RU2818106C1 - Способ измерения температуры потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод, и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ измерения температуры потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод, и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2818106C1 RU2818106C1 RU2023132430A RU2023132430A RU2818106C1 RU 2818106 C1 RU2818106 C1 RU 2818106C1 RU 2023132430 A RU2023132430 A RU 2023132430A RU 2023132430 A RU2023132430 A RU 2023132430A RU 2818106 C1 RU2818106 C1 RU 2818106C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- pipeline
- sensitive
- liquid
- sensors
- Prior art date
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000004078 waterproofing Methods 0.000 claims abstract description 15
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 51
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 19
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 8
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения, предназначенным для измерения температуры потока жидкости или газа, протекающего внутри трубопровода, и воздушного потока, окружающего трубопровод, например, газотурбинного двигателя при разработке, испытаниях и эксплуатации различных типов двигателей, для контроля технологических процессов на производстве. Способ заключается в том, что чувствительным элементом, установленным на поверхности трубопровода, измеряют температуру потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод. Чувствительный элемент состоит из двух термочувствительных датчиков, установленных друг над другом, между которыми располагают слой теплоизоляции, поверх чувствительного элемента накладывают слой гидроизоляции, далее термочувствительные датчики выводными проводами подключают к вычислительному устройству, после загружают в вычислительное устройство передаточные функции, которые рассчитаны в результате осуществления градуировки трубопровода с чувствительным элементом. После градуировки трубопровода преобразовывают сигналы с термочувствительных датчиков в температуру потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод. Для проведения градуировки используют градуировочную установку. Технический результат - изобретение позволяет получать более точные измерения температуры потока жидкости или газа, протекающего внутри трубопровода, а также уменьшить габариты и массу устройства для измерения температуры, обеспечить объективную диагностику технического состояния газотурбинного двигателя. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к средствам измерения, предназначенным для измерения температуры потоков жидкости или газа в трубопроводе, например, газотурбинного двигателя (ГТД) и температуры воздушного потока, окружающего трубопровод, при разработке, испытаниях и эксплуатации различных типов двигателей, при лабораторных исследованиях, для контроля технологических процессов на производстве, в системах коммерческого учёта, в системах противоаварийной защиты, где в качестве чувствительного элемента используются два термочувствительных датчика, между которыми размещен слой теплоизоляции.
Из уровня техники известны устройства для измерения температуры жидких и газообразных сред, описания которых содержатся в патентах: RU №2281466, МПК G01K 1/14, G01K 7/32, опубл. 10.08.2006; RU 2710520, МПК G01K 13/02, G01K 1/02, опубл. 26.12.2019, а также в описании СИ ЯСИЛ405211.014ТУ на датчик температуры П-109М4, которые содержат термочувствительный элемент, заключённый в защитную гильзу, погружаемую в измеряемую среду, поэтому для размещения ее в трубопроводе необходимо вырезать отверстие. Недостатками известных устройств являются большие габариты, что не позволяет использовать их при плотном монтаже и в трубопроводах малого диаметра, наличие дополнительной температурной погрешности от температуры окружающей воздушной среды, трудоемкий монтаж и высокая стоимость, кроме того, устройства с электронными схемами имеют ограниченные верхние пределы рабочих температур (не более 100 °С).
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату, и выбрано за прототип, является техническое решение для измерения температуры в трубопроводе с помощью поверхностного датчика, который представлен в техническом описании, которое размещено по адресам: https://www.emerson.com/documents/automation/техническое-описание-технология-измерения-температуры-well-ru-ru-5199364.pdf; https://www. rosemount 0085_00825-0107-4952/ краткое руководство по установке/ ред. DC.
Наиболее близкое техническое решение содержит поверхностный датчик измерения температуры (чувствительный элемент), при этом используется алгоритм расчёта температуры с использованием известных свойств теплопроводности стенки трубопровода, и поверхностного датчика (измерительного преобразователя) узла измерения температуры поверхности трубопровода и температуры окружающей среды для расчета температуры технологического процесса внутри трубопровода.
