JPS61500868A - Method and apparatus for detecting temperature profile through the thickness of a component - Google Patents

Method and apparatus for detecting temperature profile through the thickness of a component

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JPS61500868A
JPS61500868A JP50039084A JP50039084A JPS61500868A JP S61500868 A JPS61500868 A JP S61500868A JP 50039084 A JP50039084 A JP 50039084A JP 50039084 A JP50039084 A JP 50039084A JP S61500868 A JPS61500868 A JP S61500868A
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JP
Japan
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temperature
thermocouple
temperature profile
inner layer
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JP50039084A
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シユパイトカンプ ルートガー
グラーフ ロルフ
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ドイツチエ バブコツク ヴエルケ アクチエンゲゼルシヤフト
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    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K3/00Thermometers giving results other than momentary value of temperature
    • G01K3/02Thermometers giving results other than momentary value of temperature giving means values; giving integrated values

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  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 構成部材の肉厚にわたる温度プロフィールを検知する方法と装置 本発明は、とくに厚板または厚肉のパイプのごとき構成部材の肉厚にわたる温度 を検知する方法と装置に関する。このような方法は、とくにボイラーに使用され るパイプのごとき構成部材の肉厚にわたる温度プロフィールを検知するために使 用に供されて4.sる。[Detailed description of the invention] Method and apparatus for sensing temperature profile through the thickness of a component The present invention particularly relates to temperatures across the thickness of components such as thick plates or thick-walled pipes. The present invention relates to a method and apparatus for detecting. This method is especially used for boilers. used to detect temperature profiles through the wall thickness of components such as pipes. 4. Sru.

高温の媒体が貫流する厚肉のパイプの温度は、媒体の温度が変化したとき、ただ ちに新しい温度に等しくなるものではない、しかし、内層の温度は横断面にわた ってならした平均温度よりは早く新しい温度に近づくことになろう。The temperature of a thick-walled pipe through which a hot medium flows will only change when the temperature of the medium changes. The temperature of the inner layer will not immediately equal the new temperature, but the temperature of the inner layer will The new temperature will approach the new temperature faster than the normalized average temperature.

早く新しい温度に近づこうとすると、内層の熱膨張は周囲の材料による妨たげを うける。このため大きい応力が発生し、この応力の発生に伴って材料が疲労する (低サイクル区営)。The faster the new temperature is approached, the more the inner layer's thermal expansion will overcome the interference from the surrounding material. box office. This generates large stress, and this stress causes material fatigue. (Low cycle district management).

ボイラーの技術監督協会の監督規定によれば、管路の破裂による事故を避けるた め、パイプの材料疲労を測定値にもとづいて再計算しなければならない、これま では、パイプの内層の温度と肉厚を測定し、測定結果にもとづいて下記の式によ り熱応力を計算する要領で再計算が行われてきた。According to the Boiler Technical Supervision Association's regulations, measures must be taken to avoid accidents caused by pipe bursts. Therefore, the material fatigue of the pipe had to be recalculated based on the measured values. Now, measure the temperature and wall thickness of the inner layer of the pipe, and use the following formula based on the measurement results. Recalculations have been carried out in the same way that thermal stress is calculated.

αζ−熱応力の形状係数 β、−長さ方向の伸びの差 E■ 弾性モジエール 轟々−温度差 ■−横方向の接触係数 しかし、上式については、実施された測定の結果が次の理由から正確でないこと が明らかにされている。αζ - Shape factor of thermal stress β, − difference in longitudinal elongation E■ Elastic modier Roaring temperature difference ■ - Lateral contact coefficient However, regarding the above formula, the results of the measurements performed are not accurate due to the following reasons: has been revealed.

