SU883674A1

SU883674A1 - Device for measuring gas deceleration temperature in channel chamber

Info

Publication number: SU883674A1
Application number: SU792847367A
Authority: SU
Inventors: Евгений Яковлевич Чернов; Юрий Иванович Канунников; Игорь Борисович Андрушев
Original assignee: Предприятие П/Я М-5539
Priority date: 1979-12-07
Filing date: 1979-12-07
Publication date: 1981-11-23

Description

Изобретение относитс к контрольно-измерительной технике и автоматическому управлению и обеспечивает автоматический контроль температуры газа свыше 2000с в объектах вида проточной емкости, скорость потока в которых может достигать сверхзвуковых значений. Описываемое устройство косвенного измерени температуры основано на расходном методе и может быть исполь зовано в экспериментальных установках лабораторного и промышленного типа с высокотемпературными электродуговыми нагревател ми газа, работа,, ющими в диапазоне от 2000°С до 8000 Известно устройство дл измерени температуры рабочего потока, содержа щее термопару,включенную через фильт в схему измерительного прибора,и тре обмоточный трансформатор,одна из обм ток которого через конденсатор подключена к термопаре 1. Недостатками этого устройства вл ютс ограниченный диапазон рабочих температур, обусловленный непригодностью термопар дл измерени температур выше 200ос, невысока точность измерени из-за возмущени .рабочего потока в проточной камере кожухом термопары и конструкци ми креплени датчика, а также значительна инерционность измерительной системы, в св зи с чем ее невозможно использовать дл быстропротекающих процессов . Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату вл етс устройство дл измерени температуры в проточной камере, содержащее установленный в ней генератор низкотемпературной плазмы , критические сопла на выходе и входе камеры, регулирующий вентиль и датчик давлени газа на входе камеры , выход которого соединен с одним , из входов управлени , к одному из выходов которого подключен регулирующий вентиль,датчики давлени холодного и гор чего газа в камере 2 . Недостатками известного устройства вл ютс ограниченный диапазон применени и низка эффективность экспе1 иментальных исследований. Цель изобретени - повышение эффективности экспериментальных исследований при высокой температуре торможени газа. Поставленна цель достигаетс тем что в известное устройство, содержащее установленный в ней генератор низкотемпературной плазмы, критические сопла на входе и выходе камеры, регулирующий вентиль и датчик давлени газа на входе камеры, выход которого соединен с одним из входов блока управлени , к одному из выхо дов которого подключен регулирующий вентиль, датчики давлени холодного и гор чего газа в камере, соответст венно до и после генератора низкотемпературной плазмы, в него введены запорный вентиль, задатчик отношени показателей адиабаты реального и идеального газов, решающий уси литель, блок согласовани , преобразователь аналог-код, цифровой индикатор и двухкоординатный функционал ный преобразователь с блоком програ мы, вход которого соединен с датчиком отношени показателей адиабаты реального и идеального газов, включенным на выходе усилител , в пр мо цепи которого включен датчик давлени холодного газа, а в цепи обратной св зи - датчик давлени гор чего газа, один .из выходов которого, соединен с зада-тчиком отношени , пр этом выход двухкоординатного функци онального преобразовател через бло согласовани и преобразова тель анал код подключен к индикатору, а датчи холодного газа сообщен с проточной камерой через запорный вентиль, цеп управлени которого соединена с одним из выходов блока управлени . Устройство производит непрерывное вычисление температуры торможени газа в соответствии со следующим алгоритмом: РГ 1, (к,)(р ) Х , где V-,V - температура холодного и гор чего газов; Р ,Р - давление холодного и го 1 р чего газов; К ,К - показатели адиабаты иде ального и реального газов . . При этом величины давлени холод ного и гор чего газов непрерывно из мер ютс в процессе эксперимента, а температура холодного газа и показатели адиабаты задаютс перед экс-периментом . На чертеже показана принципиальна схема устройства дл измерени температуры торможени газа в проточной емкости. Устройство содержит питающую бал лонную 1 сжатого газа, соединенную через регулирующий вентиль 2 и вход ное критическое сопло 3 (показано условно) с проточной камерой 4, вну ри которой установлен генератор 5 низкотемпературной плазмы, а на выходе - выходное критическое сопло 6. Перед критическим соплом установлен датчик 7 давлени газа, выход которого подключен к блоку 8 управлени экспериментальной установки, питание которой осуществл етс от источника 9 стабилизированного питани . При этом один выход блока управлени св зан через привод (не показан ) с регулирующим вентилем 2, а другой выход - с запорным вентилем 10, который импульсным каналом по входу соединен с проточной камерой 4 до генератора 5 плазмы, а по выходу с датчиком 11 давлени холодного газа , при этом потенциометр датчика включен в пр мую цепь решающего усилител 12, а в цепь обратной св зи того же усилител включен датчик 13 давлени гор чего газа, который своим импульсным каналом подключен к проточной камере за генератором 5 плазмы. Один из полюсов датчика 13 совместно со средней точкой (подвижным контактом) соединен с датчиком 14 отношени показателей адиабаты реального и идеального газов, включенным на выходе решающего усилител по схеме выходного сигнала. Выход усилител 12 соединен одним из входов двухкоординатного функционального преобразовател с блоком 15 программы , воспроизвод щим графическую зависимость температуры гор чего газа V от Pj,Pp,K, Kg, V . На другой вхЬд функционального преобразовател подключен датчик температуры холодного газа (показан условно). Выход функционального преобразовател через блок 16 согласовани и преобразователь 17 аналог-код с цифровым индикатором 18 соединён с системой 19 регулировани температуры. .