CS257335B1

CS257335B1 - Flow temperature probe with tempered screen

Info

Publication number: CS257335B1
Application number: CS868834A
Authority: CS
Inventors: Jan Divis
Original assignee: Jan Divis
Priority date: 1986-12-02
Filing date: 1986-12-02
Publication date: 1988-04-15
Also published as: CS883486A1

Abstract

Řešení se týká průtočné teplotní sondy s temperovaným stíněním. Podstata řešení spočívá v tom, že do průchozí válcové dutiny cylindrického plášťového temperovaného tělesa je centrálně umístěno na distančních elementech teplotní čidlo. Termoelektrický spoj teplotního čidla je vzdálen od náběžné strany cylindrického plášťového temperovaného tělesa 0,5 až 1,5 průměru průchozí válcové dutiny. V temperovaném tělese jsou vytvořeny prostřednictvím přepážky průtočné kanálky zaústěné z jedné strany do vstupní komory s přívodní trubkou a z druhé strany do výstupní komory s výstupní trubkou, sit. -váné v držáku.The solution concerns a flow-through temperature probe with a tempered shield. The essence of the solution lies in the fact that a temperature sensor is centrally placed on spacer elements in the through-going cylindrical cavity of a cylindrical jacket tempered body. The thermoelectric junction of the temperature sensor is located 0.5 to 1.5 times the diameter of the through-going cylindrical cavity from the leading side of the cylindrical jacket tempered body. In the tempered body, flow channels are formed by means of a partition, opening from one side into the inlet chamber with a supply pipe and from the other side into the outlet chamber with an outlet pipe, which are located in a holder.

Description

Vynález se týká průtočné teplotní sondy, určené k měření celkové teploty plynů, u které se řeší problematika potlačení vlivů sálání, vedení tepla čidlem a ostatními částmi sondy.The present invention relates to a flow temperature probe intended to measure the total temperature of gases, in which the problems of radiation suppression, heat conduction through the sensor and other parts of the probe are addressed.

Problematika měření lokálních teplot proudících plynů za účinku sálání je předmětem výzkumných a vývojových prací již po dvě generace. V průběhu těchto let byla vyvinuta řada typů odsávaných resp. odvětrávaných sond jednoduše i několikanásobně stíněných, kombinované resp. zdvojené sondy, více či méně vyhovující požadavku na dosažení co největší přesnosti měření v daných konkrétních podmínkách užití. Lze konstatovat, že u dosud známých konstrukcí teplotních sond jsou při aplikacích údaje jejich čidel správné, tj. udávají hodnotu celkové teploty plynu pouze v případech, kdy nedochází k jejich ovlivňování tepelnou radiací z okolního prostoru, případně parazitními vlivy, které způsobují diference mezi údajem čidla sondy a celkovou teplotou měřeného plynu, zejména pak při nízkých tlacích plynu řádově stovky pa a relativně vysokých rychlostech proudění - stovky ms¹, v prostředí s sálavými toky z okolí.The issue of measuring local temperatures of flowing gases under the effect of radiation has been the subject of research and development work for two generations. During these years, a number of types of sucked-off resp. ventilated probes simply and multiply shielded, combined resp. duplicated probes, more or less compliant with the requirement to achieve the highest possible measurement accuracy under the particular conditions of use. It can be stated that in the known thermo probe designs, their sensor data are correct for applications, ie they give the value of the total gas temperature only in cases where they are not influenced by thermal radiation from the surrounding space or by parasitic influences probes and the total temperature of the measured gas, especially at low gas pressures of the order of hundreds pa and relatively high flow velocities - hundreds of ms ¹ , in an environment with radiant fluxes from the surroundings.

