Температура является мерой для описания энергетического состояния элементов конструкции, рабочей жидкости или газа. В процессе технической эксплуатации самолетов и двигателей измерения температуры занимают одно из самых основных мест.
Наибольшее распространение и применение в практике температурных измерений получили шкала Цельсия и абсолютная термодинамическая шкала Кельвина.
В качестве рабочего вещества в шкале Цельсия обычно используются жидкости (ртуть, спирт и т.д.).
Виды термометров:
- Жидкостные термометры (стеклянные);
- Манометрические термометры (газовые и жидкостные);
- Термоэлектрические термометры (термопары);
- Термометры электросопротивления;
- Радиационные термометры (пирометры).
Жидкостные термометры.
Действие жидкостных термометров основано на изменении объема (высоты столба) жидкости при изменении температуры.
В качестве рабочих жидкостей применяют: ртуть, толуол, этиловый спирт и д.р.
Жидкостные термометры широко применяются при измерении t 0C жидкостей и газов.
Достоинства: широкий диапазон измеряемых температур (от -50 до 500 0C), простота использования, высокая точность (цена деления до 0,1 0C), нет необходимости применения в источниках питания и дополнительных приборах измерения.
Недостатки: невозможность измерения температуры в точке, чувствительность к ударам и вибрациям, значительная инерционность, невозможность дистанционных измерений (датчик и «указатель» - одно целое).
Манометрические термометры.
Действие манометрических термометров основано на зависимости рабочего вещества, заключенного в замкнутом объеме. При погружении датчика термометра (термобаллона, заполненного рабочим веществом) в измеряемую среду, рабочее вещество стремится изменить свой объем, т.к. объем датчика, const, то происходит изменение давления. Давление рабочего вещества измеряется манометром, соединенным с датчиком капиллярной трубкой, длина трубки может достигать 50 м. Термометры данного типа обычно используются для дистанционного измерения температуры в пределах от –160 до +600 0C с ценой деления до 0,10C.
Термометры электросопротивления.
Действие термометра электросопротивления основано на изменении удельного сопротивления проводников электрического тока (механическая проволока) при изменении температуры. Диапазон измеряемых температур составляет от -100 до +5000C.
Достоинства: возможность дистанционных измерений и автоматической записи, широкий диапазон измеряемых температур, высокая точность измерений, простота.
Недостатки: невозможность измерения температуры в точке, значительная инерционность, требуются дополнительные источники питания и электроизмерительные приборы.
Применяются для измерения температуры воздуха на входе в двигатель, в системах КВ и ПОС, измерение температуры масла П-77, топлива, температуры в масляных полостях двигателя (термометры типа ТУЭ-48- термометр унифицированный электрический).
Радиационные термометры (пирометры)
Действие радиационного термометра основано на регистрации теплового излучения поверхности нагретого тела. Радиационные термометры используются для измерения температуры поверхностей тел выше 100К. Действие радиационных термометров основано на регистрации потока излучения (фотонов). При проведении измерений поток излучения с помощью объектива направляется на фотометрическое устройство (термопару), которая вырабатывает ТЭДС пропорциональную температуре исследуемого тела.
Достоинства: дистанционность измерений, возможность бесконтактного измерения t, широкий диапазон.
Недостатки: относительная сложность.
Термоэлектрические пирометры (термопары)
Сила, вызывающая появление тока называется ТЭДС.
Величина ТЭДС зависит от природы металлов и разности температур горячего и холодного спаев. Если температуру холодного спая поддерживать постоянной (00C), то величина тока (ТЭДС) будет зависеть только от температуры горячего спая. До начала измерений у термопар снимают градуировочную характеристику, в процессе которой при постоянной температуре «холодного» спая, «горячий» спай последовательно нагревают до различных температур и определяют развиваемую термопарой ТЭДС. Зависимость ТЭДС от температуры представляет собой нелинейную функцию.
По материалу применяемых в термопарах проводников они делятся на две группы: термопары из благородных и неблагородных металлов.
Из первой группы нашли широкое применение термопары:
- платинородий –платиновая;
- платиноиридий-платиновая.
Эти термопары применяются для регистрации высоких температур (до 16000C), для исследования процессов горения основных и форсажных камер сгорания.
К недостаткам платиновых термопар следует отнести: 1) Малая величина развиваемой ТЭДС, в связи с чем требуется высокочувствительная электроизмерительная аппаратура. 2) Большое удельное сопротивление и температурный коэффициент сопротивления. 3) Высокая стоимость, из-за чего электроды делаются небольшой толщины и как следствие низкая механическая прочность. 4)Изменение термоэлектрических свойств в среде водорода, окиси углерода и др., что требует применение защиты.
