Авиационные термометры

Способы соединения термопар различны. В термометрах типа ТВГ, ТСТ термопары соединяются электрически в одну термобатарею последовательно. В измерительных системах тепмопреобразователи имеют две комбинации параллельно или параллельно - последовательно соединенных термоэлектродов, при этом одна группа термопреобразователей используется непосредственно для измерения температуры, а другая - в качестве датчика регулятора температуры. Указанные способы соединения позволяют получить суммарную термоЭДС, пропорциональную среднему значению температуры выходящих газов. Соединение термопреобразователей осуществляется в соединительных коробках, расположенных в таком месте самолета, где температура окружающей среды меняется незначительно и не превышает 100° С.

Электрические схемы термометров ТЦТ, ТВГ, ИТГ, ТСТ одинаковы, отличия заключаются только в способах соединения термопар.

Устройство термоэлектрического термометра и работу его электрической схемы рассмотрим на примере термометра ИТГ-1.

Основными элементами электрической схемы являются термопреобразователь, соединительные провода и измерительный прибор (Рисунок 16.). Термопреобразователь ТП1 представляет собой блок параллельно соединенных термопар. ТермоЭДС преобразователя измеряется магнитоэлектрическим милливольтметром.

Зависимость угла поворота стрелки показывающего прибора от разности температур горячего и холодного спаев рассчитывается по формуле

(31)

где: к - постоянная гальванометра;

В - магнитная индукция;

с - жесткость противодействующей пружины;

Rt, RСП - соответственно сопротивления термопары и соединительных проводов;

R1 - подгоночное сопротивление соединительных проводов;

Рисунок 16. Принципиальная электрическая схема ИТГ-1

R2 - добавочное сопротивление измерителя, обеспечивающее постоянство внутреннего сопротивления милливольтметра;

R3 - сопротивление рамки;

R4 - термокомпенсационное сопротивление, предназначенное для уменьшения погрешности прибора из-за изменения сопротивления рамки указателя;

Rпp и Rб - соответственно электрические сопротивления противодействующих пружин и биметаллического корректора.

Комплект термометра ИТГ-1 состоит из измерителя ИТГ и термопар Т-99. Вместе с измерителем ИТГ могут работать термопары Т-38-3. Особенностью термометра является применение сдвоенных термопар, соединенных параллельно и образующих две самостоятельные цепи по 12 термопар Т-99 или по 7 термопар Т-38 в каждой цепи. Одна цепь подключается к указателю термометра, другая

- к регулятору температуры

Рисунок 17. Термопара Т - 99: 1 - корпус; 2,3 - контактные винты; 4 - термоэлектроды; 5 - входные отверстия; 6 - камера торможения; 7 - выходное отверстие; 8 - термоэлектродный спай; 9 - штуцер

Сдвоенная термопара Т-99 имеет неразъемную конструкцию

(Рисунок 17.) и состоит из корпуса 1, термоэлектродов 4, выполненных из сплавов хромеля (положительные) и алюмеля (отрицательные), и штуцера 9. В корпусе термопары, изготовленном из жаропрочного сплава, размещены два независимо работающих термоэлектродных спая 8, находящихся непосредственно в газовом потоке. Камера торможения 6 имеет два входных отверстия 5 диаметром 3 мм и одно выходное отверстие 7 диаметром 4 мм, что позволяет получить осредненную температуру по высоте термопары. Штуцер 9 запрессован и припаян к корпусу 7 термопары. Термоэлектроды 4 приварены к контактным винтам 2 и 3. Термопары соединены в термобатарею из 12 параллельно включенных термопар и подключаются к указателю соединительными проводами из термоэлектродного материала (хромеля и алюмеля). Для подгонки сопротивления внешней цепи термометра (включая термопары) до величины (7.5+0.1) Ом при температуре +20 С в штепсельный разъем, подходящий к указателю, впаяно дополнительное сопротивление. Головка термопары выдерживает рабочую температуру до +200С, предельную - до +250С.

Указатель ИТГ-1 представляет собой магнитоэлектрический милливольтметр, магнитная система которого состоит из постоянного магнита, магнитопровода и сердечника. К магниту со стороны сердечника прикреплен полюсный наконечник в виде пластины из мягкого железа. Рамка перемещается в зазоре между полюсной пластиной и сердечником магнитопровода. В подвижную систему прибора вместе с рамкой входят противодействующая пружина, которая одновременно служит токопроводом. На оси подвижной системы закреплена стрелка указателя.

