Авиационные термоэлектрические термометры

По своему назначению авиационные термоэлектрические термометры можно разделить на три группы.

К первой группе относятся термометры типа ТВГ, ИТГ и ТСТ, служащие для измерения температуры выходящих газов турбореактивных, турбовинтовых авиационных двигателей и турбостартеров.

Ко второй группе относятся термометры типа ТЦТ, измеряющие температуру головок цилиндров поршневых двигателей и других твердых тел.

В третью группу объединяются измерительные системы типа ИТ, ИА, предназначенные для измерения температуры газов, выходящих из реактивного сопла двигателе и турбин низкого и высокого давления.

В качестве термопреобразователей в термоэлектрических термометрах используются различные термопары.

В термометрах ТВГ, ИТГ, ТСТ используются термопары типа Т-1, Т-9, Т-11, Т-80, Т-82К, Т-99 различных градуировок.

В измерительных системах применяются термопары типа Т-99, Т-38, Т-93.

Термопары помещают в жаропрочный корпус и равномерно размещают по периметру одного сечения выходного сопла двигателя.

В термометрах ТЦТ горячий спай термоэлектрического преобразователя Т-3 градуировки ХК прикрепляется к медному кольцу, которое устанавливается под зажигательную свечу поршневого авиадвигателя.

Способы соединения термопар различны. В термометрах типа ТВГ, ТСТ термопары соединяются электрически в одну термобатарею последовательно. В измерительных системах термопреобразователи 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.

Рис. 6.17. Принципиальная электрическая схема ИТГ-1.

Электрические схемы термометров ТЦТ, ТВГ, ИТГ, ТСТ одинаковы, отличия заключаются только в способах соединения термопар. Основными элементами электрической схемы являются термопреобразователь, соединительные провода и измерительный прибор (рис.6.17). Термопреобразователь ТП1 представляет собой блок параллельно соединенных термопар. ТермоЭДС преобразователя измеряется магнитоэлектрическим милливольтметром. На схеме показаны: 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.

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

,(6.31)

где к – постоянная гальванометра; В – магнитная индукция; с – жесткость противодействующей пружины; Rt, RСП – соответственно сопротивления термопары и соединительных проводов; R1 – подгоночное сопротивление соединительных проводов;

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

Сдвоенная термопара Т-99 имеет неразъемную конструкцию (рис. 6.18) 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 1 термопары.

Рис. 6.18.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

Термоэлектроды 4 приварены к контактным винтам 2 и 3. Термопары соединяют в термобатарею из 12 параллельно включенных термопар и подключают 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 +200 °С, предельную - до +250 °С.

Указатель ИТГ-1 представляет собой магнитоэлектрический милливольтметр.

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

Функциональная схема одного канала системы 2ИА-7 приведена на рисунке6.19.

Рис. 6.19. Измерительная аппаратура 2ИА – 7

Рабочий диапазон измерения температуры – от 300 до1000°С.

Погрешность показаний аппаратуры при температуре внешней среды (+25±10) °С составляет ±6 °С в рабочем диапазоне температур и ±7 °С в остальных диапазонах.

Электропитание: ~115В с частотой 400 Гц; = 27В.

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.

Встречно с термоЭДС термопар Т-99 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 400 Гц. 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

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 напряжения, 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.