1. в качестве термоэлектродов для термопар второй группы используются специальные сплавы (хромель – сплав на основе никеля с добавлением девяти процентов хрома, алюмель – сплав на основе никеля + Al, Mn, Co, копель – сплав меди с никелем и марганцем, никель кобальтовый сплав, НЖ – сплав никеля с железом и д.р.). Эти сплавы обладают необходимыми физическими свойствами такими как (большой уровень развиваемой ТЭДС, коррозионная стойкость и т.д.).
2. из термопар второй группы наиболее часто применяется хромель-алюмелевая ХА, хромель-копелевая ХК термопары и термопар из сплава НК-СА (никелькобальтовый сплав – специальный алюмель; термопары типа ТВГ – 11).
Основным достоинством термопар второй группы является их доступность и малая стоимость. Благодаря этому электроды можно делать значительной толщины (если при измерениях не имеет значения инерционность показаний), что увеличивает механическую прочность и снижает электрическое сопротивление электродов.
Хромель-алюмелевая термопара хорошо работает в условиях наличия окислителей и имеет практически линейную градуировочную характеристику. Недостатком данной термопары является повышенная хрупкость при температуре более 10000C пригодна для длительных измерений, при температурах до 10000C и при кратковременных измерениях температура до 13000C.
Термопары и сплавы НК-СА – термопары типа ТВГ -11. Особенностью данных термопар является их термоэлектрическая характеристика. При изменении температуры в интервале от 0 до 2000C термопара практически не развивает ТЭДС, что позволяет не помещать «холодный» спай в термостат. По жаростойкости не уступает ХА термопаре, однако имеет существенный недостаток: низкий уровень развиваемой ТЭДС.
Хромель-копелевая термопара.
Применяется в основном для измерения температуры газа за компрессором. По жаростойкости уступает перечисленным выше из-за низкой жаростойкости копеля.
Достоинства: самый высокий уровень развиваемый ТЭДС. Длительные измерения температур до 6000C, кратковременные – температур до 8000C.
Термоэлектроды, соединенные между собой, помещаются в изоляционный материал. Для предохранения изолятора от механических повреждений он заключается в металлический корпус. На конце защитного корпуса имеется планка для крепления соединительных проводов. Термоэлектроды соединяются сваркой или пайкой. Если градуировочная характеристика термопары представляет собой прямую линию, то можно одним измерением определить среднюю температуру из показаний нескольких термопар. Термопары соединяются последовательно и образуют термобатарею, ТЭД сила батарей равна сумме ТЭД термопар.
Достоинства термопар: возможность измерения температуры в точке, широкий диапазон измерения (от 100 до 20000C), возможность дистанционной передачи измерений.
Недостатки термопар: необходимость применения точных и чувствительных электроизмерительных приборов, необходимо поддерживать температуру холодного спая.
Кроме выше перечисленных способов и средств измерения температуры в практике эксплуатации АТ находят применение следующий способ: способ термометрирования по изменению агрегатного состояния вещества. Этот способ находит применение в случаях, когда необходимо проконтролировать наступление какого-либо предельного состояния. 1) например, выплавление термосвидетелей в авиационных колоссах говорит о перегреве тормоза колеса; 2) одним из диагностических признаков погасившегося разрушения подшипников опор ГТД является повышение температуры масла, откачиваемого от опор. Для этого используются термостружкосигнализаторы. В качестве чувствительного элемента используется материал, температура плавления которого равна предельной температуре масла.
Достоинство: простота.
Метод термоиндикаторных красок. Применение термоиндикаторных красок основано на том, что ряд химических веществ меняет свой цвет при нагреве выше определенной температуры и сохраняет его затем при охлаждении. Набором термоиндикаторных красок можно измерять различные температуры от 40 то 1100 0C, а также получить распределение температуры по поверхности. Перед экспериментом образцы красок наносят на детали, которые нагревают в электропечи до различных температур и фиксируют температуры перехода и получаемые оттенки. В дальнейшем они используются для расшифровки результатов экспериментов. Так как термоиндикаторные краски регистрируют максимальную температуру во время опыта, то выход на исследуемый режим не должен сопровождаться забросами температур.
Достоинства: нет необходимости препарировать детали и узлы, не нарушаются условия теплообмена деталей с окружающей средой, можно применять для термометрирования движущихся деталей, не требуются измерительные приборы, простота применения и механическая прочность.
Недостатки: 1) невозможность измерения температуры детали на переходных режимах; 2) измеряется температура только поверхностного слоя материала.
Погрешности измерения температур, связанных с установкой термометра.
1. Погрешности, связанные с теплопроводностью материала термометра. Возникают в следствие того, что при погружении чувствительной части термометра в измеряемую среду, часть термометра остается за пределами среды и следовательно имеет другую температуру. Из-за этого начинается отвод тепла от чувствительной части и следовательно показания отличаются от истинной температуры. Ошибка измерений тем больше, чем больше разность температуры среды, поэтому в месте установки термометра необходимо утеплять конструкцию.