Устройство работает следующим образом. Воздух на баллонной 1 через регулирующий вентиль 2 и критическое сопло 3 подаетс в проточную камеру 4 экспериментальной установки и далее через выходное сопло 6 в рабочую часть (не показана), сообщающуюс с атмосферой. С помощью датчика 7 давлени , включенного перед критическим соплом 3, и регулирующего вентил 2 система управлени питаема от стабилизированного источника 9 питани , поддерживает заданное давление газа перед критическим соплом 3, а следовательно , и расход газа по всему тракту экспериментальной установки. Во врем вывода установки на заданный по давлению режим включаетс генератор 5 низкотемпературной плазмы, который доводит температуру холодного газа в проточной камере до 2000С-8000 С.The invention relates to instrumentation technology and automatic control and provides automatic control of gas temperature over 2000 s in objects of the type of flow-through vessel, the flow rate of which can reach supersonic values. The described device for indirect temperature measurement is based on the flow method and can be used in experimental installations of the laboratory and industrial type with high-temperature electric arc gas heaters, which work in the range from 2000 ° C to 8000 It is known a device for measuring the temperature of the working flow, containing a thermocouple connected through a filter to the measuring device circuit, and a three winding transformer, one of which having its current through a capacitor connected to the thermocouple 1. The disadvantages of this The devices are limited operating temperature range, due to the unsuitability of thermocouples for measuring temperatures above 200 ° C, low measurement accuracy due to disturbing the working flow in the flow chamber by the thermocouple casing and sensor mounting designs, as well as the inertia of the measuring system, in connection with which it cannot be used for fast processes. The closest to the invention to the technical essence and the achieved result is a device for measuring the temperature in the flow chamber, containing a low-temperature plasma generator installed in it, critical nozzles at the chamber outlet and inlet, a control valve and a gas pressure sensor at the chamber inlet, the output of which is connected to One of the control inputs, to one of the outputs of which the control valve is connected, pressure sensors of cold and hot gas in chamber 2. The disadvantages of the known device are the limited range of application and the low efficiency of the experimental studies. The purpose of the invention is to increase the efficiency of experimental studies at a high gas deceleration temperature. The goal is achieved in that a known device containing a low-temperature plasma generator installed therein, critical nozzles at the inlet and outlet of the chamber, a control valve and a gas pressure sensor at the inlet of the chamber, the output of which is connected to one of the inputs of the control unit, to one of the outputs the control valve, pressure sensors of cold and hot gas in the chamber, respectively, before and after the low-temperature plasma generator, are connected to it, a stop valve is inserted into it, the ratio setting indicator adiabats of real and ideal gases, a decisive amplifier, a matching unit, an analog-code converter, a digital indicator, and a two-coordinate functional converter with a program block whose input is connected to a sensor for the ratio of adiabatic indicators of real and ideal gases switched on at the amplifier output, in The circuit of which includes a cold gas pressure sensor, and in the feedback circuit a hot gas pressure sensor, one of whose outputs is connected to the ratio setting, in addition, a two-coordinate function A cionic transducer is connected via an interlock unit and a transducer analog code is connected to the indicator, and the cold gas sensor is connected to the flow chamber via a shut-off valve whose control circuit is connected to one of the outputs of the control unit. The device continuously calculates the gas deceleration temperature in accordance with the following algorithm: WG 1, (k,) (p) X, where V-, V is the temperature of the cold and hot gases; Р, Р is the pressure of the cold and first 1 gas of what; K, K are indicators of the adiabat of ideal and real gases. . At this, the pressure values of the cold and hot gases are continuously measured during the experiment, and the temperature of the cold gas and the adiabatic values are set before the experiment. The drawing shows a schematic diagram of an apparatus for measuring the gas deceleration temperature in a flow container. The device contains a supplying balloon 1 of compressed gas, connected through a control valve 2 and an input critical nozzle 3 (shown conventionally) with a flow chamber 4, inside which is installed a low-temperature plasma generator 5, and an output critical nozzle 6 in front of the critical nozzle A gas pressure sensor 7 is installed, the output of which is connected to the control unit 8 of the experimental setup, which is powered from the stabilized power source 9. At the same time, one output of the control unit is connected via a drive (not shown) with a control valve 2, and the other output is connected with a shut-off valve 10, which is connected to the plasma generator 5 by a pulse channel to the plasma generator 5, and In this case, the potentiometer of the sensor is included in the direct circuit of the decisive amplifier 12, and the pressure sensor 13 of the hot gas is connected to the feedback circuit of the same amplifier, which by its pulse channel is connected to the flow chamber behind the plasma generator 5. One of the poles of the sensor 13 together with the midpoint (moving contact) is connected to the sensor 14 of the ratio of adiabatic indices of real and ideal gases switched on at the output of the decision amplifier according to the output signal scheme. The output of amplifier 12 is connected by one of the inputs of a two-coordinate functional converter with program block 15, which reproduces the graphical dependence of the temperature of the hot gas V on Pj, Pp, K, Kg, V. A cold gas temperature sensor (conditionally shown) is connected to another input converter of the functional converter. The output of the functional converter is connected through the matching unit 16 and the analog-code converter 17 with the digital indicator 18 to the temperature control system 19. The device works as follows. The air in the balloon 1 is fed through the control valve 2 and the critical nozzle 3 to the flow chamber 4 of the experimental setup and then through the output nozzle 6 to the working part (not shown) that communicates with the atmosphere. Using a pressure sensor 7 connected in front of the critical nozzle 3, and a control valve 2, the control system is powered by a stabilized power source 9 and maintains a predetermined gas pressure in front of the critical nozzle 3, and hence the gas flow throughout the experimental installation path. During the output of the installation to the pressure-set mode, the generator 5 of low-temperature plasma is turned on, which brings the temperature of the cold gas in the flow chamber to 2000 ° C-8000 C.