Недостатками технического решения, принятого за прототип, являются:
- ограниченный верхний предел рабочей температуры (не более +85 °С для головки измерительного преобразователя и не более +130 °С для поверхностного датчика);
- отсутствие возможности встраивания прототипа внутрь конструкции двигателя, из-за больших габаритов и массы прототипа и хомута, с помощью которого прототип крепится к поверхности трубопровода;
- наличие неучтённой дополнительной температурной погрешности, обусловленной неучтенными тепловыми потерями через дополнительную теплоизоляцию корпуса прототипа и через головку измерительного преобразователя, которую нельзя покрывать теплоизоляцией, что может привести к неверным результатам измерения параметров газотурбинных двигателей при их испытаниях;
- большой временной отклик прототипа на быстрое изменение температуры технологического процесса внутри трубопровода и температуры окружающей среды;
- неоднородность теплового контакта поверхностного датчика с поверхностью трубопровода;
- требуется сложное технологическое оборудование для изготовления чувствительного элемента и элементов крепления прототипа на поверхность трубопровода.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения, и невозможностью обеспечить при использовании прототипа, являются большие габариты и масса устройства, неучтённая дополнительная температурная погрешность при измерении температуры, что может привести к неверным результатам и необъективности диагностики технического состояния газотурбинного двигателя.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание способа измерения температуры потока жидкости или газа в трубопроводах и воздушного потока, окружающего трубопровод, и устройства для измерения температуры, позволяющих получить более точные измерения температуры жидкости или газа, а также уменьшить габариты и массу устройства для измерения температуры, обеспечить объективную диагностику технического состояния газотурбинного двигателя.
Техническая проблема решается тем, что в способе измерения температуры потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод, заключающемся в том, что чувствительным элементом, установленным на поверхности трубопровода, измеряют температуру потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод, согласно изобретению , чувствительный элемент выполнен состоящим из первого и второго термочувствительных датчиков, установленных друг над другом, между которыми располагают слой теплоизоляции, поверх чувствительного элемента накладывают слой гидроизоляции, причем дополнительно используют показания двух термочувствительных эталонных датчиков, первый из которых установлен у входа трубопровода и измеряет температуру потока жидкости или газа на входе трубопровода, а второй термочувствительный эталонный датчик, измеряющий температуру воздушного потока, установлен вне трубопровода, далее термочувствительные датчики и термочувствительные эталонные датчики выводными проводами подключают к колодке и далее через кабель к вычислительному устройству, после загружают в вычислительное устройство передаточные функции, которые рассчитывают в результате осуществления градуировки трубопровода с чувствительным элементом при разных температурах потока жидкости или газа в трубопроводе и температурах воздушного потока, окружающего трубопровод, при этом передаточные функции равны tж = F(tтп; tти) и tокр = F(tтп; tти), где tж, °С - температура потока жидкости или газа в трубопроводе, измеряемая первым эталонным термочувствительным датчиком; tтп, °С - температура на поверхности трубопровода, измеряемая первым термочувствительным датчиком чувствительного элемента; tти, °С - температура на поверхности теплоизоляции, измеряемая вторым термочувствительным датчиком чувствительного элемента; tокр, °С - температура воздушного потока, измеряемая вторым термочувствительным эталонным датчиком, после загрузки передаточных функций в вычислительное устройство, вычислительное устройство преобразовывает сигналы с термочувствительных датчиков и термочувствительных эталонных датчиков в температуру tж потока жидкости или газа в трубопроводе и в температуру tокр воздушного потока, окружающего трубопровод.
Кроме того, согласно изобретению , применяют термочувствительные датчики в виде гибких термопреобразователей типа ТСП 9715 или термопар или полупроводниковых датчиков или волоконно-оптических датчиков с брэгговскими решётками.
Кроме того, согласно изобретению , применяют теплоизоляцию в виде кремнеземной термостойкой ленты типа КЛ-11-3,5 или КЛ-11-5,0 или МКЛ-3,0.
Кроме того, согласно изобретению , применяют гидроизоляцию в виде термостойкой ленты типа ЛЭТСАР или термостойкого скотча типа 361.
Техническая проблема решается тем, что в устройстве для измерения температуры потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод, содержащем чувствительный элемент, установленный на поверхность трубопровода, согласно изобретению , чувствительный элемент выполнен состоящим из первого и второго термочувствительных датчиков, установленных друг над другом, между которыми располагают слой теплоизоляции, а поверх чувствительного элемента накладывают слой гидроизоляции, причем устройство дополнительно включает два термочувствительных эталонных датчика, первый из которых установлен у входа трубопровода и измеряет температуру потока жидкости или газа на входе трубопровода, а второй термочувствительный эталонный датчик, измеряющий температуру воздушного потока, установлен вне трубопровода, причем термочувствительные датчики и термочувствительные эталонные датчики выводными проводами подключены к колодке и далее через кабель к вычислительному устройству с возможностью преобразования сигналов с термочувствительных датчиков и термочувствительных эталонных датчиков в температуру потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод, после загрузки в вычислительное устройство передаточных функций.