Кроме того на величину ошибки оказывает влияние и длина погружаемой части термометра – чем больше погружен термометр, тем меньше ошибка измерения.
2) Погрешности связанные с излучением тепла поверхностью термометра.
Данная погрешность зависит:
а. От разности температур стенки трубопровода и поверхности термометра (чем больше разность, тем больше ошибка). Для уменьшения ошибки стенки утепляют.
б. От коэффициента теплоотдачи от среды к термометру (чем больше коэффициент теплоотдачи, тем меньше ошибка).
в. От коэффициента лучеиспускания термометра (чем больше лучеиспускания термометра, тем больше ошибка) Для уменьшения коэффициента лучеиспускания термометра необходима шероховатость поверхности
3) Погрешности измерения температуры, связанные с тепловой инерционностью термометров.
Вызваны тем, что при изменении температуры среды, изменение температуры материала термометра (горячий спай, термосопротивление, объем жидкости в жидком термометре и др.) происходит с запаздыванием во времени.
4) Погрешности измерения температур в газовом потоке, движущемся с большой скоростью.
Причина появления погрешностей заключается в том, что температура поверхности тела помещенного в поток газа, не одинакова в различных точках.
Вопрос. Ремонт фильтров
Для обеспечения питания двиrателей топливом фильтры, как правило, снабжены перепускными клапанами, которые автоматически срабатывают при достижении заданноrо перепада давлений на фильтрующем элементе в случае ero засорения или обмерзания и сохраняют нeобходимый расход топлива.
При рабочем давлении 0,3 МПа клапан срабатывает при перепаде давления 40 кПа, а при рабочем давлении до 0,6 МПа клапан cpaбатывает при перепаде давления 790 кПа. Фильтрующие элементы изrотовляют из сетки (сетчатые), проволоки (щелевые) и бумаrи. Материал сетки - латунная или никелевая проволока.
Сетчатые фильтрующие элементы выполняют в виде каркасов, имеющих в сечении цилиндрическую форму, а также в виде тарельчатых перфорированных дисков. Бумажные фильтрующие элементы изrотовляют из бумаrи АФБ-I5, пропитанной спиртовым раствором бакелитовоrо лака. Для увеличения площади поверхности бумаrа rофрирована и поддерживается металлическим каркасом. Подбор фильтра выполняют по ero rидравлическому сопротивлению.
Фильтры ремонтируют в случае прорыва фильтрующеrо элемента.
Пример. При обнаружении дефекта сеток дpocсельные пакеты, так же как и фильтры, разбирают. Корпуса с фильтрующей и каркасной сетками помещают в ванну со щелочным раствором. Состав раствора, г/дм 3: едкий натр - 550-700, азотнокислый нaтрий - 150-300. Сетки выдерживают в растворе при температуре 1400 С до полноrо растворения припоя.
Затем фильтры промывают сначала в rорячей, а затем в холодной воде, снимают с них сетки, после чеrо корпуса электрополируют в течение 1-2 мин при температуре электролита 70-900 С. Плотность тока при электрополировке - 20-40 А/см 2, напряжение 80 В.
Пайка новых сеток осуществляется следующим образом. По шаблону вырезаются фильтрующие каркасные сетки. Места пайки на корпусах лудят припоем ПСр 2,5 с применением флюса ФИМ (состав флюса, см 3: этиловый спирт - 175, дистиллированная вода 135, ортофосфорная кислота - 20).
Затем на каркас накладывают каркасную и фильтрующую сетки и осуществляют их пайку. После пайки контролируются ширина шва на сетке по образующей цилиндра и качество пайки. Окончательное качество фильтров проверяется их проливкой.
Одной из очень важных проблем при ремонте является восстановление фильтрующей способности фильтров. Для этой цели применяется маrнитострикционный принцип очистки, при котором фильтры помещают в ванну, наполненную специальным раствором. Маrнитострикционные преобразователи rенерируют в жидкости ультразвуковые волны, которые, взаимодействуя с заrpязненными фильтрующими элементами, производят их очистку. Такие установки применительно к очистке авиационных фильтров имеют ряд недостатков. Они запитываются от силовой трехфазной сети 380 В и потребляют в зависимости от модели от 1,5 до 15 кВт. Кроме того, для мноrих из них требуется проточная охлаждающая жидкость.
В последнее время для очистки авиационных фильтров стали применять установки, в которых вместо маrнитных ультразвуковых излучателей применены пьезоэлектрические, обладающие целым рядом преимуществ. Новые установки на порядок дешевле, потребляют меньше электроэнерrии (100-400 Вт), не требуют охлаждающей жидкости, запитываются от бортовой однофазной сети 220 В, а портативные модели также и от бортовой сети 27 В. Портативные модели позволяют, используя имеющиеся на борту жидкости (керосин или АМГ) и питание установки от бортовой сети, промыть фильтры в полевых условиях.
