики для высоких скоростей и температур до 300-400ºС.

3. Датчики для больших и малых скоростей и высоких температур до 1000-1200ºС.

Простейшим датчиком первого вида является ртутный термометр, однако значительно более высоким быстродействием и удобством применения обладают термометры сопротивления и термопары. При этом применяются термопары из проволок диаметром 0,1-0,2 мм из сплавов железа или меди с константаном. Термосопротивление или термопара вводятся непосредственно в поток.

Самый надежный способ измерения температуры торможения с коэффициентом восстановления ξ близким к единице в широком диапазоне скоростей, состоит в адиабатическом торможении газа вблизи спая термопары. Датчик такого типа для М =0,2 – 3,0 показан на рисунке 7.15.

Рис. 7.15. Датчик температуры с диффузором

При высоких температурах (более 300ºС), когда температура датчика отличается от температуры окружающих тел более чем на 50ºС, основным источником погрешностей являются потери тепла на излучение. Так как излучение тепла уменьшается с уменьшением площади поверхности, то желательно применять датчики меньших размеров. Наиболее радикальным способом уменьшения излучения является экранирование датчика, когда термопара окружается несколькими концентрическими экранами (Рис. 7.16,а). Такие датчики обеспечивают значение коэффициента восстановления ξ =0,9 при температурах до 900-1000ºС.

Рис. 7.16. Экранированный датчик для высоких температур:

а) – экранированный датчик; б) – датчик с подогреваемым экраном.

Уменьшение потерь на излучение (ξ =0,94-0,99) при высоких температурах и скоростях потока (М ≤6) может быть достигнуто путем нагрева экрана до температуры близкой к температуре окружающих тел (Рис.7.16,б).

Дата добавления: 2014-01-07