Непосредственно перед включением, генератора 5 существовавшее в датчике 11 давление холодного газа отсекаетс по сигналу блока 8 управлени запорным вентилем 10, а датчик 13 измер ет текущее значение давлени гор чего газа, прошедшего через электрическую дугу генератора.Immediately before switching on the generator 5, the pressure of the cold gas existing in the sensor 11 is cut off by a signal from the control unit 8 of the shut-off valve 10, and the sensor 13 measures the current value of the pressure of the hot gas passing through the electric arc of the generator.

Собранные на базе решающего усилител 12 датчики 11 и 13 формируют сигнал отношени Рр/Р, который перемножаетс с величиной К2/К., пред:Варительно установленной на задатчике 14, и подаетс на один из входов двухкоординатного функционального преобразовател 15, на другой вход которого подаетс сигнал с датчика температуры холодного газа V,The sensors 11 and 13 assembled on the basis of the decisive amplifier 12 form a signal of the ratio Pp / P, which multiplies with the value of K2 / K., Prev: Variantly mounted on the setpoint 14, and fed to one of the inputs of the two-coordinate functional converter 15, to the other input of which is supplied signal from the cold gas temperature sensor V,

По указанной графически заданной зависимостиFor the specified graphically given dependencies

J(.)J (.)

функциональный преобразователь вычисл ет в аналоговой форме текущее значение температуры гор чего газа между генератором 5 плазмы и.выходным соплом проточной камеры 4. Эта величина через блок 16 согласовани и преобразователь 17 аналог-код поступает дл визуальной регистрации на цифровой индикатор 18 и одновременно в систему 19 регулировани температуры.the functional converter calculates in analog form the current value of the hot gas temperature between the plasma generator 5 and the output nozzle of the flow chamber 4. This value is passed through the matching unit 16 and the analog-code converter 17 for visual registration to the digital indicator 18 and simultaneously to the system 19 temperature control.

Использование новых элементов: двухкоординатного функционального преобразовател с блоком nporpaMivoj, задатчика отношени показателей адиабаты реального и идеального газов, решающего усилител , в пр мой цепи которого включен датчик давлени холодного газа, а в цепи обратной св зи - датчик давлени 17ор чего газа, запорного вентил в цепи импульсного канала давлени холодного газа, а также взаимных св зей между перечисленными элементами и блоком управлени позвол ет создать устройство дл измерени высокой температуры торможени в диапазоне от 2000°С до 8000°С с точностью пор дка 2% при гиперзвуковых скорост х истечени газаThe use of new elements: a two-coordinate functional converter with an nporpaMivoj unit, a setpoint for the ratio of real and ideal gases adiabat indicators, a decisive amplifier, in the direct circuit of which a cold gas pressure sensor is connected, and in a feedback circuit - a 17or pressure sensor of gas, a shut-off valve circuits of the impulse channel of pressure of cold gas, as well as interconnections between the listed elements and the control unit, allow to create a device for measuring high braking temperature in azone 2000 ° C to 8000 ° C with an accuracy of the order of 2% at hypersonic speeds expiration gas

Это, в свою очередь, позвол ет дл среднемасштабных установок сократить расход газа на 6-8% и электроэнергии на 14-18%.This, in turn, allows for medium-sized installations to reduce gas consumption by 6-8% and electricity by 14-18%.

Claims

1. USSR author's certificate No. 300782, cl. G 01 K 7/10, 1971.

2. Poun A. And Goyn K. Wind tunnels at high speeds. World, 1968, p. 240 (prototype).