Znamená to, že podíl parazitních vlivů je nutné respektovat vypočtenými korekcemi a těmi skutečně naměřené hodnoty teplot opravit. Korekce pro daný typ sondy se stanovují pro konkrétní podmínky dané režimem proudění a geometrickým uspořádáním díla, nejedná se tedy o stálou hodnotu příslušné chyby měření. V důsledku souvislosti dílčích vlivů a z toho plynoucí složitosti celého provozu sdílení tepla v sondě a jejím okolí, zejména pak v případech, kdy okolní stěny nebo konstrukční elementy mají různé teploty a nelze tedy vztáhnout korekci údaje čidla jednoznačně k určité diferenci teploty - mezi údajem čidla a některého místa v okolí, vznikají při výpočtech korekcí značné komplikace.This means that the proportion of parasitic effects must be respected by the calculated corrections and the temperature values actually measured should be corrected. The corrections for a given probe type are determined for the specific conditions given by the flow mode and the geometrical arrangement of the work, so it is not a constant value of the respective measurement error. As a consequence of the partial influences and the resulting complexity of the entire heat transfer operation in and around the probe, especially when the surrounding walls or structural elements have different temperatures, it is not possible to correlate the sensor reading unambiguously to a certain temperature difference. Some places in the surroundings, there are considerable complications in the correction calculations.

Přispívají k nim ještě další faktory jako například složitá geometrická konfigurace některých typů sond, malá tepelná kapacita plynu při měření za nízkých tlaků λ-ZL kPa, apod., které mají výrazný vliv na přesnost a toleranci výsledků výpočtů zmíněných korekcí. Závažným předpokladem použití teplotních sond je jejich podrobná kalibrace v modelových podmínkách proudění, sálání a vedení tepla, odpovídajících jejich následné aplikaci. Není známo jakým čidlem, respektive jakým typem sondy lze měřit v uvedených podmínkách celkovou teplotu plynu, zejména při nízkých tlacích a vysokých rychlostech proudění.Other factors, such as the complicated geometrical configuration of some types of probes, the low heat capacity of the gas when measured at low pressures λ-ZL kPa, etc., contribute significantly to the accuracy and tolerance of the results of these corrections. An important prerequisite for the use of temperature probes is their detailed calibration in model conditions of flow, radiation and heat conduction corresponding to their subsequent application. It is not known what type of probe or type of probe can be used to measure the total gas temperature in the above conditions, especially at low pressures and high flow rates.

Dosud nejlépe, i když pouze částečně, řeší danou problematiku stíněné sondy a dvojité sondy. Sondy obou typů měří efektivní teplotu proudícího plynu, proto je k výpočtu celkové teploty plynu zapotřebí znát restituční faktor při příčném obtékání čidel - plástových termočlánků a rychlost proudění. Tolerance obou těchto veličin, zejména při vyšších rychlostech, proudění, zvětšují nepřesnosti při stanovení korekcí. K ověření a případnému snížení hodnot korekcí je opět zapotřebí provést kalibraci obou typů sond.Until now, it is best, though only partially, to address the issue of shielded probe and double probe. Probes of both types measure the effective temperature of the flowing gas, therefore, to calculate the total gas temperature, it is necessary to know the restitution factor in the transverse flow around the sensors - honeycomb thermocouples and flow velocity. The tolerances of both these quantities, especially at higher flow velocities, increase the inaccuracies in determining the corrections. To verify and eventually reduce the correction values, calibration of both probe types is again necessary.

Uvedené nevýhody odstraňuje průtočná teplotní sonda s temperovaným stíněním podle vynálezu, jejíž podstata spočívá v tom, že do průchozí válcové dutiny cylindrického plášťového temperovaného tělesa je centrálně umístěno teplotní čidlo na distančních elementech. Termoelektrický spoj teplotního čidla je vzdálen od náběžné strany cylindrického plášťového temperovaného tělesa 0,5 až 1,5 průměrů průchozí válcové dutiny.The above-mentioned disadvantages are overcome by the temperature-controlled flow shielded temperature probe according to the invention, which is characterized in that a temperature sensor is placed centrally on the spacer elements in the cylindrical cavity of the cylindrical jacket tempered body. The thermoelectric joint of the temperature sensor is spaced from the leading side of the cylindrical jacket tempered body by 0.5 to 1.5 diameters of the through cylindrical cavity.