−電気的に絶縁された熱電対を使用する場合、直接的な対向接続により温度差を 検知することができるが、熱電対自身、時間の経過により影響をうける特性をも つとともに、熱電対の先端の幾何学的な状態はレントゲン逼影によらない限り正 確に判定することができず、しかも熱電対の絶縁された材料の特性はたいていの 場合、知られていないので、上述の検知の結果は不正確である。– When using electrically isolated thermocouples, direct opposite connections reduce temperature differences. However, thermocouples themselves also have characteristics that are affected by the passage of time. In addition, the geometric condition of the thermocouple tip is correct unless it is due to X-ray imaging. cannot be determined with certainty, and the properties of the material insulating the thermocouple are Since the case is not known, the result of the above detection is inaccurate.

一絶縁されていない熱電対を使用する場合、温度差が現われる前、両方の熱電対 はそれぞれ、まず測定用トランスデエーサーに関し電位がないようにしなければ ならない、この場合、測定用トランスデユーサ−の位相−内層の温度は実際には ただちに測定することができるものではない、しかも、内層から31から5皇璽 はど離れて穴を介して外側から測定が行われるうえ、璧の中央まで差し込まれた 熱電対スリーブが位置ずれした状態で平均の壁面温度が測定されるので、位置ず れのため精度が低下する。If using uninsulated thermocouples, both thermocouples must be For each, first ensure that there is no potential with respect to the measurement transducer. In this case, the temperature of the phase-inner layer of the measuring transducer is actually It is not something that can be measured immediately, and moreover, from the inner layer 31 to 5 Imperial Seals. The measurement was taken from the outside through the hole at a distance from the wall, and it was inserted to the center of the wall. The average wall temperature is measured with the thermocouple sleeve misaligned, so This reduces accuracy.

したがって、本発明の目的は、構成部材の肉厚にわたって正確に温度を検知する ことができる方法と装置を提供することである。Therefore, it is an object of the present invention to accurately sense temperature throughout the wall thickness of a component. The object of the present invention is to provide a method and apparatus that can achieve this goal.

上記の目的を達成するため、特許請求の範囲の第1項と第2項に記載された特徴 を備えた方法と装置が本発明に従って提案されたのである0本発明の有利な実施 態様については特許請求の範囲の第2項と第4項を参照されたい6本発明によれ ば、熱電対を1つだけ使用するだけであフて、測定位置における熱電対の測定値 の時間的な順序にもとづいて該当した構成部材の肉厚にわたる完全なl&度プロ フィールを決定することができるので有利である。To achieve the above object, the features set forth in claims 1 and 2 Advantageous implementations of the invention are proposed according to the invention. 6. According to the present invention, please refer to claims 2 and 4 for aspects. For example, you only need to use one thermocouple and the thermocouple reading at the measurement location is A complete l&degree profile over the wall thickness of the applicable component based on the chronological order of This is advantageous because the feel can be determined.

本発明のその他の特徴と特長は、添付図面を参照した以下の説明より容易に理解 していただけよう0図面について説明すれば次の通りである。Other features and advantages of the invention will be more easily understood from the following description with reference to the accompanying drawings. Please explain the drawing as follows.

第1図は、本発明に係る構成部材の中に熱電対を取り付けた状態を図解した断面 図である。FIG. 1 is a cross-sectional diagram illustrating a state in which a thermocouple is attached to a component according to the present invention. It is a diagram.

第2図は、本発明に係る構成部材の破断斜視図であって、熱電対の測定位置を図 示したものである。FIG. 2 is a cutaway perspective view of a component according to the present invention, showing the measurement position of a thermocouple. This is what is shown.

第1図に示されているように、熱電対10は構成部材12の内層の近傍に取り付 tすられている。熱電対はホルダー14に挿入されている。As shown in FIG. 1, thermocouple 10 is mounted near the inner layer of component 12. t has been ignored. The thermocouple is inserted into the holder 14.

このように構成部材の内層の近傍に熱電対を取り付けることにより、以下に説明 する方法に従って構成部材の肉厚にわたる完全な温度プロフィールを正確に検知 することができる。温度プロフィールを検知するにさいしては、−Sに行われて いる要領でマイクロプロセッサ−と電子式デークー処理装置を使用して計算が行 われる。By attaching the thermocouple near the inner layer of the component in this way, the Accurately detects the complete temperature profile across the thickness of the component according to the method can do. When detecting the temperature profile, -S is performed. Calculations are performed using a microprocessor and electronic data processor in a similar manner. be exposed.