Кроме того, согласно изобретению , используют гибкие термопреобразователи типа ТСП 9715 или термопары или полупроводниковые датчики или волоконно-оптические датчики с брэгговскими решётками.
Кроме того, согласно изобретению , использована теплоизоляция в виде кремнеземной термостойкой ленты типа КЛ-11-3,5 или КЛ-11-5,0 или МКЛ-3,0.
Кроме того, согласно изобретению , использована гидроизоляция в виде термостойкой ленты типа ЛЭТСАР или термостойкий скотч типа 361.
Как в прототипе, чувствительным элементом, установленным на поверхность трубопровода, измеряют температуру потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод.
В отличие от прототипа, чувствительный элемент выполнен состоящим из первого и второго термочувствительных датчиков, установленных друг над другом, между которыми располагают слой теплоизоляции, поверх чувствительного элемента накладывают слой гидроизоляции, причем дополнительно используют показания двух термочувствительных эталонных датчиков, первый из которых установлен у входа трубопровода и измеряет температуру потока жидкости или газа на входе трубопровода, а второй термочувствительный эталонный датчик, измеряющий температуру воздушного потока, установлен вне трубопровода, далее термочувствительные датчики и термочувствительные эталонные датчики выводными проводами подключают к колодке и далее через кабель к вычислительному устройству, после загружают в вычислительное устройство передаточные функции, которые рассчитывают в результате осуществления градуировки трубопровода с чувствительным элементом при разных температурах потока жидкости или газа в трубопроводе и температурах воздушного потока, окружающего трубопровод, при этом передаточные функции равны tж = F(tтп; tти) и tокр = F(tтп; tти), где tж, °С - температура потока жидкости или газа в трубопроводе, измеряемая первым эталонным термочувствительным датчиком; tтп, °С - температура на поверхности трубопровода, измеряемая первым термочувствительным датчиком чувствительного элемента; tти, °С - температура на поверхности теплоизоляции, измеряемая вторым термочувствительным датчиком чувствительного элемента; tокр, °С - температура воздушного потока, измеряемая вторым термочувствительным эталонным датчиком, после загрузки передаточных функций в вычислительное устройство, вычислительное устройство преобразовывает сигналы с термочувствительных датчиков и термочувствительных эталонных датчиков в температуру tж потока жидкости или газа в трубопроводе и в температуру tокр воздушного потока, окружающего трубопровод.
В отличии от прототипа, чувствительный элемент выполнен состоящим из первого и второго термочувствительных датчиков, установленных друг над другом, между которыми располагают слой теплоизоляции, а поверх чувствительного элемента накладывают слой гидроизоляции, причем устройство дополнительно включает два термочувствительных эталонных датчика, первый из которых установлен у входа трубопровода и измеряет температуру потока жидкости или газа на входе трубопровода, а второй термочувствительный эталонный датчик, измеряющий температуру воздушного потока, установлен вне трубопровода, причем термочувствительные датчики и термочувствительные эталонные датчики выводными проводами подключены к колодке и далее через кабель к вычислительному устройству с возможностью преобразования сигналов с термочувствительных датчиков и термочувствительных эталонных датчиков в температуру потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод, после загрузки в вычислительное устройство передаточных функций.
Кроме того, использованы термочувствительные датчики, например, гибкие термопреобразователи типа ТСП 9715 или термопары, или полупроводниковые датчики, или волоконно-оптические датчики с брэгговскими решётками.
Кроме того, использована теплоизоляция, например, кремнеземная термостойкая лента типа КЛ 11 3,5 или КЛ 11 5,0, или МКЛ 3,0.
Кроме того, в качестве гидроизоляции применяют, например, термостойкую ленту типа ЛЭТСАР или термостойкий скотч типа 361.
Предлагаемое техническое решение поясняется фигурами.
На фиг. 1 изображена схема измерения температуры жидкости (или газа), протекающей в трубопроводе с чувствительным элементом.
