SU1377620A1 - Способ измерени температуры электропроводной поверхности - Google Patents

Abstract

Изобретение м.б. использовано дл  непрерьтного дистанционного измерени  температур нагретых поверхностей , наход щихс  в газовой среде, вакууме или диэлектрических средах. Цель изобретени  - упрощение способа и распшрение области его применени . В устр-ве, реализующем способ, измерительный электрод ,(ИЭ) 1 приближают к контролируемой поверхности (КП) 2 на рассто ние 1. Затем к ИЗ 1 и КП 2 прикладьшагот электрическое напр жение от источника 3 через резистор 5. С помощью регул тора 4 напр жение между ИЭ 1 и КП 2 повьшают до возникновени  пробо  среды. После пробо  напр жение снижаетс . Температуру КП 2 определ ют из градуировоч- ной кривой. Величина пробивного напр жени  зависит от давлени  газа. Зна  давление газа и величину пробивного напр жени  при этом давлении аналитически можно определить температуру нагретой поверхности. I з.п. , 3 ил. с fS (Л

Description

фие, 1

11

Изобретение относитс  к термомет рии и может быть использовано дл  непрерывного дистанционного измерени  температур нагретых поверхностей, наход щихс  в газовой среде, вакууме или жидких диэлектрических средах.

Цель изобретени  - упрощение способа и расширение области его применени  за счет расширени  диапазона измер емых температур и устранени  зависимости результатов измерени  от прозрачности промежуточной среды, из лучательной способности и рода материала нагретой поверхности.

На фиг.1 приведена упрощенна  схема устройства дл  осуществлени  предлагаемого способа при однократном измерении температуры; на фиг.2-

то же,,дл  измерени  непрерывного из- 20 мерени  температуры; на фиг.З - эпю-

ры напр жений U , U

и Ujj соответст- схемы устройст

венно в точках а,б,в ва по фиг.2„

Устройство (фиг.1) содержит измерительный электрод 1, размещенный вблизи контролируемой поверхности 2, источник 3 высокого напр жени , регул тор 4 напр жени , токоограничиваю- щий резистор 5 и регистрирующий прибор 6 (киловольтметр).

Устройство на фиг.2 содержит,как и устройство, приведенное на фиг.1, измерительный электрод 1, устанавливаемый вблизи поверхности 2 (условно изображены в виде разр дника 7), источник 3 высокбго напр жени , резисторы 8 и 9, конденсатор 10, измеритель П максимального напр жени , включаюршй в себ  диод 12, конденсатор 13, резистор 14 и регистрирующий прибор 6.

Способ осуществл етс  следующим образом

Измерительный электрод 1 приближают к контролируемой электропроводной поверхности 2 на небольщое рассто ние 1 (фиг.1), Затем к электроду 1 и поверхности 2 прикладываетс  электрическое напр жение от источника 3 через резистор 5. С помощью регул тора 4 напр жение между электродом 1 и поверхностью 2 повышаетс  до возникновени  электрического пробо  среды , наход щейс  в промежутке измери- тельный электрод 1 - электропроводна поверхность 2. Величина напр жени  в момент пробо  Ипр фиксируетс  измерительным прибором 6, После пробо  на

пр жение снижаетс  или отключаетс  дл  прекращени .возникающего после пробо  между элементами 1 и 2 разр да и дл  подготовки схемы к следующему пробою. Температура поверхности 2 определ етс  из градуировочной кривой и,, f(T) либо из ее аналитического выражени  вида

и.

-i

HI

(1)

Ю

и no выражено в В| 1 - в MMJ Т - а А и В - посто нные, завис щие

где в К,

от рода и давлени  среды (газа) между электродом 1 и поверхностью 2 .(дл  воздуха при атмосферном давлении А 7,65 10 К/мм ,, а В 4,Д2х

f-n

L мм J

0

5

0

5

0

5

0

В процессе измерени  температура электрода 1 и температура среды в промежутке между электродом и поверхностью заведомо не дол}кны превышать температуру контролируемой поверхности .

Дл  увеличени  точности измерени  измерительный электрод 1 должен быть термостабилизирован.

Принципиально важным фактом дл  реализации предлагаемого способа  вл етс  однородность электрического пол  в промежутке электрод 1 - поверхность 2. Условие однородности пол  выполн етс , если форма поверхности электрода, обращенна  к поверхности, повтор ет форму последней и все точки ее наход тс  на одинаковом рассто нии 1 от поверхности (фиг.О, а продольный а и поперечный b размеры поверхности электрода, обращенной к измер емой (или меньший из них, например , а 6Ь), превьтают удвоенное рассто ние 1, т.е. Ь i а Ь 21, и радиус закруглени  кромки вспомогательного электрода г,  вл ющейс  переходом от поверхности, обращенной к измер емой поверхности, к собственной боковой поверхности, составл ет не менее величины 1 (г 1), т.е. размеры измерительного электрода св заны с удаленностью его от поверхности следующим соотношением: Ъ а 2Е«2г.

