УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВЫХОДЯЩИХ ГАЗОВ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к устройствам для измерения температуры газового потока и может быть использована для измерения осредненной температуры выходящих газов газотурбинного двигателя (ГТД).
Известно устройство для измерения температуры выходящих газов газотурбинного двигателя, содержащее батарею термопар, подключенную компенсационными проводами к делителю напряжения, расположенному в температурной зоне свободного спая батареи термопар и состоящему из последовательно соединенных нагрузочного резистора и двух резисторов, выполненных из материалов компенсационных проводов, [см. Патент РФ №12246, опубл. 16.12.1999 г., G 01 K 7/00]. Данное устройство является наиболее близким к предложенному устройству для измерения температуры выходящих газов газотурбинного двигателя.
Недостатком данного технического решения является то, что возможно возникновение паразитных термо-ЭДС из-за погрешности, вносимой компенсационными проводами, что может привести к значительной погрешности измерения температуры.
Технический результат полезной модели - повышение точности и надежности измерения температуры выходящих газов за счет уменьшения погрешности, вносимой компенсационными проводами в результаты измерений.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения температуры выходящих газов газотурбинного двигателя, содержащем батарею термопар, подключенную компенсационными проводами к делителю напряжения, расположенному в температурной зоне свободного спая батареи термопар и состоящему из последовательно
соединенных нагрузочного резистора, выполненного из константанового провода, и двух резисторов, выполненных из константанового и медного проводов соответственно, термоэлектроды термопар выполнены из сплавов хромель и алюмель, а соответствующие им компенсационные провода выполнены из сплавов медь-титан и никель-медь, при этом нагрузочный резистор делителя напряжения снабжен выводами к потребителю выходного сигнала устройства, причем один из выводов выполнен из сплава медь-титан, другой - из сплава никель-медь.
При этом, устройство для измерения температуры выходящих газов газотурбинного двигателя дополнительно может содержать термокомпенсационный соединитель с контактами, выполненными из сплавов хромель и алюмель, а делитель напряжения может быть выполнен съемным, при этом батарея термопар подключена компенсационными проводами к делителю напряжения через термокомпенсационный соединитель.
Термоэлектроды термопар батареи выполнены из сплавов хромель и алюмель. Термопара хромель-алюмель является наиболее оптимальной термопарой по своему составу среди термопар, выполненных из никелевых сплавов, поскольку имеет практически линейную термоэлектрическую характеристику, чувствительность порядка 40 мкВ/°С и применима для измерения температуры до 1100°С-1300°С. При этом предел абсолютной погрешности измерения температуры с использованием термопары хромель-алюмель составляет 4-10°С.
Применение компенсационных проводов, термоэлектрически идентичных термоэлектродам термопар, позволяет исключить влияние температуры окружающей среды на конечный результат измерения температуры. Применительно к заявленному устройству использованы компенсационные провода, выполненные из сплавов медь-титан и никель-медь, которые в паре имеют такую же температурную зависимость термо-
ЭДС, что и термопара, термоэлектроды которой выполнены из сплавов хромель-алюмель.
Использование в заявленном устройстве компенсационных проводов из приведенных выше сплавов позволяет повысить точность и надежность измерения температуры выходящих газов за счет уменьшения погрешности, вносимой компенсационными проводами в результаты измерений и которая является результатом несоответствия термо-ЭДС термоэлектродов и компенсационных проводов.
Так, максимальная погрешность а, вносимая компенсационными проводами, выполненными из сплавов медь-титан и никель-медь при температуре холодных спаев 100°С (горячего спая >500°С) составляет 4,9°С, что значительно ниже максимальной погрешности σ=5,5°С, вносимой компенсационными проводами, выполненными из меди и константана (используемых в прототипе). При этом суммарная компенсация пары проводов из сплавов медь-титан и никель-медь в заданном интервале температур обеспечивается до 300°С, тогда как суммарная компенсация пары проводов из меди и константана только до 100°С.
Выполнение контактов термокомпенсационного соединителя из сплавов хромель и алюмель позволяет исключить влияющие на результаты измерений погрешности, которые могут возникнуть в месте присоединения компенсационных проводов к делителю напряжения.
На чертежах представлено предлагаемое устройство для измерения температуры выходящих газов газотурбинного двигателя. На фиг.1 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства, а на фиг.2 - схема компенсатора.
Устройство для измерения температуры выходящих газов газотурбинного двигателя содержит батарею 1 из 77 параллельно соединенных термопар 2, подключенную компенсационными проводами 3 и 4 к делителю 5 напряжения, расположенному в температурной зоне свободного спая батареи 1 термопар 2. Делитель 5 напряжения содержит
последовательно соединенные: нагрузочный резистор 6, выполненный из константанового провода, а также гасящий резистор 7 из константанового провода и термочувствительный резистор 8 - из медного провода.
Термоэлектроды термопар 2 выполнены, соответственно, из сплавов хромель и алюмель (на фиг.1 показаны схематично и обозначены буквами Х и А соответственно), а соответствующие им компенсационные провода 3 и 4 - из сплавов медь-титан и никель-медь.