На фиг. 2 представлено фото внешнего вида трубопровода с чувствительным элементом.
На фиг. 3 изображена схема осуществления способа получения градуировочных характеристик трубопровода с чувствительным элементом при проведении градуировки.
На фигурах приведены следующие позиции:
1 - Поток жидкости или газа (теплоносителя) внутри трубопровода;
2 - Поверхность трубопровода;
3 - Слой теплоизоляции;
4 - Термочувствительный датчик, установленный на поверхность трубопровода;
5 - Термочувствительный датчик, установленный на поверхность слоя теплоизоляции;
6 - Слой гидроизоляции;
7 - Выводные провода термочувствительного датчика 4;
8 - Выводные провода термочувствительного датчика 5;
9 - Вычислительное устройство;
10 - Выводные провода термочувствительного эталонного датчика 12;
11 - Выводные провода термочувствительного эталонного датчика 15;
12 - Термочувствительный эталонный датчик, измеряющий температуру воздушного потока;
13 - Воздухонагреватель, создающий воздушный поток, обдувающий чувствительный элемент;
14 - Воздушный поток, обдувающий чувствительный элемент;
15 - Термочувствительный эталонный датчик, измеряющий температуру потока жидкости (газа);
16 - Колодка подключения выводных проводов эталонных термочувствительных датчиков и термочувствительных датчиков;
17 - Измерительный кабель, передающий сигналы эталонных термочувствительных датчиков и термочувствительных датчиков чувствительного элемента в персональный компьютер;
18 - Персональный компьютер с измерительной системой;
19 - Устройство отображения информации (индикатор, монитор и т.д.);
20 - Бак с жидкостью;
21 - Насос;
22 - Дроссельный кран (дроссель);
23 - Расходомер;
24 - Нагреватели потока жидкости (газа);
25 - Трубопроводная система градуировочной установки.
Способ измерения температуры потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод, и устройство измерения температуры потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод, осуществляют следующим образом.
Способ заключается в том, что чувствительным элементом (без позиции), установленным на поверхность трубопровода, измеряют температуру потока теплоносителя 1 в виде жидкости или газа в трубопроводе (без позиции) и воздушного потока, окружающего трубопровод. Принцип работы способа основан на косвенном измерении и учете энергии теплообмена между жидкостью (или газом), протекающей внутри трубопровода, и воздушным потоком, обдувающим трубопровод. В качестве «индикатора» для фиксации процесса указанного теплообмена используется слой теплоизоляции 3, между внешней поверхностью 2 трубопровода и окружающей воздушной средой. В месте измерения температуры на поверхность 2 трубопровода (без позиции) устанавливают чувствительный элемент (без позиции), состоящий из двух термочувствительных датчиков 4, 5, установленных друг над другом. В качестве термочувствительных датчиков применяют, например, гибкие термопреобразователи типа ТСП 9715 или термопары, или полупроводниковые датчики, или волоконно-оптические датчики с брэгговскими решётками. Между термочувствительными датчиками 4, 5 расположен слой теплоизоляции 3, в качестве которой может быть применена, например, кремнеземная термостойкая лента типа КЛ 11 3,5 или КЛ 11 5,0, или МКЛ 3,0. Поверх чувствительного элемента накладывают слой гидроизоляции 6 (фиг. 2), в качестве которой применяют, например, термостойкую ленту типа ЛЭТСАР или термостойкий скотч типа 361. Далее термочувствительные датчики 4, 5 выводными проводами 7, 8 подключают к вычислительному устройству 9 (фиг. 1). После этого загружают в вычислительное устройство 9 передаточные функции, которые рассчитали в результате осуществления градуировки трубопровода с чувствительным элементом.