V cylindrickém plášťovém temperovaném tělese jsou vytvořeny prostřednictvím přepážky průtočné kanálky, které jsou z jedné strany zaústěny do vstupní komory s přívodní trubkou a z druhé strany do výstupní komory s výstupní trubkou situované v držáku. Cylindrické plášťové temperované těleso může být vytvořeno z materiálu o maximální tepelné vodivosti a na jeho vnější straně ve spirálovitých drážkách je uloženo elektrické odporové topení.In the cylindrical malleable tempered body, flow channels are formed by means of a partition, which are connected to the inlet chamber with the inlet pipe on one side and to the outlet chamber with the outlet pipe situated in the holder on the other side. The cylindrical sheathed tempered body may be formed of a material of maximum thermal conductivity and an electric resistance heater is mounted on its outside in spiral grooves.

Do stěny cylindrického plášťového temperovaného tělesa je zabudováno referenční čidlo v rovině termoelektrického spoje teplotního čidla. Emisivita pláště teplotního čidla je měnší než 0,4 a emisivita vnitřního povrchu průchozí válcové dutiny je větší než 0,7.A reference sensor in the plane of the thermoelectric connection of the temperature sensor is built into the wall of the cylindrical jacket tempered body. The emissivity of the temperature sensor housing is less than 0.4 and the emissivity of the inner surface of the through cylindrical cavity is greater than 0.7.

Použitím tepelně stabilizovaného plášťového tělesa sondy se zamezí ovlivňování údaje čidla působením vnějších radiačních tepelných toků. Plášť sondy působí vůči okolí jako stínění a sledovanou změnou jeho teploty lze dosáhnout stav, při kterém sálání z jeho vnitřního povrchu nekoriguje teplotní údaj čidla snody, a to v důsledku vyrovnání teplot pláště a plynu protékajícího sondou. Stanovené chyby údaje teplotního čidla od celkové teploty plynu v důsledku ostatních parazitních vlivů například vedením tepla teplotním čidlem a konvektivním přestupem tepla na’ teplotním čidle, přenosem tepla mezi teplotním čidlem a pláštěm sondy, ohřevem plynu v protékané teplotní sondě pláštěm aj. předpokládá optimalizaci základních rozměrových charakteristik sondy.The use of a thermally stabilized probe housing avoids influencing the sensor reading by external radiation heat fluxes. The housing of the probe acts as a shielding to the surroundings, and by monitoring the change in its temperature, it is possible to achieve a state in which radiation from its inner surface does not correct the temperature reading of the sensor of the probe due to the temperature equalization of the jacket and the gas flowing through the probe. Determined errors of the temperature sensor reading from the total gas temperature due to other parasitic effects such as heat conduction through the temperature sensor and convective heat transfer at the temperature sensor, heat transfer between the temperature sensor and the probe jacket, gas heating in the flowing temperature probe through the jacket probe characteristics.

Podle prováděných rozborů se uvedené vlivy na celkové chybě údaje čidla výrazněji neprojeví a bude je možno dále potlačit vhodným dispozičním řešením sondy, případně též omezením rychlosti proudění v sondě. Průtočná teplotní sonda s temperovaným stíněním pak umožní s velkou přesností měřit lokální teploty proudících plynů i ve velmi náročných podmínkách, v prostředí se sálavými toky, bez komplikovaného určování a ověřování korekcí údaje teplotního čidla.According to the analyzes carried out, these effects on the overall error of the sensor data will not significantly affect and can be further suppressed by a suitable layout of the probe, possibly also by limiting the flow rate in the probe. The flow temperature probe with tempered shielding will enable to measure the local temperatures of the flowing gases with great accuracy even in very demanding conditions, in the environment with radiant fluxes, without complicated determination and verification of temperature sensor data corrections.

Na připojených výkresech jsou znázorněna dvě provedení průtočné teplotní sondy s temperovaným stíněním podle vynálezu, kde na obr. 1 je znázorněn schematicky podélný řez průtočnou teplotní sondou s průtočnými kanálky, na obr. 2 je řez A-A průtočnou teplotní sondou a na obr. 3 je podélný řez průtočnou teplotní sondou s elektrickým odporovým topením.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In the accompanying drawings, two embodiments of a temperature shielded flow temperature probe according to the invention are shown in FIG. 1 schematically a longitudinal section through a flow temperature probe with flow channels, FIG. 2 is section AA through a flow temperature probe; cross-section through flow probe with electrical resistance heater.

