Способ измерения температуры электропроводной поверхности

)4001 К 7/4 Я ДЕТЕЛЬСТВ ОРСКОМ кий,СССР 968. ССР 973. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБР(71) Институт электродинамАН УССР(56) Авторское свидетельствУ 271068, кл. С 01 К 7/40,Авторское свидетельствоУ 498515, кл. С 01 К 7/40,54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ЛЕКТРОПРОВОДНОЙ ПОВЕРКНОСТИ 57) Изобретение м.б, использовано для непрерывного дистанционного иэмеения температур нагретых поверх- остей, находящихся в газовой среде, акууме или диэлектрических средах,Цель изобретения - упрощение способа и расширение области его применения, В устр-ве, реализующем способ, измерительный электрод .(ИЭ) 1 приближают к контролируемой поверхчости (КП) 2 на расстояние 1. Затем к ИЭ 1 и КП 2 прикладывают электрическое напряжение от источника 3 через резистор 5. С помощью регулятора 4 напряжение между ИЭ 1 и КП 2 повышают до возникновения пробоя среды. После пробоя напряжение снижается. Температуру КП 2 определяют из градуировочной кривой. Величина пробивного напряжения зависит от давления газа. Зная давление газа и величину пробив- сФ ного напряжения при этом давлении аналитически можно определить температуру нагретой поверхности. 1 э.п. ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для непрерывного дистанционного измерения температур нагретых поверхностей, на 5 ходящихся в газовой среде, вакууме или жидких диэлектрических средах,Цель изобретения - упрощение способа и расширение области его применения за счет расширения диапазона измеряемых температур и устранения зависимости результатов измерения от прозрачности промежуточной среды, излучательной способности и рода материала нагретой поверхности, 15На Фиг.1 приведена упрощенная схема устроиства для осуществления предлагаемого способа.при однократном измерении температуры; на Фиг,2 - то же, для измерения непрерывного из мерения температуры; на Фиг.3 - эпюры напряжений 11, ББ и 11 соответственно в точках а,б,в схемы устройст" ва по фиг.2.Устройство (Фиг,1) содержит изме рительный электрод 1, размещенный вблизи контролируемой поверхности 2, источник 3 высокого напряжения, регулятор 4 напряжения, токоограничивающий резистор 5 и регистрирующий при бор 6 (киловольтметр).Устройство на Фиг.2 содержит,как и устройсво, приведенное на фиг,1, измерительный электрод 1, устанавливаемый вблизи поверхности 2 (условно изображены в виде разрядника 7), источник 3 высокбго напряжения, резисторы 8 и 9, конденсатор 1 О, измеритель 1 максимального напряжения, включающий в себя диод 12, конденса тор 13, резистор 14 и регистрирующий прибор 6.Способ осуществляется следующим образом.Измерительный электрод 1 прибли 45 жают к контролируемой электропроводной поверхности 2 на небольшое расстояние 1 (фиг.1). Затем к электродуи поверхности 2 прикладывается электрическое напряжение от источника 350 через резистор 5. С помощью регулятора 4 напряжение между электродом 1 и поверхностью 2 повышается до возникновения электрического пробоя среды, находящейся в промежутке измерительный электрод 1 - электропроводная поверхность 2. Величина напряжения в момент пробоя П Фиксируется измерительным прибором 6, После пробоя напряжение снижается или отключается для прекращения. возникающего после пробоя между элементами 1 и 2 разряда и для подготовки схемы к следующему пробою. Температура поверхности 2 определяется из градуировочной кривой Б=Г(Т) либо из ее аналитического выражения видаБ = А-+В ГТ(1) где цвыражено в В; 1 - в мм; Т " в К, а А и В - постоянные, зависящие от рода и давления среды (гаэа) между электродом 1 и поверхностью 2 (для воздуха при атмосферном давлении А =7,6510 К/мма В = 4,42 х10 ( - )В процессе измерения температура электрода 1 и температура среды в промежутке между электродом и поверхностью заведомо не должны превышать температуру контролируемой поверхности.Для увеличения точности измерения измерительный электроддолжен быть термостабилизирован.Принципиально важным фактом для реализации предлагаемого способа является однородность электрического поля в промежутке электрод 1 - поверхность 2. Условие однородности поля выполняется, если форма поверхности электрода, обращенная к поверхности, повторяет форму последней и все точки ее находятся на одинаковом расстоянии 1 от поверхности (фиг.), а продольный о и поперечнь 1 й Ь .размеры поверхности электрода, обращенной к измеряемой (или меньший из них, например, аМ, превышают удвоенное расстояние 1, т.е. Ьа . 21, и радиус закругления кромки вспомогательного электрода г, являющейся переходом от поверхности, обращенной к измеряемой поверхности, к собственной боковой поверхности, составляет не менее величины 1 (г1), т.е. размеры измерительного электрода связаны с удаленностью его от поверхности следующим соотношением:Ь ) а21 ( 2 г.