Градуировку трубопровода осуществляют при разных температурах потока жидкости или газа в трубопроводе и температурах воздушного потока от воздухонагревателя, обдувающего трубопровод. Для осуществления градуировки трубопровода применяют градуировочную установку (фиг. 3). Установка обеспечивает режимы обдува чувствительного элемента (без позиции) трубопровода воздушным потоком 14, с разной температурой в диапазоне, достаточном для построения градуировочных характеристик с заданной точностью. Для этого рекомендуется охватывать не менее 50 % рабочего диапазона температур воздуха. Допускается осуществлять локальный обдув трубопровода с помощью воздухонагревателя 13, например, фена в месте расположения эталонного датчика, измеряющего температуру воздушного потока, и термочувствительных датчиков 4, 5. Установка обеспечивает прокачку жидкости или газа с помощью насоса 21 по трубопроводу в процессе его градуировки. Градуировку трубопровода проводят при среднем значении рабочего диапазона расхода жидкости или газа для градуируемого трубопровода. При градуировке поддерживают стабильный уровень расхода жидкости или газа для исключения возможных скачков температуры жидкости или газа перед входом трубопровода, возникающих из-за теплопотерь на участке гидросистемы установки между нагревателями 24 и входом градуируемого трубопровода. Термочувствительный эталонный датчик 12, измеряющий температуру воздушного потока и термочувствительный эталонный датчик 15, измеряющий температуру потока жидкости или газа, теплоизолируют от окружающей воздушной среды и устанавливают ближе ко входу градуируемого трубопровода, при этом, воздушный поток от воздухонагревателя не должен влиять на эталонный датчик, измеряющий температуру потока жидкости или газа в трубопроводе. В качестве термочувствительных эталонных датчиков используют, например, гибкие термопреобразователи типа ТСП.
Далее термочувствительные эталонные датчики 12, 15 выводными проводами 10, 12 через колодку 16, измерительный кабель 17 подключают к персональному компьютеру с измерительной системой 18. Далее на устройстве отображения информации 19, например, на индикаторе или мониторе персонального компьютера, выводят значения расхода жидкости или газа через градуируемый трубопровод и значения сигналов с накладных и эталонных датчиков в процессе градуировки трубопровода. В процессе градуировки используют бак 20 с жидкостью или газом, предназначенный для хранения жидкости или газа, которую используют при градуировке трубопровода и сбора уже использованной жидкости или газа. Дроссельные краны 22 предназначены для регулировки расхода жидкости или газа. Насос 21 предназначен для прокачки жидкости или газа по трубопроводной системе 25 установки и для их откачки в бак 20 из трубопроводной системы установки после проведения градуировки перед снятием отградуированного трубопровода с установки. Расходомер 23 предназначен для измерения и контроля уровня расхода жидкости или газа по трубопроводной системе градуировочной установки. Нагреватели потока жидкости (газа) 24, например, ТЭНы предназначены для нагревания жидкости (газа) до нужной температуры при прохождении по трубопроводной системе градуировочной установки. Трубопроводная система 25 градуировочной установки - это замкнутая система труб, в разрыв которой включается градуируемый трубопровод (без позиции). Перед градуировкой трубопровода в персональный компьютер с измерительной системой 18 заносят данные о конфигурации измерительных каналов.
После градуировки трубопровода проводят его демонтаж с градуировочной установки. Для этого необходимо:
- остановить процесс нагревания жидкости, протекающей по трубопроводу - выключить ТЭН 24, фиг. 3;
- остановить запись сигналов с накладных и эталонных датчиков на персональный компьютер поз. 18;
- включить обдув трубопровода холодным воздухом с помощью воздухонагревателя 13;
- откачать жидкость из трубопроводной системы градуировочной установки в бак 20;
- выключить обдув трубопровода холодным воздухом, отключить воздухонагреватель 13;
- отсоединить выводные провода 7 и 8 термочувствительных датчиков 4 и 5 от колодки подключения 16;
- демонтировать отградуированный трубопровод с градуировочной установки.
По результатам градуировки производят расчет передаточных функций.
