Устройство для измерения температуры поверхности нагретых тел

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 9)84(5 1 К 702 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ Н АВТОРСКОМУ Сви(56) 1. Авторское свидетельство СССУ 509796, кл. 6 О 1 К 7/02, 1972.2. Авторское свидетельство СССР9 513271, кл, С 01 К 7/02, 1975(прототип),(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗЮРЕНИЯТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ НАГРЕТЫХТЕЛ, содержащее защитный кожух степлоиэолирующим стаканом и размещенной в нем рабочей термопарой,1138665 А отличающеесятем, что,с целью расширения диапазона измере"ний, а также повышения точности инадежности измерений, внутренняяцилиндрическая полость стакана выполнена с диаметром, составляющим0,6-0,7 наружного, диаметра стакана,и с соотношением ее диаметра к высоте 3:1, а последовательно с .рабочейтермопарой включена введенная в полость дополнительно дифференциальнаятермопара, причем горячие спаи ра-,бочей и дифференциальной термопаррасположены от торца защитного кожуха на расстояниях, находящихся в10 20 Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения температуры поверхности нагретых тел, содержащее корпус, расположенный в нем подпружиненный наконечник с размещенной в нем термопарой, снабженное корпусом, выполненным в виде стакана с крышкой внутри которой расположен наконечник с термопарами; причем стакану со стороны, противоположной крышке, придана форма клина со сферическим вырезом на конце и40 сквозным отверстием вдоль продольной оси, а крышка снабжена круговыми выступами на наружной поверхности. При измерении температуры поверхности твердого тела, нагреваемого в индукционной печи, стакан и крышка изготовлены из ферромагнитного материапа, Это позволяет закрепить устройство на измеряемой поверхности при помощи электромагнитных сил. При измерении температуры плоской поверхности устройство устанавливается на ней круговыми выступами крышки. Электромагнитные силы, преодолевая усилие пружин, плотно прижимаютустройство к измеряемойповерхности, обеспечивая надежныйконтакт 12.1. Изобретение относится к техчической физике, в частности к термометрни и предназначено для измерениятемпературы поверхности нагретыхтел в диапазоне 0-1500 С.0Известно устройство для измерения температуры внутри твердых тел,содержащее снаряд с термопарой, установленный внутри ствола и измерительный прибор. Для обеспечения измерения снаряд снабжен соединенными с термопарой контактными штырямнНа конце ствола установлена втулка с ответными гнездами, к которымподведены провода от измерительного. прибора 1 .Недостатками этого устройстваявляются одноразовое использованиеснаряда и сложность применения устройства, связанная с расположениемконтактных проводов вблизи поверхности контролируемого тела, требующая специальной их теплоизоляции,Это обстоятельство позволяет измерять температуру поверхности тел 2в диапазоне до 500 С с точностьюне выше 3-4%,Недостатком известного устройства является низкий предел измерения, ограниченный температурами 500 г 700 С,о так как плотный прижим устройства к измеряемой поверхности осуществляется электромагнитными силами,преодолевающими усилие пружины. ферромагнитные свойства материалов сохраняются только до указанных температур.Кроме того, устройство имеет высокое значение случайной составляющей погрешности измерения, достигающее 2,5-33, свойственное обычнымпятачковым термопарам,Цель изобретения - расширение диапазона измерения температуры поверхности тел, увеличение точности измерений и повышение надежности устройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для измерения температуры нагретых тел, содержащемзащитный кожух с теплоиэолирующимстаканом и размещенной в нем рабо- .