熱電対の測定位置における熱電対の温度測定値の時間的な順序にもとづ(ある構 成部材の肉厚にわたる完全な温度プロフィールを決定する方法を実施するうえで 74Gとなる平衡方程式は下記のようにしてめられる。Based on the temporal order of the thermocouple temperature measurements at the thermocouple measurement location (in some configurations) In implementing a method to determine the complete temperature profile through the wall thickness of a component, The equilibrium equation for 74G can be found as follows.

3次元の温度プロフィールを導びきだす熱伝達プロセス:よ、基本的には次のフ ーリエの微分方程式により説明することができる。A heat transfer process that leads to a three-dimensional temperature profile: This can be explained using the Elier differential equation.

χ atH−□ ・ 構成部材の温度伝四能力ζPIIP χ −構成部材の熱伝導係数 C9−構成部材の単位例キャパシティ p −構成部材の材料の回度 ◇<r、x、訓 −温度 τ −時間 x、y、z −空間座標 熱が流れる方向は一般的には座標軸の方向と一敗するので、ここでは、下記の平 衡方程式により説明される1次元の温度プロフィールだけを取り上げることとす る。χ atH-□・Temperature transfer ability of component parts ζPIIP χ - Thermal conductivity coefficient of the component C9 - Unit example capacity of component parts p - Degree of rotation of the material of the component ◇<r, x, kun -temperature τ - time x, y, z - spatial coordinates The direction in which heat flows is generally the same as the direction of the coordinate axes, so here we will use the following flat line. We will only consider the one-dimensional temperature profile described by the equilibrium equation. Ru.

なお、この場合、第2図に示されているように、次の周B条件が成立する。・ さらに、測定位置 x−r と外75(x−r) とme a の間の温度プロフィールを決定するため、微分方程式の解をめるにさいし、(非 定常的な場合に対して:;)次の初″U4条件が成立する。In this case, as shown in FIG. 2, the following cycle B condition is satisfied.・ Furthermore, measurement position x-r, outside 75 (x-r) and me a In solving the differential equation to determine the temperature profile between For the stationary case: ;) The following first ``U4 condition holds.

内5 (x −rt) から外層までの完全な温度プロフィールを決定するには 、第3の周縁条件を満たさなければならない、すなわち、 X■で1 として この周縁条件は流体側である内層における時間的な温度変化を説明するものであ る。To determine the complete temperature profile from the inner layer (x − rt) to the outer layer , the third marginal condition must be satisfied, i.e. X■ as 1 This peripheral condition explains the temporal temperature change in the inner layer, which is the fluid side. Ru.

内層における周縁条件をめるにさいしては、微分方程式(2)の解析的な解が考 慮されるが、この解は、すべての場合、m ’a 2 として、下式により与え られる。When determining the peripheral conditions in the inner layer, the analytical solution of differential equation (2) is considered. However, in all cases, this solution is given by the following formula, where m'a2 is It will be done.

それぞれのnについて、nの順に1つの解が得られる。For each n, one solution is obtained in order of n.

図示例の場合、n+a’lに対する解の精度で十分であることが明らかにされて いる。したがって、n−’lのあとの一連の解は無視することができる。この場 合、下式が得られる。In the case of the illustrated example, it has been shown that the accuracy of the solution for n+a'l is sufficient. There is. Therefore, the series of solutions after n-'l can be ignored. this place In this case, the following formula is obtained.