Передаточные функции tж = F(tтп; tти) и tокр = F(tтп; tти) находят при решении системы из двух уравнений, составленных по результатам градуировки трубопровода, относительно аргументов tж и tокр:
Стп = F(tокр) - функция, аппроксимирующая график зависимости значений Стп n от значений tокр n;
Сти = F(tокр) - функция, аппроксимирующая график зависимости значений Сти n от значений tокр n;
n - порядковый номер температурного режима обдува трубопровода при проведении градуировки трубопровода;
K1 - среднее значение коэффициентов Ктп n углов наклона n (где n = 3 или более 3) градуировочных характеристик tтп n = F(tж): tтп n = Ктп n × tж + Стп n, полученных при n разных температурах воздушного потока (tокр n), окружающего трубопровод, по показаниям термочувствительного датчика, установленного на поверхность трубопровода;
K3 - среднее значение коэффициентов Кти n углов наклона n (где n = 3 или более 3) градуировочных характеристик tти n = F(tж): tти n = Кти n × tж + Сти n, полученных при n разных температурах воздушного потока (tокр n), окружающего трубопровод, по показаниям термочувствительного датчика, установленного на поверхность теплоизоляции;
Если аппроксимирующие функции Стп = F(tокр) и Сти = F(tокр) являются линейными, то передаточные функции tж = F(tтп; tти) и tокр = F(tтп; tти) определяются по формулам:
tж = K1ж × tтп - K2ж × tти + Δtж;
tокр = K1окр × tтп + K2окр × tти + Δtокр, где
tж - вычисленная температура потока жидкости или газа внутри трубопровода, °С;
tокр - вычисленная температура воздушного потока, °С;
tтп - показания термочувствительного датчика, установленного на поверхность трубопровода, при проведении измерений на стенде, °С;
tти - показания термочувствительного датчика, установленного на поверхность теплоизоляции, при проведении измерений на стенде, °С;
формулы для tж и tокр, постоянные коэффициенты K1ж, K2ж, K1окр и K2окр и Δtж и Δtокр получаются при решении системы из двух уравнений, составленных по результатам градуировки трубопровода относительно аргументов tж и tокр:
K1ж = K4 / (К4 × К1 - К3 × К2);
K2ж = - K2 / (К4 × К1 - К3 × К2);
K1окр = - K3 / (К4 × К1 - К3 × К2);
K2окр = K1 / (К4 × К1 - К3 × К2);
Δtж = (С2 × К2 - С1 × К4) / (К4 × К1 - К3 × К2);
Δtокр = - (С2 × К1 - С1 × К3) / (К4 × К1 - К3 × К2), где
tж - показания эталонного датчика градуировочной установки, измеряющего температуру потока жидкости или газа при проведении градуировки трубопровода, °С;
tокр - показания эталонного датчика градуировочной установки, измеряющего температуру воздушного потока, окружающего трубопровод, при проведении градуировки трубопровода, °С;
tтп - показания термочувствительного датчика, установленного на поверхность трубопровода, при проведении градуировки трубопровода, °С;
tти - показания термочувствительного датчика, установленного на поверхность теплоизоляции, при проведении измерений на стенде, °С;
Δtж - значение абсолютной погрешности измерения температуры потока жидкости в данном трубопроводе, °С;
Δtокр - значение абсолютной погрешности измерения температуры воздушного потока, окружающего данный трубопровод, °С;
K1 - среднее значение коэффициентов Ктп n углов наклона n (где n = 3 или более 3) градуировочных характеристик tтп n = F(tж), где
tтп n = Ктп n × tж + Стп n, полученных при n разных температурах воздушного потока (tокр n), окружающего трубопровод, по показаниям термочувствительного датчика, установленного на поверхность трубопровода, где Стп n = tтп n при tж = 0 °С;
K2 - коэффициент угла наклона функции Стп = F(tокр) = К2 × tокр + С1, аппроксимирующей график зависимости Стп n = F(tокр n);
K3 - среднее значение коэффициентов Кти n углов наклона n (где n = 3 или более 3) градуировочных характеристик tти n = F(tж): tти n = Кти n × tж + Сти n, полученных при n разных температурах воздушного потока, окружающего трубопровод, по показаниям термочувствительного датчика, установленного на поверхность теплоизоляции;
K4 - коэффициент угла наклона функции Сти = F(tокр) = К4×tокр+С2, аппроксимирующей график зависимости Сти n = F(tокр n);
C1 - значение Стп = F(tокр) при tокр = 0 °С;
C2 - значение Сти = F(tокр) при tокр = 0 °С.
Установка обеспечивает вывод на монитор компьютера значений расхода жидкости или газа через градуируемый трубопровод и значений сигналов с термочувствительных датчиков, и термочувствительных эталонных датчиков в процессе градуировки трубопровода. После градуировки трубопровод становится измерительным прибором - средством измерения с индивидуальными градуировочными характеристиками. Далее по градуировочным характеристикам трубопровода рассчитываются передаточные функции tж, tокр, которые заносятся в вычислительное устройство 9 перед испытаниями двигателя.
Кроме измерения температуры потока жидкости или газа, протекающего внутри трубопровода, разработанный способ измерения температуры позволяет измерить температуру окружающего трубопровода воздушного потока на заданном (при градуировке трубопровода) расстоянии от поверхности гидроизоляции.