Průtočná teplotní sonda sestává z cylindrického plášťového temperovaného tělesa 2/ v jeho£ průchozí válcové dutině 2 3^e centrálně umístěno na distančních elementech ]_ teplotní čidlo 2. Termoelektrický spoj 10 teplotního čidla 2_ je umístěn ve vzdálenosti H, která je 0,5 až 1,5 průměru D průchozí válcové dutiny 2· ^v cylindrickém plášťovém temperovaném tělese 1 {obr. 1 a 2) je chladící systém Fieldova typu tvořen přepážkou 11 trubkového typu, kterou jsou vytvořeny průtočné kanálky 2 zaústěné z jedné strany do vstupní komory 5 s přívodní trubkou 3 a z druhé strany do výstupní komory 6 s výstupní trubkouFlow temperature probe consists of a cylindrical plastic body 2 tempered / his £ 2 through cavity ³ and a centrally positioned on the spacer elements] _ second thermoelectric temperature sensor circuit 10 of the temperature sensor 2 is located at a distance H which is between 0.5 and 1 5 of the diameter D of the through cylindrical cavity 2 ^{in the} cylindrical jacket tempered body 1 (FIG. 1 and 2) the Field-type cooling system consists of a tubular-type partition 11, through which flow passages 2 are formed, leading from one side to the inlet chamber 5 with the inlet pipe 3 and from the other side to the outlet chamber 6 with the outlet pipe

Přívodní trubka 2 ^a výstupní trubka 2 jsou situovány v držáku 14. Cylindrické plášťové temeprovahé těleso 2 (obr. 3) může být vytvořeno z materiálu o maximální tepelné vodivosti, například ihěděné trubky. V její stěně je ve spirálních drážkách zabudováno elektrické odporové topení 12. Zvolený materiál zaručuje dostatečné vyrovnání teplotního profilu po délce a obvodu tělesa 2· ^K indikaci teploty T^ vnitřního pláště cylindrického plášťového temperového tělesa Γ slouží referenční čidlo 22» které je v rovině termoelektrického spoje 10 teplotního čidla 2 upevněno na držáku sondy 14.The inlet pipe 2 ^{and the} outlet pipe 2 are situated in the holder 14. The cylindrical sheathed thermo-body 2 (Fig. 3) can be made of a material of maximum thermal conductivity, for example a casing pipe. An electric resistance heater 12 is built into its wall in the spiral grooves. The selected material guarantees sufficient leveling of the temperature profile along the length and circumference of the body 2 · ^The reference sensor 22 »which is in the plane of the thermoelectric connection 10 of the temperature sensor 2 mounted on the probe holder 14.

Princip měření teploty plynu protékajícího sondou sypočívá ve stabilizaci teplotních poměrů v sondě, které se dosáhne vyrovnáním teploty T^ vnitřního pláště cylindrického plášťového temperovaného tělesa 2 ^na teplotu T~ indikovanou teplotním čidlem 2. Při teplotě plynu nižší, než jsou teploty okolních ploch, tj. při vnějším tepelném zatížení sondy, se musí cylindrické plášťové temperované těleso 2 ochlazovat a odvádět tak tepelný výkon vysálaný do pláště temperovaného tělesa 2· ^v opačném případě se dodává potřebný výkon ke krytí tepelných ztrát sáláním pláště temperovaného tělesa 2 3° okolního prostoru.The principle of measuring the temperature of the gas flowing through the probe consists in stabilizing the temperature conditions in the probe, which is achieved by equalizing the temperature T1 of the inner jacket of the cylindrical jacket tempered body 2 ^{to the} temperature T2 indicated by the temperature sensor. the external heat load of the probe must be malleable cylindrical casing member 2 so cool and to remove radiated heat output into the shell body 2 of the tempered · ^otherwise supplying power to cover the heat losses by radiation tempered shell body 2 of 3 ° surrounding space.

