RU2737596C1 - Jet temperature sensor - Google Patents

Jet temperature sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2737596C1
RU2737596C1 RU2020121402A RU2020121402A RU2737596C1 RU 2737596 C1 RU2737596 C1 RU 2737596C1 RU 2020121402 A RU2020121402 A RU 2020121402A RU 2020121402 A RU2020121402 A RU 2020121402A RU 2737596 C1 RU2737596 C1 RU 2737596C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
gas
jet
nozzle
outlet
Prior art date
Application number
RU2020121402A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Витальевич Вологодский
Юрий Александрович Канунников
Пётр Алексеевич Иванов
Лидия Усмановна Цацорина
Original Assignee
Акционерное общество "Омское машиностроительное конструкторское бюро"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Омское машиностроительное конструкторское бюро" filed Critical Акционерное общество "Омское машиностроительное конструкторское бюро"
Priority to RU2020121402A priority Critical patent/RU2737596C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2737596C1 publication Critical patent/RU2737596C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/22—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects
    • G01K11/26—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of acoustic effects of resonant frequencies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G01K13/02—Thermometers specially adapted for specific purposes for measuring temperature of moving fluids or granular materials capable of flow

Abstract

FIELD: measurement.
SUBSTANCE: invention is intended for measurement of temperature of gas flows, for example, in a gas-turbine engine. Proposed jet temperature sensor comprises a jet generator, equipped with a resonance chamber with a divider, an inlet nozzle and an outlet, which is connected to output nozzle via gas discharge channel, and signal converter, wherein the discharge channel and the outlet nozzle of the jet generator are located in a gas medium, the temperature of which is determined. An additional jet is introduced into the jet temperature sensor, which connects the gas medium, the temperature of which is determined, with the cavity at the inlet of the outlet nozzle.
EFFECT: introduction of an additional jet improves operation of the sensor, increases stability of operation (extends operating range of temperature measurement, increases accuracy of a jet temperature sensor).
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры газовых потоков в газотурбинном двигателе.The invention relates to thermometry and can be used to measure the temperature of gas flows in a gas turbine engine.

Известно устройство - датчик температуры (см. авторское свидетельство СССР №1378558, G01K11/22 от 20.05.1986г.), содержащий два струйных генератора с резонансными камерами разной длины, снабженные общей тонкостенной разделительной пластиной, выходными соплами, связанными с общим питающим каналом, выходными отверстиями и каналами, соединяющие резонансные камеры с преобразователем сигналов.A known device is a temperature sensor (see USSR inventor's certificate No. 1378558, G01K11 / 22 dated 20.05.1986), containing two jet generators with resonance chambers of different lengths, equipped with a common thin-walled dividing plate, outlet nozzles connected to a common supply channel, output holes and channels connecting the resonance chambers with the signal converter.

Недостатком данного устройства является то, что температура газового потока, проходящего через каналы с выходными отверстиями, может на статических и переходных режимах существенно отличаться от температуры газового потока в двигателе, что влияет на работу струйного генератора, снижает точность измерения температуры газа.The disadvantage of this device is that the temperature of the gas flow passing through the channels with outlet openings can differ significantly from the temperature of the gas flow in the engine in static and transient modes, which affects the operation of the jet generator and reduces the accuracy of measuring the gas temperature.

Известно также устройство для измерения температуры газа (см. авторское свидетельство СССР №1519338, G01K13/02 от 28.07.1986г.), содержащее струйный генератор с входным соплом и выпускным отверстием, связанным с выходным каналом струйного генератора и выходным соплом, и преобразователь сигналов, соединенный с электронным вычислительным блоком.There is also known a device for measuring the gas temperature (see USSR inventor's certificate No. 1519338, G01K13 / 02 dated 07.28.1986), containing a jet generator with an inlet nozzle and an outlet connected to the outlet channel of the jet generator and an outlet nozzle, and a signal converter, connected to an electronic computing unit.

Недостатком этого устройства является его относительно низкая статическая и динамическая точность измерения температуры газа струйным генератором вследствие того, что выходной канал с выходным соплом могут выходить за пределы газовой среды, температура которой измеряется. Вследствие этого на работу генератора на статических режимах оказывает влияние температура воздуха не в проточной части двигателя, а на переходных режимах - температура корпуса датчика от входного сопла до выпускного отверстия (что имеет место при резких скачках температуры газа, когда температура корпуса отстает из-за более медленного его прогрева).The disadvantage of this device is its relatively low static and dynamic accuracy of measuring the gas temperature by the jet generator due to the fact that the outlet channel with the outlet nozzle can go beyond the limits of the gaseous medium, the temperature of which is measured. As a result, the operation of the generator in static modes is influenced by the air temperature not in the flow path of the engine, but in transient modes - by the temperature of the sensor body from the inlet nozzle to the outlet (which occurs during sharp jumps in the gas temperature, when the body temperature lags behind due to more slowly warming up).

