7. Неконтактные метода измерения температуры: оптические, радиационные и фотоэлектрические пирометры.

Пирометры служат для неконтактного измерения температуры. Оп­тические, фотоэлектрические и спектральные пирометры основаны на измерении интенсивности излучения тела в видимой области спектра. Они используются при температурах выше 600 °С. Радиационные пиро­метры основаны на измерении интенсивности полного излучения тела. С помощью их можно определять умеренные и даже отрицательные темпе­ратуры поверхности твердых тел.

Радиационный пирометр состоит из объектива с линзой 1. ограни­чивающей диафрагмы 2, чувствительного элемента 3. окуляра 4 с свето­фильтром 5 и измерительного прибора И, рис.5.27. Окуляр служит для наводки пирометра на тело. Чувствительный элемент может выполняться из батареи термопар или плоского термопреобразователя сопротивления. Оптическая система пирометра концентрирует поток лучистой энер­гии на зачерненную поверхность чув­ствительного элемента. Температура его пропорциональна температуре поверхности тела. Радиационные пи­рометры имеют невысокую точность, но позволяют легко определить рас­пределение температур поверхности тела, например, изоляционных ограждений холодильника.

8. Измерение температуры высокоскоростных газовых потоков.

Измерение температуры высокоскоростных потоков (М> >0,3) имеет важное значение для изучения процессов в газо­вых и паровых турбинах, компрессорах и др.

При обтекании чувствительного элемента (датчика) только часть кинетической энергии потока превращается в тепловую.

Конструкция датчиков должна обеспечивать постоянное значение коэффициента восстановления в исследуемом интер­вале параметров газового потока, иметь малые размеры для снижения возмущения среды и быть мало чувствительной к углам скоса по­тока. Желательно, чтобы значения коэффициента восстановления приближались к единице.

Отмечалось, что для снижения Погрешности за счет торможения необходимо стремиться к уве­личению г и снижению скорости обтекания чувствительного эле­мента. Это достигается созданием камер торможения, внутри которых находится чувствительный элемент в виде термопары. В настоящее время выполнены обширные исследования датчи­ков различной конструкции. Лучшими оказались датчики с про­дольным (рис. 3.20, а) и поперечным обтеканием (рис. 3.20,6).

Датчик с продольным обтеканием выполнен по типу трубки полного давления. Камера торможения простирается внутри трубки 1 до торца изоляции 3 (рис. 3.20,а). Газ в камере тор­мозится до целесообразной скорости. Это снижает отток теп­лоты от спая 2 за счет теплопроводности по термоэлектродам, а также уменьшает инерционность чувствительного элемента.

Движение газа в камере торможения обеспечивается боковыми вентиляционными отверстиями 4. Коэффициент восстановления датчиков с оптимальными размерами превышает 0,99.

В датчике с поперечным обтеканием (рис. 3.20,6) камера торможения создана внутри трубки 1, она ограничена слоем изоляции 3. Входные отверстия камеры выполнены на лобовой части трубки, выходные — на кормовой. Внутри камеры нахо­дится рабочий спай 2 термопары. Такие датчики более удобны для применения в проточной части турбин, компрессоров и в других малогабаритных каналах.

Датчики с продольным и поперечным обтеканием мало чув­ствительны к углу скоса потока до 15°; в них глубина погру­жения термопары в камеру торможения равна 50 диаметрам термоэлектрода.

Поле температур удобно снимать с помощью гребенок, в ко­торых установлено несколько датчиков. Координаты датчиков строго фиксированы относительно плоскости присоединитель­ного фланца.

В каналах, температура стенок которых существенно отли­чается от температуры высокоскоростного потока, становятся заметными погрешности, обусловленные теплопроводностью и лучистым теплообменом. В датчиках с камерами тор­можения роль экрана выполняют их стенки. В общем случае коэффициент восстановления характеризует не только превращение кинетической энергии потока в тепло­вую, но также — интенсивность теплового взаимодействия чув­ствительного элемента с окружающей средой.

Тепловое взаимодействие с окружающей средой при T_f>T_CT снижает коэффициент восстановления датчиков температуры. Измерения показали, что это снижение может достигать 2—4%. В высокотемпературных газовых турбинах с охлаждаемыми элементами (лопатками, дисками) становится обязательным учет этих погрешностей при измерении температуры торможе­ния.