Предложенный способ измерения температуры потока жидкости или газа в трубопроводе двигателя и температуры воздушного потока, окружающего трубопровод, и устройство измерения температуры прошли исследование и испытания на авиационных газотурбинных двигателях разработки АО «ОДК-Авиадвигатель».
Результаты испытаний полностью подтвердили эффективность технического решения согласно настоящего изобретения.
Таким образом, выполнение предлагаемого изобретения способа измерения температуры потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод, и устройства для его осуществления с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, позволяет получать более точные измерения температуры потока жидкости или газа, протекающего внутри трубопровода, а также уменьшить габариты и массу, стоимость устройства для измерения температуры, обеспечить объективную диагностику технического состояния газотурбинного двигателя.
Claims (8)
1. Способ измерения температуры потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод, заключающийся в том, что чувствительным элементом, установленным на поверхности трубопровода, измеряют температуру потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен состоящим из первого и второго термочувствительных датчиков, установленных друг над другом, между которыми располагают слой теплоизоляции, поверх чувствительного элемента накладывают слой гидроизоляции, причем дополнительно используют показания двух термочувствительных эталонных датчиков, первый из которых установлен у входа трубопровода и измеряет температуру потока жидкости или газа на входе трубопровода, а второй термочувствительный эталонный датчик, измеряющий температуру воздушного потока, установлен вне трубопровода, далее термочувствительные датчики и термочувствительные эталонные датчики выводными проводами подключают к колодке и далее через кабель к вычислительному устройству, после загружают в вычислительное устройство передаточные функции, которые рассчитывают в результате осуществления градуировки трубопровода с чувствительным элементом при разных температурах потока жидкости или газа в трубопроводе и температурах воздушного потока, окружающего трубопровод, при этом передаточные функции равны tж = F(tтп; tти) и tокр = F(tтп; tти), где tж, С - температура потока жидкости или газа в трубопроводе, измеряемая первым эталонным термочувствительным датчиком; tтп, С - температура на поверхности трубопровода, измеряемая первым термочувствительным датчиком чувствительного элемента; tти, С - температура на поверхности теплоизоляции, измеряемая вторым термочувствительным датчиком чувствительного элемента; tокр, С - температура воздушного потока, измеряемая вторым термочувствительным эталонным датчиком, после загрузки передаточных функций в вычислительное устройство вычислительное устройство преобразовывает сигналы с термочувствительных датчиков и термочувствительных эталонных датчиков в температуру tж потока жидкости или газа в трубопроводе и в температуру tокр воздушного потока, окружающего трубопровод.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применяют термочувствительные датчики в виде гибких термопреобразователей типа ТСП 9715, или термопар, или полупроводниковых датчиков, или волоконно-оптических датчиков с брэгговскими решетками.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применяют теплоизоляцию в виде кремнеземной термостойкой ленты типа КЛ-11-3,5, или КЛ-11-5,0, или МКЛ-3,0.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применяют гидроизоляцию в виде термостойкой ленты типа ЛЭТСАР или термостойкого скотча типа 361.
5. Устройство для измерения температуры потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод, содержащее чувствительный элемент, установленный на поверхность трубопровода, отличающееся тем, что чувствительный элемент выполнен состоящим из первого и второго термочувствительных датчиков, установленных друг над другом, между которыми располагают слой теплоизоляции, а поверх чувствительного элемента накладывают слой гидроизоляции, причем устройство дополнительно включает два термочувствительных эталонных датчика, первый из которых установлен у входа трубопровода и измеряет температуру потока жидкости или газа на входе трубопровода, а второй термочувствительный эталонный датчик, измеряющий температуру воздушного потока, установлен вне трубопровода, причем термочувствительные датчики и термочувствительные эталонные датчики выводными проводами подключены к колодке и далее через кабель к вычислительному устройству с возможностью преобразования сигналов с термочувствительных датчиков и термочувствительных эталонных датчиков в температуру потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод, после загрузки в вычислительное устройство передаточных функций.
6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что используют гибкие термопреобразователи типа ТСП 9715, или термопары, или полупроводниковые датчики, или волоконно-оптические датчики с брэгговскими решетками.
7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что использована теплоизоляция в виде кремнеземной термостойкой ленты типа КЛ-11-3,5, или КЛ-11-5,0, или МКЛ-3,0.
