Материал: Бекнев В.С. Газовая динамика газотурбинных и комбинированных установок учеб. пособие

Измерение температуры с помощью термопар. Специфичность среды не позволяет применять в экспериментах, проводимых при высоких температурах (2500—3000 К), термопары обычного типа, за исключением измерения температуры стенок. Однако в случае

2400 К для замера температуры потоков могут использоваться сле­ дующие термопары: платнно-роднй — платнно-родий (PtR6— PtR30) до 2000 К, вольфрамо-рениевая (W—Re) до температуры

-Д-ЛЛЛ АЛЛ.

'r - J

Рис. 215. Полная схема зондовых измерении и питания вра­ щающегося зонда:

Следует отметить, что перечисленные термопары дают неболь­ шую погрешность ( ± 10°) и хорошо работают при кратковременных замерах в жидких металлах, вакууме и инертных газах. Возможно также их применение в агрессивных средах, но при очень малом времени замера. В этих случаях для определения температуры в различных точках канала при исследовании профиля темпера­ туры используют динамическую термопару (рис. 216).

Принцип действия динамической термопары состоит в следую­ щем: зонд термопары электродинамически (при включении электро­ магнита) вводится в исследуемую область плазмы, где его горячий спай, выполненный в виде шарика диаметром около 2 мм, нагре­ вается до температуры на 200° С ниже температуры плавления.

В качестве динамических термопар используются термопары платина—платина-родий. Кривая нагрева термопары регистри­ руется на малоинерционном самописце или осциллографе.

384

получаем, при т = const, прямую, продолжение которой пересе­ кает ось ординат в точке, соответствующей искомой температуре Т

Вода Вода

Измерение проводимости

Проводимость можно измерять различными способами. Доста­ точно эффективен безэлектродный радиочастотный метод, при ко­ тором цилиндрический соленоид, вмонтированный в непроводящую трубку, помещается в поток.

Соленоид используется вместе с генератором высокой частоты и прибором для измерения диссипации этих колебаний в плазме. Исследование проводят только локально. Поверхность датчика выполнена из изолятора, устраняющего влияние токов Холла и заряженных слоев. Высокочастотное магнитное поле соленоида взаимодействует с проводящей средой, влияет на индуктивное сопротивление соленоида и порождает токи, приводящие к дисси­ пации энергии и препятствующие проникновению магнитного поля в среду. Это сопровождается изменением сопротивления и индуктивности обмотки, причем полное сопротивление является функцией магнитного числа Рейнольдса Rem .

Изменение сопротивления катушки в функции проводимости и частоты находят при помощи указателя резонанса, соединенного с катушкой. Индуцируемые в плазме токи высокой частоты диссипируют часть мощности, изменяя сопротивление резонансной цепи и сеточный ток.

К другим методам измерения проводимости можно отнести ме­ тод замера по вольт-амперной характеристике, а также электрод­ ный метод. Охлаждаемые водой электроды (рис. 217) изготовлены нз медной трубки и введены перпендикулярно потоку сгорающего топлива.

о.

Воздух 1

2 \

I п

в цепи электродов при постоянном напряжении. Что касается изме­ рения электрических величин, получаемых в процессе генериро­ вания энергии, то для их измерения применяют обычные электри­ ческие приборы, а при экспериментальных исследованиях непре­

При проведении любых измерений всегда возникают ошибки, которые можно разделить на ошибки, происходящие из-за несо­ вершенства инструментов и приборов, применяемых при измере­ нии, и ошибки, возникающие вследствие неправильной установки измерительных приборов и аппаратуры (перекосы и т. п.). Могут быть ошибки в результате неправильного метода измерений; ошибки теоретические, возникающие в результате применения неточных формул при обработке экспериментальных данных; ошибки, зави­ сящие от наблюдателя, от его органов чувств, нервной системы и т . п.; ошибки, которые появляются под влиянием внешней среды: влажности, барометрического давления, температуры среды, где производится испытание, и т. п.

386

Все эти ошибки принято сводить к трем группам — ошибкам систематическим, случайным и грубым. К систематическим отно­ сят ошибки, появляющиеся в результате влияния внешней среды, из-за неточности инструментов, возникающие в результате непра­ вильных методов исследования и обработки экспериментальных данных, и ошибки личные. Все они могут быть учтены путем внесе­ ния различных поправок, созданием автоматических измеритель­ ных систем, подбором опытных экспериментаторов.

Случайные ошибки в каждом конкретном случае появляются по различным причинам, которые не могут быть заранее преду­ смотрены.

Грубые ошибки — чрезвычайно большие погрешности при из­ мерениях, по величине значительно отличающиеся от тех, которые можно было ожидать. Происходят они в результате невниматель­ ности наблюдателя и неисправности в системах. Для их обнаруже­ ния необходимо проводить контрольные измерения. При обработке экспериментальных данных измерения с такими ошибками не учи­ тываются.

Для оценки случайных ошибок в газодинамических исследова­ ниях широко применяется метод наименьших квадратов, создан­ ный на основе уравнения Гаусса для обработки астрономических наблюдений.

Вероятностные ошибки прямых измерений

Если в результате нескольких измерений некоторой величины а были получены результаты ее измерения

ах; а2'і аз> • • •'> ап<

то разность между результатами измерений и действительной вели­ чиной А дает нам ошибку в каждом измерении:

Значения ошибок будут отличаться одна от другой величиной и знаком. Вероятность получения ошибки со знаком плюс такая же, как и со знаком минус.

Имея величины ошибок в каждом измерении, можно вычислить среднюю квадратичную ошибку выполненного числа измерении:

В результате эксперимента необходимо найти наиболее вероятное значение величины а. Если произведено п измерений одной и той же величины при одних и тех же условиях, то вероятным значе­ нием этой величины будет среднее арифметическое из п измерений:

2>

где 5J аі — сумма величин, полученных при измерении; я —

i

число измерений.

Величина D не является точным значением измеряемой вели­ чины и также обладает ошибкой. Теория вероятности дает для вы­ числения средней квадратичной ошибки среднего арифметического следующее выражение:

Однако нам неизвестно действительное значение измеряемой величины, поэтому принято выражать ошибку отдельного измере­ ния как среднюю квадратичную ошибку среднего арифметического, т. е.

">=±Г ог^ту-

Теория вероятности дает нам закон нормального распределения отдельных случайных ошибок в зависимости от их величины. Этот

388