1 Термоэлектрические термометры

Известно, что силовые установки с целью получения максимальной энерговооруженности и экономичности полета проектируются для работы в режиме с большим, близким к предельному, тепловым напряжением. Следствием этого в реактивных двигателях температура является основным параметром, непосредственно определяющим мощность двигателя и его тепловую напряженность. Необходимая точность измерения температуры в двигателях оценивается погрешностью 0,5 ÷ 1 %, а в системах охлаждения – 1 ÷ 2 %. Однако, вследствие технических трудностей, встающих при создании приборов с такими погрешностями, проектируемые термоэлектрические термометры должны отвечать следующим техническим требованиям:

1) диапазон измерений температуры выходящих газов ТВД и РД 300 1200 °С. Рабочий диапазон 300 1000 °С. Допустимые погрешности не более 1,5 2 %;

2) диапазон измерения температуры головок и стенок цилиндров поршневого двигателя составляет 0 300 °С. Рабочий диапазон 100 260 °С. Допустимые погрешности этих термометров не более 2,5 5 %;

3) постоянная времени датчика должна быть по возможности наименьшей.

1.1 Типы термоэлектрических термометров и их технические характеристики

В настоящее время наибольшее распространение получили следующие типы термометров:

а) ТГЗ-47, ТВГ-11, ТВГ-11Т, 2ТВГ-411, 2ТВГ-411Т, 2ТВГ-366, ТВГ-26 и др. — для дистанционного измерения средней температуры выходящих газов из сопла турбовинтовых или турбореактивных двигателей;

б) ТСТ-29, ТСТ-29Т, ТСТ-29Д — для измерения температуры выходящих газов стартеров ГТД (газотурбинных двигателей);

в) ТЦТ-9, ТЦТ-13, 2ТЦТ-47 и др. — для дистанционного измерения температуры головок цилиндров поршневых двигателей.

Основные технические данные этих приборов приведены в таблице 1.1.

Электрическая схема термометров изображена на рисунке 1.1 и 1.2, где R_B — сопротивление противодействующих пружинок; — сопротивление рамки указателя; R_ДУК — добавочное сопротивление для подгонки шкалы указателя к его магнитной системе; R_ТС — термистор; R_ДСП — подгоночное сопротивление внешней линии; R_СП — сопротивление соединительной линии прибора. В приборах может быть одна термопара (ТСТ-29, ТСТ-29Т, ТСТ-29Д, ТЦТ-9, ТЦТ-13 и др.) или термобатарея, образованная четырьмя последовательно соединенными термопарами (ТВГ-11, ТВГ-11Т, ТВГ-26, 2ТВГ-411, 2ТВГ411Т, 2ТВГ-366 и др.). Термобатареи развивают термо ЭДС соответствующую средней температуре вытекающих из сопла газов. Термо ЭДС измеряется магнитоэлектрическим прибором, проградуированном в единицах температуры.

Рисунок 1.1 – Принципиальная электрическая схема термометров типа ТВГ-11, ТВГ-11Т, ТВГ-26

Рисунок 1.2 – Принципиальная электрическая схема термометров типа ТСТ-29, ТСТ-29Т, ТСТ-29Д, ТЦТ