Отличие температур газа во входном и выходном соплах датчика (тепловое дросселирование) влияет на распределение скоростей по каналам струйного генератора, что влияет на частоту генерируемых им колебаний и приводит к снижению точности работы.The difference in gas temperatures in the input and output nozzles of the sensor (thermal throttling) affects the distribution of velocities along the channels of the jet generator, which affects the frequency of oscillations generated by it and leads to a decrease in the accuracy of operation.

Наиболее близким техническим решением является струйный датчик температуры (см. патент RU №2714849, G01K13/02, G01K11/26 от 19.02.2019г.), содержащий струйный генератор, снабженный резонансной камерой с разделителем, входным соплом и выпускным отверстием, которое через канал отвода газа соединено с выходным соплом и преобразователь сигналов, причем канал отвода газа и выходное сопло струйного генератора расположены в газовой среде, температура которой определяется, также введен дополнительный жиклер, соединяющий газовую среду, температура которой определяется, с полостью на входе в выходное сопло.The closest technical solution is a jet temperature sensor (see patent RU No. 2714849, G01K13 / 02, G01K11 / 26 dated 02.19.2019), containing a jet generator equipped with a resonance chamber with a separator, an inlet nozzle and an outlet, which through the outlet channel gas is connected to the outlet nozzle and a signal converter, and the gas outlet channel and the outlet nozzle of the jet generator are located in a gaseous medium, the temperature of which is determined; an additional nozzle is also introduced connecting the gaseous medium, the temperature of which is determined, with a cavity at the inlet to the outlet nozzle.

Недостатком этого устройства является относительно узкий рабочий диапазон измерения температуры газа при ее резких изменениях из-за существенного влияния отличия температуры корпуса струйного генератора (в первый момент после резкого изменения температуры газа - после скачка температуры газа) от температуры газа в двигателе. Отличие температуры корпуса струйного генератора от температуры газа в двигателе, в первый момент после скачка температуры газа в двигателе, существенно влияет на распределение скоростей по каналам струйного генератора. Теплообмен газа в генераторе со стенками каналов генератора меняет температуру газа по длине каналов генератора. Запаздывание прогрева корпуса генератора от температуры газа (особенно при ее скачкообразном изменении) ведет к изменению плотности газа по длине каналов генератора, к изменению скоростей потоков газа в каналах генератора, к изменению времени распространения сигналов по каналам генератора и меняет резонансные акустические частоты каналов генератора в разной степени, что приводит к изменению скоростей распространения сигналов в каналах генератора, к изменению частоты колебаний генератора (до сбоев в работе генератора) и появлению дополнительной погрешности измерения температуры газа.The disadvantage of this device is the relatively narrow working range of measuring the gas temperature with its sharp changes due to the significant effect of the difference in the temperature of the body of the jet generator (at the first moment after a sharp change in gas temperature - after a jump in the gas temperature) from the gas temperature in the engine. The difference in the temperature of the body of the jet generator from the temperature of the gas in the engine, at the first moment after the jump in the temperature of the gas in the engine, significantly affects the distribution of speeds along the channels of the jet generator. Heat exchange of gas in the generator with the walls of the generator channels changes the gas temperature along the length of the generator channels. The delay in heating the generator body from the gas temperature (especially when it changes abruptly) leads to a change in the gas density along the length of the generator channels, to a change in the gas flow rates in the generator channels, to a change in the propagation time of signals through the generator channels, and changes the resonant acoustic frequencies of the generator channels in different degree, which leads to a change in the propagation velocity of signals in the generator channels, to a change in the oscillation frequency of the generator (before the generator malfunctions) and the appearance of an additional error in measuring the gas temperature.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение точности определения струйным датчиком температуры газовых сред за счет снижения влияния температуры корпуса генератора на работу струйного датчика путем введения дополнительного жиклера, соединяющего газовую среду, температура которой определяется, с полостью на входе в выходное сопло.The technical result, which the invention is aimed at, is to improve the accuracy of determining the temperature of the gas media by the jet sensor by reducing the effect of the temperature of the generator housing on the operation of the jet sensor by introducing an additional nozzle connecting the gas medium, the temperature of which is determined, with the cavity at the entrance to the outlet nozzle.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемом струйном датчике температуры, содержащем струйный генератор и преобразователь сигналов, причем струйный генератор, снабженный резонансной камерой с разделителем, входным соплом и выпускным отверстием, которое через канал отвода газа соединено с выходным соплом, причем канал отвода и выходное сопло струйного генератора расположены в газовой среде, температура которой определяется, введен дополнительный жиклер, соединяющий газовую среду, температура которой определяется, с полостью на входе в выходное сопло.To achieve the specified technical result in the proposed jet temperature sensor containing a jet generator and a signal converter, the jet generator equipped with a resonance chamber with a separator, an inlet nozzle and an outlet, which is connected to the outlet nozzle through the gas outlet channel, and the outlet channel and the outlet nozzle jet generator are located in a gaseous environment, the temperature of which is determined, introduced an additional nozzle connecting the gaseous medium, the temperature of which is determined, with a cavity at the inlet to the outlet nozzle.