чей термопарой, внутренняя цилиндрическая полость стакана выполненадиаметром, составляющим 0,6-0,7 наружново диаметра стакана, и соотношением ее диаметра к высоте 3:1, а последовательно с рабочей термопарой включена введенная в полость дополнительно дифференциальная термопара, причем горячие спаи рабочей и дифференциальной термопар расположены от торца защитного кожуха на расстояниях, находящихся в соотношении 1:2:3 соответственно,При таком соотношении геометрических размеров внутренней цилиндрической полости теплоизолирующего стакана исключается искажающее влияние температуры стенок стакана на показания рабочей и дифференциальной термопар, повышается точностьи надежность работы устройства. При отношении диаметра внутренней полости стакана к его диаметру более 07 произойдет ослабление конструкции устройства и в конечном итоге уменьшается точность работы устройства. При отношении менее 0,6 уменьшится точность работы устройства, так как при этом на показания. рабочей и дифференциальных термопар начинает ока- зывать влияние температура стенокстакана.Использование дифференциальнойтармопары н устройстве, последова3 1138 тельно включенной с рабочей термопарой, только при соотношении расположения горячих спаев над измеряемой поверхностью 1,0;2:3 осуществляет компенсацию перепада температурь между измеряемой поверхностью и местом расположения горячего спая рабочей термопары, тем самым повышается диапазон измеряемых температур и увеличивается точность устройства. 10При увеличении соотношения расположения горячих спаев происходит завышение показаний устройства эа счет возрастания дифференциальной термопары, При уменьшении соотношения расположения горячих спаев произойдет занижение показаний устройства за счет уменьшения показаний дифференциальной термопары.На фиг.1 и 2 - устройство в двух проекциях, разрез, на фиг,3 - вид А на фиг.1 на фиг.4 " вид Б на фиг,2. Устройство работает следующим образом,К нагретому телу прикладывают устройство, которое защитным кожухом 3 контактирует с исследуемой поверхностью; При этом в месте расположения горячих спаев рабочей 1 и дифференциальной 2 термопар образуется замкнутый объем воздуха ограниченный с одной стороны измеряемой поверхностью, а с другой боковыми стенками защитного кожуха 3 и внутренней полостью Ь теплоизолирующего стакана 4. При этом горячие спаи рабочей С 1 и дифференциальной о и Ь термопар расположены в изотермических плоскостях над измеряемой поверхностью Устройство содержит рабочую тер,мопарупоследовательно соединен. 25 ную с дифференциальной термопарой 2, горячие спаи которых О, о .иот теплообмена с окружающей средой ограждаются защитным кожухом 3 и поме, щены во внутренней цилиндрической полости Ь теппоизолирующего стакана 4, который прикреплен к основанию 5, держатель 6 соединен с основанием, на котором закреплены клеммы 7, от которых идут удлинительные провода,8, проходящие внутри ручки 9 к вторич ному прибору.Рабочая термопара 1 с горячим " спаем й представляет собой хромельалюмелевую или платинородий-платиновую термопару с диаметром термо электродов 0,2-0,5 мм. От гарячего спая 0 термоэлектроды рабочей термопары через отверстия в теплоизолирующем стакане 4 и.основания 5 выводятся к клеммам, Дифференциальная 45 термопара 2 представляет собой алюмель-хромель-алюмелевую термопару с двумя горячими спаями Б и 6 . Термоэлектроды дифференциальной термопары 2 также имеют диаметр 0,2-0,5 мм 50 и выводятся к клеммам 7 через другую пару отверстий в теплоиэолнрующем стакане 4 и основании 5. Защит" ный кожух 3 с внутренним диаметром 30 мм изготавливают в виде трубы 55 толщиной 1 мм из нержавеющей стали и крепится к основанию 5, изготовленному из стеклотекстолита, Защит 665 4ный кожух 3 служит для устранения конвективного теплообмена спаев термопар с окружающей средой и образования замкнутого объема воздуха вокруг горячих спаев термопар. Тепло- изолирующий стакан 4 диаметром 30 мм изготавливают иэ асбоцемента с внут- ренней цилиндрической полостью диаметром 18 мм и высотой 6 мм, внутри которой располагаются горячие спаи термопар. Стакан 4 