CN107167257B - 一种测量高温高压气体总温的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种针对高温高压气体总温进行测量的装置。其特征为，包含头部1、冷却系统2、主体3、阀门4、气体分析仪5和质量流量计6六个部分。其中，头部1与主体3连接形成装置整体管路，管路前段被冷却系统2包覆，管路后段依次安装有阀门4、气体分析仪5和质量流量计6。测量时，根据质量守恒原理，通过装置头部1进口喉道的高温高压气体的质量流量等于安装在装置中质量流量计6所测量得到的气体质量流量，根据已知的装置进口喉道面积、气体总压、气体绝热指数等参数，可以反算出被测高温高压气体的总温。

Description

一种测量高温高压气体总温的装置
技术领域
本发明涉及高温高压流场测试技术领域，特别是涉及一种针对高温高压气体总温进行测量的装置，能防止装置在高温流场的测试中被高温来流损坏。
背景技术
目前，在对高温高压气体的温度测量领域，最为成熟的测温手段是热电偶测温技术，但由于受到偶丝熔点的限制，标准热电偶的测温上限在1800℃以下，非标准热电偶一般在2400℃以下。由于浸入气体中的热电偶会和周围环境之间进行辐射换热和支座之间进行热传导，所以被测气体温度越高，引入的误差就越大；在被测气体速度较高时，还会引入较大的速度误差；另外，由于热电偶材质的劣化、以及在测量高温燃气时热电偶的催化效应等也会引起误差。所有的这些误差将会使热电偶所测温度值偏离真实温度值，严重时，这种偏离可高达200-300℃。通过在热电偶外面加装滞止罩或屏蔽罩、合理的热电偶探针设计、一定的数据补偿方式等手段，可以减小各种误差的影响，但是无法根除，而且会导致热电偶的结构更加复杂。
发明内容
本发明的目的是：提供一种对高温高压气体总温进行测量的装置，该装置具有测温上限高、测温精度高的特点。
本发明的技术解决方案是：
一种测量高温高压气体总温的装置，其特征在于，装置由头部1、冷却系统2、主体3、阀门4、气体分析仪5和质量流量计6。
进一步，头部1与主体3连接形成装置整体管路，管路前段被冷却系统2 包覆，管路后端依次安装阀门4、气体分析仪5和质量流量计6。
进一步，头部1与主体3均为圆柱管路，外直径为6毫米至10毫米，头部1轴线与主体3轴线重合。
进一步，装置头部1设置有进气喉道，位置采用锥形进气面，其圆锥体的锥角为40°至160°。
进一步，测量时，被测气体受自身高压驱动，在装置头部1进气喉道处的流动速度为音速。
进一步，头部1可采用耐高温材料制作，如Cr-Mo钢系或陶瓷材料。
进一步，主体3可以采用不锈钢等材料制作。
进一步，质量流量计6可采用科里奥利质量流量计或压差式质量流量计等。
进一步，冷却系统2可以采用水冷、气冷等多种冷却形式，来降低被测气流温度。
进一步，被测气体由带喉道的装置头部1，经冷却系统2冷却后进入主体3，当阀门4关闭时，测量被测气体总压P*；当阀门4打开时，在高压作用下，使装置头部1的进气喉道处的气体流速达到音速，由质量流量计6对通过管路气体的质量流量进行测量，同时气体分析仪5对被测气体成分进行分析，得到气体的绝热指数k，进而利用公式可以计算得到被测气体的总温T*。
一种测量高温高压气体总温的装置，其基本测量原理如下：
当气体以音速通过管路喉道时，根据气体动力学知识，通过喉道的质量流量的计算公式为：
其中k为根据气体分析仪分析结果得到的气体绝热指数；R为气体常数；P*、T*分别为被测气体的总压和总温；At为装置头部喉道的流通面积。
当通过管路喉道的气体流过质量流量计时，根据流量计测量结果可知，通过流量计气体的质量流量为根据质量守恒定律，喉道处的流量和流量计所测流量相等即：
则：
由此可知，只要根据：
(1)测得被测气体的总压P*；
(2)通过流量计气体的质量流量
(3)装置头部喉道流通面积At；
(4)测得气体成分，得出气体绝热指数k；
将各测量参数带入上述计算公式，即可计算得到被测气体的总温T*。
本发明的有益效果是：上述方法中，就目前测量技术来说，压力测量的可达精度很高，即被测气体总压P*可以很精确的测量得到。由于该方法不是直接测量气体温度，而是通过质量流量参数的测量来反算气体的总温，所以不会受到速度误差的影响，受热传导、热辐射的影响很小，而且不会存在热电偶测温中的由于偶丝材料劣化而引入的测量误差，所以该方法测量高温的可达精度很高。气体总压P*的测量可以使用普通的压力传感器，所以该方法易于实现，能精确测量高温气体的总压和总温。
附图说明
附图为装置的原理示意图。
其中：1-头部、2-冷却系统、3-主体、4-阀门、5-气体分析仪、6-质量流量计。
具体实施方式
附图所示为本发明装置的原理示意图，一种测量高温高压气体总温的装置由头部1、冷却系统2、主体3、阀门4、气体分析仪5和质量流量计6组成。头部1与主体3均为圆柱管路，外直径为6毫米至10毫米，头部1轴线与主体3轴线重合。装置头部1设置有进气喉道，采用锥形进气面，其圆锥体的锥角为40°至160°。
测量时，关闭阀门4，将装置头部1置于被测高温高压气体中，测量被测气体的总压P*；打开阀门4，被测气体受自身高压驱动，使装置头部1的进气喉道处的气体流速达到音速，由质量流量计6对通过管路气体的质量流量进行测量，同时气体分析仪5对被测气体成分进行分析，得到气体的绝热指数k，进而利用公式可以计算得到被测气体的总温T*。

Claims (1)

1.一种测量高温高压气体总温的装置，其特征在于，包含头部(1)、冷却系统(2)、主体(3)、阀门(4)、气体分析仪(5)和质量流量计(6)；
头部(1)与主体(3)连接形成装置整体管路，管路前段被冷却系统(2)包覆，管路后段依次安装阀门(4)、气体分析仪(5)和质量流量计(6)；
测量时，被测气体由带喉道的装置头部(1)，经冷却系统(2)冷却后进入主体(3)，当阀门(4)关闭时，测量被测气体总压P*；当阀门(4)打开时，在高压作用下，使装置头部(1)的进气喉道处的气体流速达到音速，由质量流量计(6)对通过管路的气体的质量流量进行测量，同时气体分析仪(5)对被测气体成分进行分析，得到气体的绝热指数k，进而利用下面的公式计算得到被测气体的总温T*：
其中，P*为被测气体的总压，为通过质量流量计(6)的气体的质量流量，At为装置头部(1)的喉道流通面积，k为气体绝热指数，R为气体常数；
头部(1)与主体(3)均为圆柱管路，外直径为6毫米至10毫米，头部(1)轴线与主体(3)轴线重合；
装置头部(1)设置有进气喉道，采用锥形进气面，其圆锥体的锥角为40°至160°；
所述头部(1)采用Cr-Mo钢系材料或陶瓷材料；
所述主体(3)采用不锈钢材料制作；
所述质量流量计(6)采用科里奥利质量流量计或压差式质量流量计；
所述冷却系统(2)采用水冷或气冷，来降低被测气流温度。
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