Отличительным признаком заявленного струйного датчика температуры является введение дополнительного жиклера, соединяющего газовую среду, температура которой определяется, с полостью на входе в выходное сопло.A distinctive feature of the declared jet temperature sensor is the introduction an additional nozzle connecting the gaseous medium, the temperature of which is determined, with a cavity at the inlet to the outlet nozzle.

Предлагаемый струйный датчик температуры представлен на чертеже и описан ниже.The proposed jet temperature sensor is shown in the drawing and described below.

Струйный датчик температуры содержит струйный генератор 1, содержащий резонансную камеру 2 с разделителем 3, входное сопло 4 и выпускные отверстия 5 и 6, соединенные каналом отвода газа 7 с выходным соплом 8. Канал отвода газа 7 также соединен каналом передачи акустического сигнала 9 с преобразователем сигналов 10. Дополнительный жиклер 11 соединяет газовую среду, температура которой определяется, с полостью на входе в выходное сопло.The jet temperature sensor contains a jet generator 1 containing a resonance chamber 2 with a separator 3, an inlet nozzle 4 and outlets 5 and 6, connected by a gas outlet channel 7 with an outlet nozzle 8. The gas outlet channel 7 is also connected by an acoustic signal transmission channel 9 to a signal converter 10. Additional nozzle 11 connects the gaseous medium, the temperature of which is determined, with the cavity at the entrance to the outlet nozzle.

Устройство работает следующим образом:The device works as follows:

газ, температура которого определяется, поступает через входное сопло 4 струйного генератора 1 в резонансную камеру 2, из которой через выпускные отверстия 5 и 6 по каналу отвода газа 7 через выходное сопло 8 поступает в зону с пониженным давлением. При набегании струи на разделитель 3 формируются пульсации давления, с максимальной амплитудой колебаний при частоте fС the gas, the temperature of which is determined, enters through the inlet nozzle 4 of the jet generator 1 into the resonance chamber 2, from which through the outlet openings 5 and 6 through the gas outlet channel 7 through the outlet nozzle 8 it enters the zone with reduced pressure. When the jet runs on the separator 3, pressure pulsations are formed, with the maximum amplitude of oscillations at a frequency f С

fС = WС/(2*LС),f С = W С / (2 * L С ),

гдеWhere

WС - скорость потока вытекающего из входного сопла 4,W C is the flow rate out of the inlet nozzle 4,

LС - расстояние от входного сопла 4 до разделителя 3.L С - distance from the inlet nozzle 4 to the separator 3.

При выборе длины резонансной камеры 2 такой, чтобы акустический сигнал - собственная частота fР колебаний газа в резонансной камере 2:When choosing the length of the resonance chamber 2 such that the acoustic signal is the natural frequency f P of gas oscillations in the resonance chamber 2:

fР = а/(4*LР) = (k*R*TР)0,5 /(4*LР),f P = a / (4 * L P ) = (k * R * T P ) 0.5 / (4 * L P ),

гдеWhere

а - скорость звука в газе в резонансной камере 2,a is the speed of sound in gas in resonance chamber 2,

LР - длина резонансной камеры 2,L Р - the length of the resonance chamber 2,

k - показатель адиабаты газа,k - gas adiabatic exponent,

R - газовая постоянная,R - gas constant,

TР - температура газа в резонансной камере 2,T Р is the gas temperature in the resonance chamber 2,

