АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ В ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2019. Том 1

УДК 629.7

АВТОМАТИЗАЦИЯ ИЗМЕРЕНИЙ В ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ

А. А. Ходенков, С. П. Сташкевич, Т. В. Акимов, А. В. Делков, М. А. Ермаков

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: delkov-mx01@mail.ru

Рассматриваются вопросы автоматизации измерений теплофизических параметров при испытании энергетических машин и установок. Оцениваются основные сложности при измерении температуры. Приводятся рекомендации по автоматизации измерения температуры с помощью термопар.

Ключевые слова: теплофизический эксперимент, измерение температуры, автоматизация, термопары, обработка сигналов.

AUTOMATION OF MEASUREMENTS IN THERMOPHYSICAL EXPERIMENT

A. A. Hodenkov, S. P. Stashkevich, T. V. Akimov, A. V. Delkov, M. A. Ermakov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: delkov-mx01@mail.ru

This article covered the issues of automating the measurement of thermophysical parameters in the case of energy machines experimental research. The main difficulties in measuring temperature are estimated. Recommendations for the automation of temperature measurement using thermocouples are given.

Keywords: thermophysical experiment, temperature measurement, automation, thermocouples, signal processing.

Дальнейшее развитие и совершенствование энергетических машин и установок определяет в качестве перспективных задачи создания эффективных методик и оборудования теплотехнического эксперимента. В ходе теплотехнических исследований устанавливаются численные значения важнейших теплофизических параметров (температуры, давления, расхода) на стационарных и переходных режимах. Контроль параметров энергетических установок требует определения с высокой степенью точности характеристик рабочих процессов, в первую очередь температуры [1].

Существующее оборудование для измерения теплофизических параметров отличается большим разнообразием и узкой направленностью диапазонов применения. Вследствие этого задача унификации средств измерения в теплотехническом эксперименте является актуальным направлением исследований.

Применение гибкого и универсального оборудования для измерений теплофизических параметров позволяет создавать универсальные автоматизированные измерительные комплексы, которые могут быть использованы для решения широкого спектра экспериментальных задач. Автоматизация теплотехнического эксперимента является одним из основных средств повышения его эффективности и качества [2].

В настоящей работе рассматриваются проблемы и перспективы автоматизации измерений в теплотехническом эксперименте на примере измерения температуры. Прямое измерение температуры невозможно, все измерительные приборы основаны на фиксации изменения косвенных физических параметров (объема, сопротивления, ЭДС и т. д.) при изменении температуры [3].

Секция «Моделирование физико-механических и тепловых процессов в машинах и аппаратах»

Из существующих в настоящее время инструментов измерения температуры (жидкостные и газовые термометры, терморезисторы и т. д.) для целей настоящего исследования были выбраны термопары. Принцип действия термопар основан на термоэлектрическом эффекте - возникновении термоЭДС в замкнутой цепи двух разнородных проводников, места контакта которых помещены в среды с разными температурами. Таким образом, измерение температуры данным методом производится косвенно по измерению величины термоЭДС.

В целом зависимость термо-ЭДС от разницы температур на концах термопары носит нелинейный характер. Наиболее близкую к линейной зависимость дают термопары А>типа (хромель-алюмель). Основные преимущества данных термопар: широкие диапазоны измерения (-270...+1300 °С), линейная зависимость ЭДС от температуры, низкая инерционность, низкая стоимость. Компактные размеры термопар дают возможность измерения температур потоков жидкости и газа без загромождения канала.

Вследствие того, что величины генерируемых термоЭДС имеют малые значения (порядка 4 мВ на 100 °С), использовался усилитель сигнала термопары на основе операционного усилителя LM358 с возможностью вариативной установки коэффициента усиления 50..150.

Для реализации автоматизированных измерений использовался блок аналогово-цифрового преобразователя National Instruments USB-6008, позволяющий фиксировать результаты измерений в цифровом формате в реальном времени. Для повышения точности измерений термопары подключались к блоку USB-6008 по дифференциальной схеме (DI), что сокращает количество входных каналов до 4 на блок, но позволяет обеспечить разрядность 12 бит [4].

Разработанный автоматизированный измерительный комплекс был использован для экспериментальных исследований энергетических установок в диапазоне изменения температур 0...+90 °С. Комплекс позволяет проводить измерение температур в реальном времени с высокой точностью.

Библиографические ссылки

1. Теоретические основы теплотехники. Теплотехнический эксперимент : справочник / под общ. ред. чл.- корр. РАН А. В. Клименко и проф. В. М. Зорина. М. : Изд-во МЭИ, 2001. 564 с.

2. Дикий Н. А., Халатов А. А. Основы научных исследований. Теплоэнергетика. Киев : Высш. шк., 1985. 223 с.

3. Ейдеюс А. И. Основы теплотехнического эксперимента и вакуумной техники. Калининград : БГАРФ, 2011. 116 с.

4. Оппенгейм А., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов. М. : Техносфера, 2006. 856 с.

© Ходенков А. А., Сташкевич С. П., Акимов Т. В., Делков А. В., Ермаков М. А., 2019