Vzhledem k intenzivnímu přestupu tepla ze stěn temperovaného tělesa 2 do vody a při dostatečném průtoku - rychlosti vody průtočnými kanálky 2 je teplota průchozí válcové dutiny 2 s dostatečnou přesností definována vstupní teplotou vody v přívodní trubce 2» tj.Due to the intensive heat transfer from the walls of the tempered body 2 to the water and at a sufficient flow rate of the water through the flow channels 2, the temperature of the through cylindrical cavity 2 is defined with sufficient accuracy by the inlet water temperature in the supply pipe 2.

- T^. Příslušná regulace teploty stěny temperovaného tělesa 2 ^se provádí plynulou změnou vstupní teploty T^ vody ultratermostatem. U provedení dle obr. 3 je teplota stěny průchozí válcové dutiny 2 určena teplotním údajem referenčního čidla 13 zabudovaného ve stěně temperovaného tělesa 2·- T ^. Appropriate regulation of the wall temperature of the tempered body 2 ^is effected by a continuous change of the inlet temperature T1 of the water by the ultratermostat. In the embodiment of Fig. 3, the wall temperature of the through cylindrical cavity 2 is determined by the temperature reading of the reference sensor 13 incorporated in the wall of the tempered body 2.

Regulace teploty se provádí plynulou změnou výkonu elektrického odporového topeníThe temperature is controlled by continuously changing the output of the electric resistance heater

12. K rychlejšímu stanovení požadované teploty T^ = T^ = T- u obou provedení se mohou provést nejméně dva odečty uvedených teplot v blízkém okolí rovnovážného teplotního stavu a lineární12. For faster determination of the desired temperature T ^ = T ^ = T-, in both embodiments at least two readings of said temperatures in the vicinity of the equilibrium temperature state and linear

J <J <

o interpolací se stanoví požadovaná teplota 1^ = T_p = Tg. V zájmu dosažení co nejmenší chyby je nutno dbát na co nejpřesnější vyrovnání teplot T = T- při stacionárním teplotním režimu P ^c v sondě.the desired temperature 1 ^ = T _p = Tg is determined by interpolation. In order to achieve the smallest possible error, it is necessary to ensure the most accurate temperature equalization T = T- at the stationary temperature mode P ^c in the probe.

Průtočnou teplotní sondu s temperovaným stíněním lze použít pro všechna měření lokálních teplot plynů prováděná dosud běžnými typy sond, zejména v prostředí se sálavými toky z z okolního prostoru, ve zkušebnách, výzkumných ústavech a na pracovištích zabývajících se metrologií.The flow temperature probe with tempered shielding can be used for all measurements of local gas temperatures carried out by current types of probes, especially in the environment with radiant fluxes from the surrounding space, in test rooms, research institutes and at workplaces dealing with metrology.

Claims

object of the invention

A temperature controlled flow temperature probe comprising a temperature sensor and a shielding, characterized in that it is centrally located on spacers (7) into the cylindrical cavity (9) of the cylindrical honeycomb tempered body (1) mounted on the holder (14). a temperature sensor (2), wherein the thermoelectric joint (10) of the temperature sensor (2) is spaced from the leading side of the cylindrical sheath tempered body (2) by 0.5 to 1.5 diameter (D) of the through cylindrical cavity (9).

2. The flow temperature probe according to claim 1, characterized in that in the cylindrical sheathed tempered body (1) the flow channels (8) open from one side into the inlet chamber (5) with the supply pipe (3) by means of a partition (11). and from the other side to the outlet chamber (6) with the outlet pipe (4) situated in the holder (14).

3. The temperature probe according to claim 1, characterized in that the cylindrical sheath tempered body (1) is made of a material of maximum thermal conductivity and an electric resistance heater (12) is mounted on its outside in the spiral grooves, A reference sensor (13) in the plane of the thermoelectric joint (10) of the temperature sensor (2) is incorporated in the cylindrical sheath tempered body (1).

4. The flow probe according to claim 1, wherein the emissivity of the temperature sensor housing (2) is less than 0.4 and the emissivity of the inner surface of the through cylindrical cavity (9) is greater than 0.7.