была бы примерно равна (близка) частоте пульсаций fС формируемых на разделителе 3, в резонансной камере 2 будет иметь место явление резонанса (с частотой fР, которая пропорциональна скорости звука в газе в резонансной камере 2, пропорциональной температуре газа TР в резонансной камере 2, которая на статических режимах равна температуре газа в проточной части двигателя).would be approximately equal (close) to the frequency of pulsations f C formed on the separator 3, in the resonance chamber 2 there will be a resonance phenomenon (with the frequency f P , which is proportional to the speed of sound in the gas in the resonance chamber 2, proportional to the gas temperature T P in the resonance chamber 2, which in static modes is equal to the gas temperature in the flow path of the engine).

Газ из резонансной камеры 2 отводится по каналу отвода 7 и через выходное сопло 8 к источнику низкого давления. Одновременно, акустический сигнал по каналу передачи 9 акустического сигнала, подается к преобразователю сигналов 10, в котором формируется электрический сигнал о температуре измеряемого газа.Gas from the resonance chamber 2 is discharged through the outlet channel 7 and through the outlet nozzle 8 to the low pressure source. At the same time, the acoustic signal via the acoustic signal transmission channel 9 is supplied to the signal converter 10, in which an electrical signal about the temperature of the measured gas is generated.

При скачкообразном изменении температуры газа в двигателе, в первый момент времени температура газа во входном сопле 4 также резко изменится, а температура газа в выходном сопле 8 изменится незначительно - вследствие теплообмена газа, проходящего через генератор 1, с его корпусом. Образовавшаяся разница в температурах вызывает эффект теплового дросселирования, вследствие которого скорость потока, истекающего из входного сопла 4 генератора 1 меняется, что ведет к изменению частоты fС, а так как, вследствие теплообмена, температура воздуха в резонансной камере в первый момент изменится незначительно, то незначительно изменится и fР, что ведет к расстройке резонансных явлений в резонансной камере 2, к изменению частоты и амплитуды колебаний в резонансной камере 2, к изменению частоты акустического сигнала формируемого датчиком.With an abrupt change in the gas temperature in the engine, at the first moment of time, the gas temperature in the inlet nozzle 4 will also change sharply, and the gas temperature in the outlet nozzle 8 will change insignificantly - due to heat exchange of the gas passing through the generator 1 with its body. The resulting difference in temperatures causes the effect of thermal throttling, as a result of which the speed of the flow outflowing from the input nozzle 4 of the generator 1 changes, which leads to a change in the frequency f C , and since, due to heat exchange, the air temperature in the resonance chamber at the first moment will change slightly, then f P will also change slightly, which leads to a detuning of resonance phenomena in the resonant chamber 2, to a change in the frequency and amplitude of oscillations in the resonance chamber 2, to a change in the frequency of the acoustic signal generated by the sensor.

Введение дополнительного жиклера 11, соединяющего газовую среду, температура которой определяется, с полостью 7 на входе в выходное сопло 8 в моменты резкого изменения температуры газа в проточной части двигателя уменьшает разницу между температурой газа в двигателе и температурой газа на входе в выходное сопло 8 (путем добавления к газу на входе в выходное сопло 8 газа из проточной части двигателя, подаваемого через жиклер 11). При этом снижается эффект теплового дросселирования, стабилизируется скорость газа во входном сопле 4, стабилизируется частота пульсаций давления, создаваемых разделителем 3, возбуждающих колебания давления в резонансной камере 2. The introduction of an additional nozzle 11 connecting the gas medium, the temperature of which is determined, with the cavity 7 at the entrance to the outlet nozzle 8 at the moments of a sharp change in the gas temperature in the flow path of the engine reduces the difference between the gas temperature in the engine and the gas temperature at the entrance to the outlet nozzle 8 (by adding to the gas at the entrance to the outlet nozzle 8 of the gas from the flow path of the engine supplied through the nozzle 11). This reduces the effect of thermal throttling, stabilizes the gas velocity in the inlet nozzle 4, stabilizes the frequency of pressure pulsations created by the separator 3, which excite pressure fluctuations in the resonance chamber 2.

Таким образом, введение дополнительного жиклера 11 улучшает работу струйного датчика температуры, повышая стабильность его работы и точность.Thus, the introduction of an additional nozzle 11 improves the operation of the jet temperature sensor, increasing its stability and accuracy.