Величину пробивного напр жени  и р промежутка определ ют температурой поверхности нагретого тела в св зи с тем, что пробой начинаетс  всегда у нагретого электрода. Это в свою

очередь обусловлено тем, что у нагретого тела плотность газа минимальна и, следовательно, вблизи поверхности тела наибольший коэффициент ионизации . Поэтому именно у нагретой поверхности зарождаетс  пробой, кото- рьй в однородном электрическом поле без повышени  приложенного к разр дному промежутку напр жени  неизбежно завершаетс  полным пробоем промежутка j несмотр  на то, что остальна  часть промежутка может иметь более высокую электрическую прочность, Величина сильно зависит от давлени  газа Р. Однако это не  вл етс  существенным ограничением дл  применени  предлагаемого метода по следующим причинам..Большинство промышленных процессов, св занных с нагревом тел, протекает при посто нном давлении, в частности при атмосферном . В этом случае температура определ етс  по градуировочной кривой или по аналитическому выражению типа (1), Если давление в процессе измерени  температуры измен етс  в небольших пределах (0,5 6 Р/РО 2,0) и по известному закону,, то это изменение легко учесть при измерении температуры по формуле

UH.M Up Р, /Р

где Up - пробивное напр жение при данном давлении Р;

измерительное пробивное напр жение ,

т.е. то напр жение, по которому, использу  градуировочную кривую, полученную при давлении Р , определ етс  температура.

Если закономерность изменени  давлени  в производственном процессе неизвестна , но посто нна в каждом отдельном процессе, то перед измерени  ми следует сн ть градуироврчные кривые . Если изменение давлени  носит случайный характер, то в этом случае действительно надо измер ть давление газа (что представл етс  более простой задачей, чем измерение темперапр

туры). Зна  давление Р и величину при этом давлении аналитически можно определить и температуру нагретой поверхности .

Схема устройства, приведенна  на фиг.2, позвол ет существенно упростить процесс измерени  температуры поверхности и повысить точность.

е и   ) т- 10

15

25

35

40

45

50

р

55

З с тройств о . работает следующим образом.

Включают источник высокого напр жени  (ИВН)S имеющий уровень рабочего напр жени  Upqe который превышает или равен максимальному пробивному напр жению в заданном рабочем диапазоне температур (фиг.За)« Если поднимать посто нное положительное напр жение Up постепенно, конденсатор 10 емкостью С, зар жаетс  до пробивного напр жени  Un- промежутка электрод - поверхность. При пробое (момент времени t) напр жение в точке k резко падает практически до нул  (фиг.Зв), а на конденсаторе 10 eньшaeтc  при протекании тока короткого замьп :ани  до величины падени  напр жени  на резисторе 9, если посто нна  времени зар да Я,С, конденсатора 10 емкостью С, существенно больше посто нной времени его разр да ,, где R, и R, - сопротивление резисторов 8 и 9 соответственно . Когда напр кенне в точке Ь снижаетс  до напр жени  погасани  1 лог разр да, ток разр да обрьюаетс  (момент времени t|) и ко щенсатор 10 начинает оп ть зар жатьс , В момент 30 t, напр жение на нем U снова достигает величины Unp S происходит пробой

20

промежутка и процесс повтор етс . С

ростом

жени  и

ростом напр жени  U величина напр пр не измен етс , з еньшаютс  только периоды времени зар д - разр д конденсатора 10; t - t, tj tj-t, a при достижении l const они станов тс  равными: tg,-t5. t-;-tg. . . (фиг.Зв) „

Так как при пробо х наблюдаетс  естественный разброс пробивных напр жений , то дл  увеличени  точности измерени  следует усредн ть результаты как минимум трех-п ти измерений напр жени  пробо . Схема устройства, приведенного на фиг.2, при соответствующем выборе параметров элементов схемы позвол ет автоматически выполнить такое усреднение. Дл  этого необходимо, чтобы посто нна  времени разр да конденсатора 13 емкостью С, вход щего в состав измерител  1 максимального напр жени , существенно превып1ала посто нную зар да конденсатора 10, т.е. при

10 R,C, ,(2)

где R,, - сопротивление резистора 14.

Применение источника высокого напр жени  переменного тока требует

согласовани  посто нных времени зар да и разр да (2) с периодом переменного напр жени 

R,,C,,t 10 R,C, Т 100 R2C, , (3) Как показали исследовани , при работе в воздухе в пределах естественного статистического разброса пробивных напр жений точность измерени  температуры поверхности не зависит от задымленности промежутка электрод 1 - поверхность 2, от материала и степени окислени  поверхности 2 и электрода I и скорости движени  потока газа до 50 м/с.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   , Способ измерени  температуры электропроводной поверхности, заключающийс  в том, что вблизи контролируемой поверхности на фиксированном рассто нии от нее размещают измерительный электрод и в промежутке между измерительным электродом и поверхностью , прикладьша  к ним электрическое напр жение, создают электрическое поле, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  способа и расширени  области его применени , между измерительным электродом и контролируемой поверхностью создают однородное электрическое

   поле, напр женность которого увеличивают до возникновени  электрического пробо  среды в промежутке между электродом и поверхностью, и измер ют напр жение пробо , по величине

   которого определ ют температуру поверхности , при этом температуру измерительного электрода и среды поддерживают меньшей или равной ожидаемой температуре контролируемой поверхности .
2. 2. Способ поп.1,отличаю- щ и и с   тем, что, с целью повыше- шени  точности измерени , осуществл ют термостабилизацию измерительного электрода.

   f Л

   Фаг. 2

   4 S ts t7

   Фиг.З