3つの与えられた支持位置 x1+1 と×1とxl−1については、一義的に 解を得ることができる3つの未知数をもった3つの方程式より成る方程式システ ムにあわせて係シ々を決定する問題に絞ることができる0時間の方向にアナログ 的に考察することにより係数82を消去することができるので、方程式システム の中の未知数は内層における周縁温度をめることにより確かめることができる。For the three given support positions x1+1, x1 and xl-1, uniquely An equation system consisting of three equations with three unknowns that can be solved Analog in the direction of 0 time, which allows you to narrow down the problem to decide the officials according to the time. The coefficient 82 can be eliminated by considering the equation system The unknowns in can be ascertained by calculating the peripheral temperature in the inner layer.

したがって、内層における周縁条件が与えられると、クランク・ニコルソンに従 ったよく知られている包括的な微分法を用いて完全な温度プロフィールを十分に 正Iに決定することができる。このようにして決定された温度プロフィールを用 いよく知られている2乗法により完全な平均壁温度を決定することができる。Therefore, given the marginal conditions in the inner layer, following Crank-Nicholson, The complete temperature profile can be fully calculated using a well-known comprehensive differential method. It can be decided to be positive. Using the temperature profile determined in this way, The complete average wall temperature can be determined by the well-known square law.

上述の方法の別の特徴は、各識別点における特定の材料特性値を温度に応じて決 定することにより与えることができる〔エラセン市在のパルカン書房(Vulk an Verl−ag)により昭和51年に刊行されたFDBRハンドブックニ ボイラと容器と配管構造の専門家の協会(Fachver−band DaIl p「kessal−、Behfltar−und Rohrleitungsb au)が編集したハンドブック」の第3章、材料の特性にある強度計算″の中の 表を参照のこと〕。Another feature of the method described above is that the value of a particular material property at each identification point is determined as a function of temperature. [Vulk Shobo in Erasen City] FDBR Handbook Ni, published in 1976 by Verl-ag) Association of Boiler, Vessel and Piping Structure Specialists (Fachver-band Dall) p'kessal-, Behfltar-und Rohrleitungsb Chapter 3 of "Strength Calculation in Material Properties" of "Handbook" edited by au) See table].

上述の方法に従って決定すべき温度プロフィールの精度は、その他の影+9量を 所定のファクターの関数より考慮することによって高めることができる。The accuracy of the temperature profile to be determined according to the method described above is based on the other shadows + 9 quantities. It can be enhanced by considering it as a function of predetermined factors.

圧力と温度にもとづいて応力をうける構成部ネすの全体の疲ガ度を電子式データ ー処理システムの計算により調べるさい、上記の方法を使用するのが有利である 。この場合、肉厚にわたる温度プロフィールの変化が大きいことが明らかにされ ている。一般的な温度差Δ◇は平均壁温度合、と構成部材の内層における温度◇ lからめることができる。すなわち、 Δ34.6、〜◇。Electronic data on the overall fatigue level of components that are subjected to stress based on pressure and temperature - It is advantageous to use the above method when calculating the processing system. . In this case, it is clear that the temperature profile changes significantly over the wall thickness. ing. The general temperature difference ◇ is the average wall temperature, and the temperature in the inner layer of the component ◇ It can be entwined with l. That is, Δ34.6, ~◇.

なお、へは下式により表わすことができる。In addition, to can be expressed by the following formula.

ここで、V−構成部材の容積 全体の疲労度を調べる場合、このような構成部材の限定された時間間隔内で圧力 と温度と温度プロフィールの測定値が得られる。2+1!!定位置の変化速度に 応じて応答サイクルが制<’Hされる。構成部材の静的な応力と動的な応力をめ るために必要な測定値は納得度に応じて検査され、時間条件の応答と膨張の変化 の応答をめるかあるいは、納得度が存在しない場合、上述の応答をめる代国際! A査報告 M閥■τOThl: Zと=謄IAτZONAL SEA、”LCE IE?o :LでON―暑−―・・・嗜・・−・−嗜・・+++噛・−+−−+―・++− −轡嗜+−−偕一響一+―!ff1RNAτZONAL A2”1−IC−’= T工ON No、 ?CT/EX’ 51400405 (5A l11545 )−一++++−・・・+曽・嗜・+争ψ拳・+++++−・―−−・−−・− 一++++働・++ −脅・――−・―働働−一where: V - volume of component When examining the overall fatigue level, the pressure applied to such components within a limited time interval is and temperature and temperature profile measurements are obtained. 2+1! ! Fixed position change speed Accordingly, the response cycle is controlled <'H. Assess static and dynamic stresses in component parts. The measurements required for the Alternatively, if there is no satisfaction, please respond to the above-mentioned international! A inspection report M faction ■τOThl: Z and = IAτZONAL SEA, “LCE IE?o :L ON--Hot--...Enjoyment...---Enjoyment...+++Chewing--+--+--+++- -Kyoichi +--Kyoichi Kaichi+-! ff1RNAτZONAL A2”1-IC-’= T-work ON No? CT/EX' 51400405 (5A l11545 )-1++++−・・・+Zeng・Shu・+Shufuken・+++++−・−−−・−−・− 1++++Work・++ −Threat・――−・−Work−1