8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что использована гидроизоляция в виде термостойкой ленты типа ЛЭТСАР или термостойкий скотч типа 361.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2818106C1 true RU2818106C1 (ru) | 2024-04-24 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4101549A1 (de) * | 1991-01-21 | 1992-07-23 | Klaus Fischer Mess Und Regelte | Vorrichtung zum messen von temperaturen in rohrleitungen |
| RU2281466C1 (ru) * | 2004-12-06 | 2006-08-10 | Закрытое акционерное общество Промышленная группа "Метран" | Датчик температуры |
| US20170212065A1 (en) * | 2016-01-25 | 2017-07-27 | Rosemount Inc. | Non-intrusive process fluid temperature calculation system |
| CN110006485A (zh) * | 2019-04-01 | 2019-07-12 | 中清控(武汉)科技有限公司 | 一体流温智能监控装置 |
| RU2710520C1 (ru) * | 2016-06-29 | 2019-12-26 | Роузмаунт Инк. | Система измерения температуры технологической текучей среды с помощью повышенного проникновения в зону процесса |
| US20200096394A1 (en) * | 2018-09-24 | 2020-03-26 | Rosemount Inc. | Low contact clamp for non-invasive process fluid temperature indication |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4101549A1 (de) * | 1991-01-21 | 1992-07-23 | Klaus Fischer Mess Und Regelte | Vorrichtung zum messen von temperaturen in rohrleitungen |
| RU2281466C1 (ru) * | 2004-12-06 | 2006-08-10 | Закрытое акционерное общество Промышленная группа "Метран" | Датчик температуры |
| US20170212065A1 (en) * | 2016-01-25 | 2017-07-27 | Rosemount Inc. | Non-intrusive process fluid temperature calculation system |
| RU2710520C1 (ru) * | 2016-06-29 | 2019-12-26 | Роузмаунт Инк. | Система измерения температуры технологической текучей среды с помощью повышенного проникновения в зону процесса |
| US20200096394A1 (en) * | 2018-09-24 | 2020-03-26 | Rosemount Inc. | Low contact clamp for non-invasive process fluid temperature indication |
| CN110006485A (zh) * | 2019-04-01 | 2019-07-12 | 中清控(武汉)科技有限公司 | 一体流温智能监控装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5837903A (en) | Device for measuring exhaust flowrate using laminar flow element | |
| US6125695A (en) | Method and apparatus for measuring a fluid | |
| US20240247985A1 (en) | Method for detecting the convective heat transfer coefficient and the thickness of an interface | |
| RU2818106C1 (ru) | Способ измерения температуры потока жидкости или газа в трубопроводе и воздушного потока, окружающего трубопровод, и устройство для его осуществления | |
| Tagawa et al. | Response compensation of thermistors: Frequency response and identification of thermal time constant | |
| Oda et al. | A silicon micromachined flow sensor using thermopiles for heat transfer measurements | |
| Childs | Advances in temperature measurement | |
| Ligęza | Use of natural fluctuations of flow parameters for measurement of velocity vector | |
| US4475392A (en) | Skin friction gage for time-resolved measurements | |
| TWI784625B (zh) | 大氣亂流偵測方法及大氣亂流偵測裝置 | |
| Mills et al. | Error analysis of experiments | |
| Champagne | The temperature sensitivity of hot wires | |
| EP3583393B1 (en) | Calorimetric probe and a method for calorimetric measurement | |
| Annand et al. | Heat transfer measurements on a simple model representing a poppet exhaust valve in an outflowing stream | |
| Lior | Measurement of small temperature and pressure differences | |
| RU2651626C1 (ru) | Способ определения температуры торможения газового потока | |
| RU2762534C1 (ru) | Способ определения коэффициента теплопередачи материалов и устройство для его осуществления | |
| RU2747098C1 (ru) | Термоанемометр для измерения скорости газа в противоточном газокапельном прокате | |
| Antoš et al. | Experimental Study of a Boundary Layer on a Heated Flat Plate | |
| Stevens | Improved flow rate monitoring of the NPL high dew-point generator. | |
| Bonham | The development of accurate stagnation temperature probes for gas turbine applications | |
| Muralidharan et al. | Characterisation of Multi Parameter Sensor for Aero Engine | |
| SU201694A1 (ru) | Калориметрический расходомер газа | |
| Nickols III | ERROR ANALYSIS OF EXPERIMENTS | |
| SU303529A1 (ru) | Способ индикации температурного поля |