Нагрузочный резистор 6 делителя 5 напряжения снабжен выводами 9 и 10 к потребителю 11 выходного сигнала устройства. Вывод 9 выполнен из сплава медь-титан, а вывод 10 - из сплава никель-медь.
Устройство для измерения температуры выходящих газов газотурбинного двигателя может содержать несколько пар выводов 9 и 10 для подключения к нескольким потребителям 11.
Устройство для измерения температуры выходящих газов газотурбинного двигателя может дополнительно содержать термокомпенсационный соединитель 12 с контактами 13-16, выполненными из сплавов хромель (13, 16) и алюмель (14, 15), которые соответствуют материалам термоэлектродов термопар 2 батареи 1, а делитель 5 напряжения может быть выполнен съемным, при этом батарея термопар 1 подключена компенсационными проводами 3 и 4 к делителю 5 напряжения через термокомпенсационный соединитель 12.
ПР
Наличие в устройстве термокомпенсационного соединителя 12 позволяет компактно разместить обмотки всех резисторов делителя 5 напряжения в корпусе его ответной части таким образом, что все они будут находиться в одной температурной зоне, что исключает возникновение в данной зоне паразитных термо-ЭДС и позволяет значительно повысить точность измерения осредненной температуры Т выходящих газов газотурбинного двигателя.
Наличие термокомпенсационного соединителя 12 в устройстве также позволяет оперативно устанавливать и заменять съемный делитель 5
напряжения, что улучшает эксплуатационные характеристики двигателя и повышает технологичность сборки и разборки устройства.
Устройство работает следующим образом.
ПР
Напряжение, возникающее на нагрузочном резисторе 6 делителя 5 напряжения, пропорциональное приведенной осредненной температуре Твыходящих газов двигателя на максимальном режиме будет определяться выражением:
H
K
T
где R, R, R - соответственно сопротивление нагрузочного резистора 6, суммарное сопротивление резистора гасящего плеча 7 и компенсационных проводов 3 и 4, и сопротивление термочувствительного резистора 8.
Б
Д
Б
Д
Е и Е - соответственно термо-ЭДС батареи 1 термопар 2, пропорциональная нескорректированной осредненной температуре Т выходящих газов двигателя и паразитная термо-ЭДС, возникающая в цепи делителя напряжения и потребителем выходного сигнала устройства между компенсационными проводами 9 и 10, пропорциональная температуре Токружающей среды.
Так как термо-ЭДС пропорциональна температуре спаев термопар, то вышеуказанную формулу можно представить в виде:
Д
ПР
Д
К
Т
Т
Из данного выражения видно, что изменение температуры Т ведет к изменению величины Т, фиксируемой потребителями выходного сигнала. Однако при изменении Т одновременно происходит изменение величин сопротивления R и R. При этом величина сопротивления R термочувствительного резистора 8 и его температурный коэффициент выбираются в каждом конкретном случае таким, чтобы изменение величины
ПР
Д
К
сопротивления термочувствительного резистора 8 компенсировало изменение Т вызванное изменением величин Т и R. Компактное размещения всех элементов 6, 7 и 8 делителя 5 напряжения, которые находятся в одной температурной зоне, позволяет исключить возникновение в ней паразитных термо-ЭДС.
Б
ПР
Б
Каждый ГТД имеет индивидуальное температурное поле, характеризующее нескорректированную осредненную температуру выходящих газов за турбиной Т для каждого конкретного ГТД, величина которой может быть выше заданной Т Для данного двигателя на максимальном режиме его работы. К тому же, Т для разных ГТД может быть различной и эта разница температур может достигать величины 80°.
Б
ПР
ПР
Применение съемного делителя 5 напряжения в устройстве позволяет независимо от индивидуального температурного поля того или иного из газотурбинных двигателей корректировать величину Т до заданной величины осредненной температуры выходящих газов Т на максимальном режиме работы двигателя (например до Т=740°).
ПР
Б
ПР
Каждый съемный делитель, устанавливаемый в цепь потребителей Тможет иметь поправочный коэффициент AT, характеризующий величину корректировки температуры Т до температуры Т на максимальном режиме работы двигателя:
Б
ПР
ΔТ=Т-Т
Б
Зная диапазон изменения температуры Т индивидуального температурного поля ГТД, например 740°...820°, можно заранее рассчитать съемный делитель с заданной точностью и определенным коэффициентом ΔT.
При этом, если ΔТ=0, то вместо делителя 5 напряжения устанавливается
компенсатор, вид которого показан (схематично) на фиг.2. Перемычка Х выполнена проводом из хромеля, перемычка А - проводом из алюмеля.
Б
ПР
Такая коррекция температуры Т позволяет не менять тарировочные характеристики потребителей Т, расположенных на самолете, при замене двигателей, что позволяет упростить действия летчика в полете при различных индивидуальных особенностях устанавливаемых на самолет двигателей, что повышает безопасность полета.