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1.とくに厚いプレートまたは厚肉パイプのごとき構成部材の肉厚にわたり温度 を検知する方法であつて、構成部材の内層の近傍に設定された測定位置における 熱電対の温度測定値の時間的な順序にもとづく熱伝達プロセスにより形成される 完全な温度プロフイールが下記の平衡方程式にもとづいて決定されること、(■ ■(τ,x)/■τ)=a(■)×(■2■(τ,x)/■x2)ここで、 a(■)=λ/cpρ構成部材の温度伝導能力λ=構成部材の熱伝導係数 cp=構成部材の単位熱キヤパシテイ ρ=構成部材の材料の密度 ■(τ,x)=温度 τ=時間 x=経路座標 さらに、次の条件が適用されること τ=0として ■(τ,x)=g(τ)(5) x=Γmeとして ■(τ,x)=Γ(τ)(3) ■=Γaとして ■■(τ,x)/■x=0(4) すべての場合、m=1/2として ▲数式、化学式、表等があります▼(7)を特徴とする方法。 2.請求範囲第1項に記載の方法であって、n=2とした式(7)である。 ■(τ,x)=a0+a1x+a2(x2/2+τ)(8)が温度プロフイール を決定するにさいし十分に正確であることを特徴とする方法。 3.請求の範囲第1項に記載の方法を実施するために使用される構成部材の肉厚 にわたつて温度を検知する装置であつて、1つの熱電対(10)だけが構成部材 (12)の内層の近傍に配置されていることを特徴とする装置。 4.請求の範囲第3項に記載の装置であつて、熱電対(10)がホルダー(14 )の中に挿入されていることを特徴とする装置。[Claims] 1. temperature across the wall thickness of components, especially thick plates or thick-walled pipes. A method of detecting formed by a heat transfer process based on the temporal sequence of thermocouple temperature measurements The complete temperature profile is determined based on the following equilibrium equation, (■ ■(τ,x)/■τ)=a(■)×(■2■(τ,x)/■x2) Here, a(■)=λ/cpρTemperature conduction ability of component λ=thermal conductivity coefficient of component cp = unit thermal capacity of component ρ = density of component material ■(τ, x) = temperature τ=time x = route coordinates In addition, the following conditions apply: As τ=0 ■(τ, x) = g(τ) (5) As x=Γme ■(τ, x) = Γ(τ) (3) ■=Γa ■■(τ, x)/■x=0(4) In all cases, with m=1/2 ▲There are mathematical formulas, chemical formulas, tables, etc.▼A method characterized by (7). 2. The method according to claim 1, in which equation (7) is used where n=2. ■(τ, x) = a0 + a1x + a2 (x2/2 + τ) (8) is the temperature profile A method characterized by being sufficiently accurate in determining the 3. Wall thickness of the component used to carry out the method according to claim 1 A device that detects temperature over a period of time, in which only one thermocouple (10) is a component. (12) A device characterized in that it is placed near the inner layer of. 4. 3. The device according to claim 3, wherein the thermocouple (10) is mounted on a holder (14). ).
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