В конструкции прибора предусмотрен биметаллический корректор, который служит для компенсации погрешности термометра, возникающей из-за изменения температуры холодного спая. При изменении температуры биметаллическая спираль поворачивает подвижную систему и стрелку прибора на дополнительный угол. Для регулировки биметаллического компенсатора служит винт.

Измеритель ИТГ-1 имеет шкалу с углом размаха 230, диапазоном измерения от 200 до 1100С, оцифорованную на точках 2, 4, 8, 10, соответствующих сотням градусов Цельсия (100С).

Нулевое положение стрелки обозначено точкой. Цена деления от 200 до 300С и от 1000 до 1100С - через 50С. Цена деления на остальном участка шкалы - через 20С. На шкале указаны шифр прибора “ИТГ-1”, градуировка “Гр. ХА”, градуировочная величина сопротивления внешней цепи “ RВН - 7.5 ” и номер измерителя. Погрешность показаний комплекта при температуре наружного воздуха (205)С составляет 12С в диапазоне от 450 до 750 С; 15 в диапазоне от 750 до 1000 С; 30 в диапазоне от 1000 до 1100С.

Сдвоенная измерительная аппаратура 2ИА-7 предназначена для измерения температуры газа авиационных двигателей в условиях полета и на земле.

Рабочий диапазон измерения температуры - от 300 до1000С.

Погрешность показаний аппаратуры при температуре внешней среды (+2510)С составляет 6С в рабочем диапазоне температур и 7С в остальных диапазонах (0 - 300С, 100 - 1200С). Электропитание: 115В 5 с частотой 400Гц +7; = 27В 10.

В комплект аппаратуры входят два указателя температуры УТ - 7А, сдвоенный усилитель 2УЭ-6В и две переходные колодки ПК - 9Б.

Термопреобразователем служит коллектор термопар, состоящий из 12 параллельно соединенных хромель-алюмелевых термопар типа Т-99-3, Т-93-2, Е-38-3, Т-82Г.

Радиальное расположение термопар по периметру авиадвигателя обеспечивает измерение среднемассового значения температуры выходящих газов.

Принцип действия аппаратуры основан на компенсационном методе измерения термоЭДС. Функциональная схема одного канала системы 2ИА-7 приведена на Рисунок 18.

Рисунок 18. Измерительная аппаратура 2ИА - 7

Встречно с термоЭДС термопар включено компенсирующее напряжение, снимаемое с мостовой схемы, собранной на резисторах R9, R10, R11 и размещенной в указателе У-7А.

Мостовая схема запитывается постоянным током через стабилизатор напряжения. Величина компенсирующего напряжения моста зависит от положения напряжения токосъемника потенциометра обратной связи R9. Разность ТЭДС и компенсирующего напряжения преобразуется с помощью входного модулятора, собранного на интегральных прерывателях ПП1 и ПП2 и входном трансформаторе ТР2, в переменное напряжение частотой 400Гц. Опорное (коммутационное) напряжение подается на модулятор через трансформатор ТР1. Таким образом, со вторичной обмотки трансформатора ТР2 будет сниматься сигнал рассогласования в виде напряжения переменного тока, которое усиливается в усилителе напряжения и усилителе мощности и подается на реверсивный двигатель отработки, перемещающий токосъемник потенциометра обратной связи до тех пор, пока компенсирующее напряжение не сравняется с измеряемой термоЭДС и их разность не станет равной нулю. Таким образом, каждому положению токосъемника потенциометра обратной связи соответствует определенное значение термоЭДС, т. е. определенная измеряемая температура.

Двигатель через редукторы перемещает стрелки указателей грубого и точного отсчета. В указателе имеется узел сигнализации, обеспечивающий подачу сигнала при определенных показаниях прибора (рабочей или критической температуре).

В аппаратуре предусмотрена автоматическая компенсация термоЭДС холодного спая термопары напряжением мостовой схемы переходной колодки, меняющимся в зависимости от температуры холодного спая термопары. Компенсирующее напряжение мостовой схемы, одним плечом которой является термочувствительное сопротивление R8, включено встречно с термоЭДС холодного спая термопары. Мостовая схема запитывается от стабилизатора напряжения СН.

В состоянии равновесия термоЭДС холодного спая уравновешена напряжением диагонали мостовой схемы, и в измерительную цепь подается сигнал от термопары, соответствующей температуре горячего спая.

При изменении температуры окружающей среды меняется ТЭДС холодного спая термопары, но одновременно меняется и напряжение диагонали мостовой схемы за счет изменения никелевого резистора R8, имеющего температуру холодного спая термопары. Это изменение напряжения диагонали мостовой схемы полностью компенсирует изменение термоЭДС холодного спая термопары.