Claims (1)

Струйный датчик температуры, содержащий струйный генератор, снабженный резонансной камерой с разделителем, входным соплом и выпускным отверстием, которое через канал отвода газа соединено с выходным соплом, и преобразователь сигналов, причем канал отвода газа и выходное сопло струйного генератора расположены в газовой среде, температура которой определяется, отличается тем, что введен дополнительный жиклер, соединяющий газовую среду, температура которой определяется, с полостью на входе в выходное сопло.A jet temperature sensor containing a jet generator equipped with a resonance chamber with a separator, an inlet nozzle and an outlet that is connected to the outlet nozzle through a gas outlet channel, and a signal converter, wherein the gas outlet channel and the outlet nozzle of the jet generator are located in a gaseous medium whose temperature is determined, differs in that an additional nozzle is introduced, connecting the gaseous medium, the temperature of which is determined, with the cavity at the entrance to the outlet nozzle.
RU2020121402A 2020-06-29 2020-06-29 Jet temperature sensor RU2737596C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121402A RU2737596C1 (en) 2020-06-29 2020-06-29 Jet temperature sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121402A RU2737596C1 (en) 2020-06-29 2020-06-29 Jet temperature sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2737596C1 true RU2737596C1 (en) 2020-12-01

Family

ID=73792540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020121402A RU2737596C1 (en) 2020-06-29 2020-06-29 Jet temperature sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2737596C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1602561A (en) * 1967-12-07 1970-12-28
SU1171671A1 (en) * 1983-10-18 1985-08-07 Казанский Ордена Трудового Красного Знамени И Ордена Дружбы Народов Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева Jet-acoustic temperature-sensitive element
EP2937677A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-28 KIMA Echtzeitsysteme GmbH Temperature measuring device
SU1519338A1 (en) * 1986-07-28 2018-07-31 И.А. Любинский DEVICE FOR MEASURING GAS TEMPERATURE
RU2714849C1 (en) * 2019-06-14 2020-02-19 АО "Омское машиностроительное конструкторское бюро" Jet temperature sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1602561A (en) * 1967-12-07 1970-12-28
SU1171671A1 (en) * 1983-10-18 1985-08-07 Казанский Ордена Трудового Красного Знамени И Ордена Дружбы Народов Авиационный Институт Им.А.Н.Туполева Jet-acoustic temperature-sensitive element
SU1519338A1 (en) * 1986-07-28 2018-07-31 И.А. Любинский DEVICE FOR MEASURING GAS TEMPERATURE
EP2937677A1 (en) * 2014-04-25 2015-10-28 KIMA Echtzeitsysteme GmbH Temperature measuring device
RU2714849C1 (en) * 2019-06-14 2020-02-19 АО "Омское машиностроительное конструкторское бюро" Jet temperature sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7464609B2 (en) Means for measuring fluid flow in a pipe
US7017415B2 (en) Apparatus for sensing pressure fluctuations in a hostile environment
JP2008107346A (en) Analysis method and system in time domain of burning behavior
RU2569786C2 (en) Resonator for pressure oscillations damping in combustion chamber and method for combustion system control
Bach et al. Impact of outlet restriction on RDC performance and stagnation pressure rise
US3403509A (en) Pure fluid temperature sensor
RU2737596C1 (en) Jet temperature sensor
Naples et al. Experimental investigation of a rotating detonation engine injector temporal response
RU2714849C1 (en) Jet temperature sensor
Macquisten Combustion oscillations in a twin-stream afterburner
JP4188459B2 (en) Pressure measuring device
US3769839A (en) Acoustic sensor
Campagnuolo et al. Review of some fluid oscillators
US3451411A (en) Pressure responsive apparatus
SU909589A1 (en) Method of measuring gas temperature
RU2714851C1 (en) Jet temperature sensor
RU2659185C1 (en) Device for dynamic calibration of acoustic pressure pulsation sensors
RU2640122C1 (en) Vortex acoustic flow transducer
Selerowicz et al. Self-excited compressible flow in a pipe–collar nozzle
SU1384984A1 (en) Gas pressure ratio transducer
RU2772551C1 (en) Flow meter of the working medium with a jet vibration converter into an electrical signal
Akhmetov et al. Experimental study of self-oscillations developing in a swirling-jet flow
JP3355130B2 (en) Pulsation absorption structure of flow meter
RU2175436C2 (en) Jet-type automatically generating flowmeter-counter
JP4820032B2 (en) Fluidic element manufacturing method, fluidic element, fluidic flow meter, and composite flow meter