Величину пробивного напряжения Бпромежутка определяют температурой поверхности нагретого тела в связи с тем, что пробой начинается всегда у нагретого электрода. Это в своюочередь обусловлено тем, что у нагретого тела плотность газа минимальна и, следовательно, вблизи поверхности тела наибольший коэффициент иониза 5 ции. Поэтому именно у нагретой поверхности зарождается пробой, который в однородном электрическом поле без повышения приложенного к разрядному промежутку напряжения неизбеж- О но завершается полным пробоем промежутка, несмотря на то, что остальная часть промежутка может иметь более высокую электрическую прочностьВеличина 11 Р сильно зависит от 5 давления газа Р. Однако это не является существенным ограничением для применения предлагаемого метода по следующим причинам. Большинство промышленных процессов, связанных с 20 нагревом тел, протекает при постоянном давлении, в частности при атмосферном. В этом случае температура определяется по градуировочной кривой или по аналитическому выражению 25 типа (1), Если давление в процессе измерения температуры изменяется в небольших пределах (0,5 б Р/Р2,0) и по известному закону, то это изменение легко учесть при измерении ЗО температуры по формулеОм = О 1, Р, /Ргде Ц - пробивное напряжение приРданном давлении Р;измерительное пробивное наампряжение,т.е, то напряжение, по которому, используя градуировочную кривую, полученную при давлении Р , определяется температура. 40Если закономерность изменения давления в производственном процессе неизвестна, но постоянна в каждом отдельном процессе, то перед измере.иями следует снять градуировочные кривые. Если изменение давления носитслучайный характер, то в этом случаедействительно надо измерять давлениегаза (что представляется более простой задачей, чем измерение температуры), Зная давление Р и величину Бпри этом давлении аналитически можноопределить и температуру нагретой поверхности.Схема устройства, приведенная на 55фиг.2, позволяет существенно упростить процесс измерения температурыповерхности и повысить точность,Устройство .работает следующим образом.Включают источник высокого напряжения (ИВН), имеющий уровень рабочего напряжения П ь, который превышает или равен максимальному пробивному напряжению в заданном рабочем диапазоне температур (фиг.3 а) . Если поднимать постоянное положительное напряжение Оа постепенно, конденсатор 10 емкостью С, заряжается до пробивного напряжения Б промежутка электрод - . поверхность. ри пробое (момент вре - мени Т,) напряжение в точке а резко падает практически до нуля (фиг,Зв), а на конденсаторе 10 уменьшается при протекании тока короткого замыкания до величины падения напряжения на резисторе 9, если постоянная времени заряда .,С, конденсатора О емкостью С существенно болыяе постоянной времени его разряда КС где Е, и К сопротивление резисторов 8 и 9 соответственно, Когда напряжение в точкеснижается до напряжения погасания 1 П 0 г разряда, ток разряда обрывается (момент времени 1: ) и конденсатор 1 Оначинает опять заряжаться, В моментнапряжение на нем П снова достиогает величины О , происходит пробой промежутка и процесс повторяется. С ростом напряжения П величина напря -ажения У не изменяется, уменыцаются только периоды времени заряд - разряд конденсатора 10; 1- с,) с -г., -С ) Са при достижении Па -- в сопят они становятся равными: 1: -С =- (Лиг Зв)Так как при пробоях наблюдается естественный разброс пробивных напряжений, то для увеличения точности измеренйя следует усреднять результаты как минимум трех-пяти измерений напряжения пробоя. Схема устройства, приведенного на фиг.2, при соответствующем выборе параметров элементовсхемы позволяет автоматически выполнить такое усреднение, Для этого необходимо, чтобы постоянная времени разряда конденсатора 13 емкостью С, входящего в состав измерителя 11 максимального напряжения, существенно превышала постоянную заряда конденсатора 10, т.е. приС 2 10 КС(2) где Еэ - сопротивление резистора ч.Применение источника высокого на - пряжения переменного тока требуетсогласования постоянных времени заряда и разряда (2) с периодом переменного напряжения ТК,С, = 10 К,С, = т-. 100 К,С, . (З) Как йоказали исследования, при работе в воздухе в пределах естественного статистического разброса пробивных напряжений точность измерения температуры поверхности не зависит от 10 задымленности промежутка электрод 1 - поверхность 2, от материала и степени окисления поверхности 2 и электрода 1 и скорости движения потока газа до 50 м/с. 15Формула изобретения1. Способ измерения температуры электропроводной поверхности, заклю чающийся в том, что вблизи контролируемой поверхности на Фиксированном расстоянии от нее размещают измерительный электрод и в промежутке между измерительным электродом и по верхностью, прикладывая к ним электрическое напряжение, создают электрическое поле, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения способа и расширения области его применения, между измерительным электродом и контролируемой поверхностью создают однородное электрическое поле, напряженность которого увеличивают до возникновения электрического пробоя среды в промежутке между электродом и поверхностью, и измеряют напряжение пробоя, по величине которого определяют температуру поверхности, при этом температуру измерительного электрода и среды поддерживают меньшей или равной ожидаемой температуре контролируемой поверхности.2. Способ по и,1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышешения точности измерения, осуществляют термостабилиэацию измерительного электрода.1377620 ИЯ лубевва Корректор С.Шекм 4 Тираж 607ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений13035, Москва, Ж, Ра Заказ 858Нодписнокомитета СССРи открытийушская наб, д