В аппаратуре 2ИА-7 предусмотрен встроенный контроль работоспособности. При нажатии кнопки КН1 шунтируются напряжения, поступающие с коллектора термопар и мостовой схемы колодки ПК-9Б. При этом стрелки указателя должны находится в диапазоне шкалы 0 - 150 С.

Помимо измерительной аппаратуры 2ИА-7А на самолетах устанавливаются измерительные системы 2ИА-6, ИА-11А, ИА-12А и измерители температуры ИТ-2Т. в этих термометрах термоЭДС одного или группы термопреобразователей сравниваются с напряжением постоянного тока на выходе источника регулируемого напряжения. Схема сравнения служит для получения компенсирующего, которое благодаря наличию следящей системы стремится быть равным или противоположным по знаку термоЭДС термопары.

Конструктивной особенностью измерительной аппаратуры ИА-11А, ИА-12А является применение в ней ленточных показывающих приборов типа ИТГП.

Авиационным термометрам свойственны погрешности: температурные методические, температурные инструментальные и динамические.

Температурные методические погрешности термометров возникают прежде всего из-за того, что температура термопреобразователя не совпадает с температурой контролируемой среды. Совпадение этих температур и, следовательно, уменьшение методической погрешности зависит от размеров, формы, материалов термопреобразователя, от условий и способа передачи тепла, от степени заторможенности газового потока.

Характер теплообмена между средой и ЧЭ влияет на динамическую погрешность, т. е. на запаздывание показаний термометра. Эта погрешность характеризуется постоянной времени термометра и зависит от свойств прибора и скорости изменения измеряемой температуры. Для уменьшения ее в приемниках П-77 устанавливают бронзовые посеребренные пластины, в термометрах ТЦТ термопару крепят к медному кольцу, а в термопарах термоэлектрических приборов, измеряющих температуру выходящих газов, уменьшают объем камеры торможения. Применяемые меры достаточно эффективны, но позволяют снизить постоянную времени лишь до определенной величины. Например, для преобразователей П-1 равна 3 с, для П-5 - от 2 до 3 с, для термопреобразователей ТВГ - примерно 2.5 с.

В термометрах сопротивления температурная методическая погрешность обусловлена дополнительным изменением сопротивления теплочувствительного элемента вследствие нагрева его током измерительной системы.

Изменения напряжения питания также приводят к возникновению дополнительной погрешности. Для схем с магнитоэлектрическим логометром такие погрешности существенны при колебаниях напряжения больше ±10%.

В термоэлектрических термометрах температурные методические погрешности возникают из-за изменения температуры холодного спая, возникновения паразитных термоЭДС, изменения сопротивления измерительной цепи, неполного торможения газового потока.

Для уменьшения влияния температуры холодного спая в термометрах ИТГ, ТЦТ применяют биметаллические корректоры, в термометрах ТВГ - термопары градуировок НК-СА и НК-СК, генерирующие термоЭДС при температуре горячего спая более 100 - 300° С, в измерительной аппаратуре ИА устанавливают схемы компенсации.

Инструментальные погрешности в термометрах сопротивлеия и в термоэлектрических термометрах серии ИТГ, ТВГ и ТЦТ возникают из-за изменения сопротивления рамок измерительных механизмов показывающих приборов, а также из-за влияния внешних электрических и магнитных полей, трения и т. д.

Температурные инструментальные погрешности уменьшают путем включения термочувствительных резисторов с положительным термокоэффициентом сопротивления (ТКС) в термометрах ТУЭ и ТНВ и с отрицательным ТКС в термометрах с полупроводниковым термопреобразователем, а также в термометрах ТЦТ, ТВГ, ИТГ. Для уменьшения погрешностей от влияния внешних полей в указателях термометров сопротивления применяют экран из пермаллоя.

Термометры сопротивления и термоэлектрические термометры имеют свои особенности эксплуатации.

В процессе технического обслуживания термометров сопротивления необходимо соблюдать взаимозаменяемость приемников температуры в соответствии с их техническими xapaктepиcтиками.

При замене приемника нельзя изменять условий теплообмена. Необходимо тщательно следить за чистотой поверхности теплоприемников.

Возможные неисправности термометра сопротивления, можно проанализировать, используя электрическую схему комплекта (Рисунок 17.,а).