крепится к основанию 5. Держатель 6 изготавливают иэ алюминия"и крепят с помощью вин тового соединения к основанию 5. Клеммы 7 изготавливают из латуни, они служат для соединения положительного термоэлектрода (хромеля 1 рабочей термопарыи одного иэ отрицательных термоэлектродов (алюмеля дифференциальной термопары 2 с соответствующими удлинительными проводами 8, идущими к вторичному прибору устройства. Отрицательный термоэлектрод 1,алюмель) рабочей термопары 1 соединяют со вторым термоэлектродом алюмелем) дифференциальной термопары 2, образуя при этом последовательное соединение рабочей и дифференциальной термопар или спаев О,и Ь соответственно, Ручку 9 изготавливают иэ текстолита и жестко крепят к держателю. Она служит для ручного прижатия устройства к измеряемой поверхности. Горячий спай рабочей термопары й располагают на расстоянии 0,5 мм от измеряемой поверхности. Тогда горячие спаи дифференциальной термопарыи 6 располагают на расстояниях 1 мм и 1,5 мм соответственно от измеряемой поверхности.1138 5на расстояниях 0,5 мм, 1 мм, 1,5 ммсоответственно, т.е. составляют .соотношение 1.2:3,Устройство испытано в лабораторных условиях при измерении температурИ до 500 С поверхности образцоовой стандартной установки типаУГТПдля поверки поверхностныхтермометров, имеющей точность установки температуры образцовой поверхности около 0,3%. Термоэлектродви"жущая сила ТЭДС), развиваемая рабочей хромель-алюмелевой термопарой,соответствует 450 С и складывается сТЗДС дифференциальной алюмель-хромель"алюмелевой термопары, соответствующей температуре 400 ССС,О,О О,Суммарная ТЭДС двух последовательносоединенных термопар, .рабочей и дифференциальной, соответствует темпе Оратуре 500 С,т.е. температуре,иэмеряе 1 мой образцовой поверхностиПогрешностьОизмерения составляет ф 4 С в сериииз 1 О измерений при этой температуре.Проведены испытания устройства 25при измерении температуры поверхности до 1000 С цилиндрического вкладыоша из жаропрочного никелевого сплава ЖС, нагретого в шахтной печитипа СШ 011-1,6/12. Температуру поверх- ЗОности вкладыша контролируют с помо"щью зачеканенной в исследуемую поверхность аттестованной платинородий-платиновой термопары 111 разряда.ТЭДС, развиваемая рабочей термопарой 1, соответствует температуре900 С и складывается с ТЭДС диффеОренциальной термопары 2, соответствующей температуре 800 СС=100;",О О ОСуммарная ТЭДС двух термопар соответствует 1000 С. Погрешность измерения не превышает10 С в сериииз 10 измерений при температуре образцовой поверхности 1000 С. В ка 9 665 6честве вторичного прибора используют электронный автоматический потенциометр типа КСП, градуиравоки ХА со шкалойС. Методическая ошибка измерений при проведении испытаний не превышает + 1% во всем температурном диапазоне исследований. При использовании в качестве рабочей и дифференциальной термопар платинородий-платиновой термопары можно. расширить диапазон измеряемых температур поверхности нагретых тел до 1500 С, так как рабочая теромопара нагревается до температуры около 1300 С, а дифференциальная 1 значительно ниже. Инерционность устройства составляет не более 3 с, а время установ ления показаний (при 1 -ном недохо де стрелки электронного потенциометра) не превышает 9 с. С помощью предлагаемого устройства в 2 раза расширяется диапазон измеряемых температур поверхности нагретых тел контактным способом, Точность измерения в 1,5-2 раза повышается по сравнению с существующими устройствами подобного типа. Увеличивается надежность работы ус-, тройства из-за того, что спай рабочей термопары, расположенной наиболее близко к исследуемой поверхности, прогревается до температуры0 значительно более низкой 1 на 100 Соприи=1000 ), ч ем температура измеряемойй поверхности, Кроме того, устройство имеет стандартную ХА или ПП градуировку, что позволяет использовать его со стандартной вторичной пирометрической аппаратурой без переградуировки шкал приборов.