Типы термометров	Термо-пары	Пределы из-мерений и рабочий диапазон °С	Цена деления шкалы, °С	Диапазон показаний	Погрешности комплекта и указателя при t °С			Внешнее сопротивление RВН, Ом	Соединительные провода
					+20±5	+50±5	-60±5
ТГЗ-47 (НК-СА)		400-900 (450-700)	20	450-650 (650-750)	±16(±12)±27 ±12(±8)±20	±19(±19)~±40 ±15(±15)~±30	±24(±24)~±54 ±20(±20) ±40	2,0±0,1	Медные БПВЛ S=1.5мм2
ТВГ-11 ТВГ-11Т (НК-СА)	Т-1 Т-1Т	300-750 (450-750)	20	450-640 (650-750)	±15(±12)±25 ±10(±7)±18	±18(±18)±36 ±13(±13)±26	±22(±22)±44 ±15(±15)±30	2,5±0,1	То же
2ТВГ-411 2ТВГ-411Т (НК-СА)	Т-1 Т-1Т	300-900 (450-750)	20	450-650 (650-750)	±20(±16)±28	±23(±23)±37 ±12(±8)±27	±25(±25)±44 ±17(±17)±32	2,5±0,1	“ - “
2ТВГ-366 (НЖ11-СК)	Т-6	100-760 (300-600)	20	340-500	±14(±20)±32 ±8(±12)±22	±22(±29)±41 ±13(±18)±28	±23(±30)±40 ±15(±20)±32	7,5±0,1	“ - “
ТВГ-26 (НЖ11-СК)	Т-6	100-900 (300-600)	20	340-560	±16(±12)±27 ±12(±8)±20	±14(±19)±34	±16(±21)±38	5,0±0,1	“ - “
ТСТ-29 ТСТ-29Т ТСТ-29Д (Х-А)	Т-9 Т-9Т Т-9Д	0-900 (600-800)	20	(600-800)	±20(-)±35 ±12(-)±27	±30(-)±55 ±22(-)±47	±40(-)±75 ±32(-)±67	9,0±0,06	Медь-констан- тановые КПГО-М
ТЦТ-13 (гр. Х-К)		-50-300 (100-260)	10	(100-260)	±9(-)±18 ±5(-)±10	±14(-)±28 ±22(-)±47	±19(-)±38 ±15(-)±30	7,15±0,05	То же
ТЦТ-9 (гр. Х-К)		-50-300 (100-250)	20	(100-050)	±14(-)±28 ±10(-)±20	±15(-)±30 ±11(-)±22	±23(-)±46 ±19(-)±38	7,15±0,05	“ - “
2ТЦТ-47 (гр. Х-К)		-50-300 (100-250)	10	(100-050)	±9(-)±18 ±5(-)±10	±19(-)±38 ±15(-)±30	±19(-)±30 ±19(-)±30	12,0±0,05	“ - “

Таблица 1.1

При анализе погрешностей термоэлектрических термометров особое значение имеют дополнительные погрешности:

а) температурная методическая;

б) температурная инструментальная.

Температурная методическая погрешность, обусловленная появлением термо ЭДС «холодного» спая в термометрах типа ТСТ-29, ТСТ-29Т, ТСТ-29Д, ТЦТ-13, ТЦТ-9, 2ТЦТ-47, компенсируется биметаллическим корректором.

Термометры типа ТГЗ-47, ТВГ-11, ТВГ-11Т, 2ТВГ-411, 2ТВГ-411Т, 2ТВГ-366, ТВГ-26 не имеют методической температурной погрешности, так как реальная температура «холодного» спая не создает термо ЭДС.

Температурная инструментальная погрешность, возникающая в основном из-за изменения сопротивления рамки указателя при колебаниях температуры, а также магнитной индукции в зазоре магнитопровода, жесткости и размеров токоподводящих пружин и других параметров, присуща всем типам термоэлектрических термометров. Во всех типах термоэлектрических термометров их компенсация осуществляется термистором R_TC, имеющим отрицательный температурный коэффициент сопротивления (ТКС).

Указатели. Указатели термоэлектрических термометров отличаются друг от друга чувствительностью и углом поворота подвижной системы.

Термопары. Основными конструктивными элементами термопар, предназначенных для измерения температуры заторможенного потока выходящих газов, являются:

• жаропрочный защитный чехол — обычно трубчатой формы с входным и выходным отверстиями;

• изоляторы термоэлектродов в чехле и корпусе — обычно двухканальные керамические трубки;

• электроды термопар с выводами;

• корпус термопары, объединяющий ее детали.

Термопары типа Т-1, Т-9 и Т-9Т отличаются только материалами термоэлектродов.

Термопара Т-1Т (теплостойкая) отличается от термопары Т-1 формой и размерами чехла.

Термопара Т-9Д отличается от Т-9 и Т-9Т формой и теплоизоляцией и может их заменять. Обратная замена недопустима.

Соединительные провода. В термометрах с термопарами Т-1, Т-1Т (ТВГ-11, ТВГ-11Т, ТГЗ-47, 2ТВГ-411, 2ТВГ-411Т) соединение термопар в батарею производится проводом БПГ-250 (от термопар до соединительной колодки).

Подключение указателя к соединительной колодке осуществляется медным проводом БПВЛ сечением 1,5 мм².

В термометрах с термопарами Т-6 (2ТВГ-366, ТВГ-26) соединение термопар в батарею (до соединительной колодки) производится проводами из материалов термоэлектродов (НЖ11-СК).

Указатель к соединительной колодке подключается медными проводами типа БПВЛ.

В термометрах с термопарами Т-9, Т-9Т и Т-9Д (ТСТ-29, ТСТ-29Т, ТСТ-29Д) применен медь-константановый провод КПГО-М (компенсационный провод гибкий в общей оплетке — медный провод для положительной жилы, а константан — для отрицательной) [1].

В термометрах ТЦТ в качестве компенсационных проводов применены многожильные хромель-копелевые провода в общей хлопчатобумажной оплетке.