Если стрелка указателя отклоняется вправо до упора (“зашкаливает” за максимальный предел измерения), что соответствует значению Rt , это может быть cледствием обрыва терморезистора приемника температуры или провода, соединяющего его с прибором. Если указатель “бьет” за левую крайнюю отметку, что соответствует Rt 0, это указывает короткое замыкание проводов или термосопротивлении приемника.

К надежности и исправности термоэлектрических термометров предъявляются особо высокие требования, так как контроль теплового режима авиационных двигателей существенным образом влияет на предотвращение пpeждeвpeмeннoгo cнятия иx c эксплуатации и безопасность полетов. Так, при запуске двигателя, а также в полете возможны превышения значений температуры выходящих газов за предельные (критические) Ткр. Чтобы предотвратить последствия заброса температур из-за недостаточного внимания членов экипажа, применяют кроме автоматов ограничения устройства сигнализации о критических значениях температур. Например, в измерительной аппаратуре 2ИА - 7А в зависимости от того, на каком объекте она устанавливается, предусмотрена сигнализация восьми значений критических температур от 670 до 975 С. Помимо этого, схемой измерения предусматривается встроенный контроль работоспособности, который в некоторых измерительных системах разделяется на контроль при работающем и контроль при неработающем двигателе.

Для термоэлектрических термометров типа ТВГ, ТЦТ, ТСТ характерно, что их работоспособность можно проверить только при работающих двигателях. Если при этом термометр не выдает показаний или показания его занижены причинами неисправностей могут быть:

обрыв в термопаре или соединительных проводах;

неправильное присоединение проводов в клеммной колодке;

нарушение градуировки прибора;

увеличение сопротивления элементов электрической схемы;

износ деталей в подвижной системе магнитоэлектрического указателя.

5. Общие методические погрешности датчиков температуры

Механическим и электрическим датчикам температуры, соприкасающимся со средой, температура которой измеряется, свойственны следующие методические погрешности.

Погрешность из-за потерь от теплоизлучения и теплопроводности. Эта погрешность обусловлена тем, что температура стенок трубопровода отличается от измеряемой температуры газа или жидкости, текущих по этому трубопроводу. В результате наряду с полезным теплообменом между датчиком и стенками трубопровода вследствие лучеиспускания и теплопроводности.

Погрешность от неполного торможения газового потока. В термометрах, предназначенных для измерения истинной температуры Т встречного потока воздуха, возникает погрешность, причиной которой является повышение температуры датчика из-за перехода в тепло кинетической энергии потока воздуха при его торможении датчиком.

Динамическая погрешность. Эта погрешность обусловлена тем, что тепло передается от среды к чувствительному элементу с некоторым запаздыванием вследствие конечной скорости передачи тепла, зависящей от материала, массы и поверхности термопатрона.

Заключение

Авиационные термометры это неотъемлемый элементом любого воздушного судна, они находят широкое применение в авиации для измерения температуры твердых тел (головок цилиндров поршневых двигателей), жидкостей (масла, топлива), воздуха и газов.

В соответствие с поставленной целью курсовой работы мной были изучены такие понятия как температура и ей измерение, изучены различные виды авиационных термометров, а также принципы работы и возможные погрешности в измерениях.

Список использованных источников

1. В.М Солдаткин, А.А. Порунов, В.В. Солдаткин «Основы проектирования измерительных приборов и систем» - Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева: УМО, УМС, 2006.

2. Кучерявый А.Н. «Бортовые информационные системы» / курс лекций. Ульяновский государственный технический университет: УМО, УМС, 2003.

3. Хорошавцев Ю.Е. «Авиационные приборы и ПНК. Приборное оборудование / Учебное пособие. СПб. государственный университет аэрокосмического приборостроения: УМО, УМС, 2001.

4. Ларин В.П., Шелест Д.К. «Конструирование и производство типовых приборов и устройств» / СПб. государственный университет аэрокосмического приборостроения: УМО, УМС, 2004.

5. Браславский Д.А. «Приборы и датчики летательных аппаратов» / Учебник для втузов. - М.: Машиностроение, 1970 - 395 с.

6. Боднер В.А. «Авиационные приборы» / Учебник для авиационных вузов. - М.: Машиностроение, 1969 - 469 с.

7. Боднер В.А. «Приборы первичной информации» / Учебник для авиационных вузов. - М.: Машиностроение, 1981 - 344 с.

8. Браславский Д.А., Логунов С.С., Пельпор Д.С. «Авиационные приборы и автоматы» / Учебник для авиационных ВУЗов. - М.: Машиностроение, 1978 - 432 с.

9. Дорофеев С.С. «Авиационные приборы» / Воениздат: 1992.

Размещено на Allbest.ru