Основы научных исследований и испытаний двигателей (стр. 26 )

Основные типы строботахометров - 2ТСт-32-456; ТСт-60-4256; ТСт-100; ИЧО-70 с верхними праделами измерения 32000, 60000, 100000 и 18000 об/мин соответственно с ошибкой измерения ±0,5 %. В случае применения тахометров с кварцевыми, камертонными стабилизаторами частоты вспышек можно повысить точность измерения до 0,1 %.

При переходных процессах частоту вра­щения вала (угловую скорость ω) обычно измеряют с помощью тахогенераторов, жестко соединенных с валом дви­гателя. Ток на выходе тахогенератора пропор­ционален угловой скорос­ти ω и ее изменение может регистрировать­ся с помощью осциллографа. Если это устройст­во дополнить дифференци­рующей приставкой, то можно определять и угловое ускорение колен­чатого вала ε=dω/dτ [24]. Могут также использоваться индук­ционные или фотоэлектрические генераторы импульсов ( выступы на маховике, прорези в диске и т. д.) в комплекте с усилителем и ос­циллографом [39], а также звуковым генератором для нанесения на ленту осциллографа меток времени.

9. ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ

Т е м п е р а т у р о й называется статистическая величина, характеризующая тепловое состояние тела и пропорциональная сред­ней кинетической энергии молекул. Приборы, применяемые для изме­рения температуры, называются т е р м о м е т р а м и.

Измерить температуру непосредственно нельзя. Её значение определяется другими физическими параметрами, однозначно связанными с температурой (объем, длина, термо-ЭДС, электрическое сопротивле­ние и др.).

В настоящее время применяется международная практическая температурная шкала, согласно которой основной является термодинамическая температура Т (на основе идеального цикла Карно), единица которой - Кельвин (К) - 1/273,16 часть термодинамической температуры равновесия между твердой, жидкой и газообразной фаза­ми воды (тройная точка воды). Для этого состояния равновесия при­своена температура 273,16 К [20].

Для измерений температур применяется шкала Цельсия, по кото­рой температура

°С.

Температуры, измеряемые в двигателях, можно разделить на три группы:

1) стационарные температуры рабочих сред (вода, масло, топливо, воздух), для измерения которых применяются термометры расширения жидкостные (при исследованиях), манометрические (контрольные); термометры сопротивления и др.;

2) нестационарные температуры рабочих сред (отработавших газов, в цилиндре), для чего используются термометры сопротивления из тонкой проволоки, термоэлектрические термометры;

3) температуры теплонапряженных деталей (поршень, цилиндр и т. д.), для чего могут быть применены термоэлектрические термометры, термометры сопротивления, плавкие вставки, термочувствительные краски и др.

И з м е р е н и е д а в л е н и й при испытаниях двига­телей производится обычно в жидких (масло, топливо, вода) или газообразных средах.

В общем случае давление характеризует нормально распределен­ную силу, действующую со стороны одного тела на единицу поверх­ности другого. В жидких и газообразных средах давление характеризует внутреннюю энергию среды и является одним из основных параметров состояния.

Для воспроизведения единицы давления с наивысшей точностью существует государственный первичный эталон для избыточных давле­ний 106... 2,5 * I08 Па. Для других давлений используются специаль­ные эталоны. Далее следуют образцовые средства с первого по четвер­тый разряды и, наконец, рабочие средства измерения. Способы провер­ки и сравнение показаний регламентируются стандартами (ГОСТ 8.017-79, 8.094-73, 8.107-81, 8.187-76, 8.223-76).

9.1. Средства измерения температуры

Термометры расширения

К этой группе относятся, жидкостные стеклянные и манометричес­кие термометры.

Жидкостные термометры содержат термометрическую жидкость, расширение которой зависит от температуры (ртуть, этило­вый спирт, толуол и др.).

Виды жидкостных термометров:

1)Технические с ценой деления от 0,5 °С (шкала - 30... + 50 °С) до 5 и 10 °С (шкала 0...60 °С);

2) Лабораторные с ценой деления от 0,1 °С (диапазон измерения 55 °С) до 2 °С (диапазон измерения 0... 600 °С);

3) Образцовые (ГОСТ 13646-68) с узкими диапазонами измерения (от 4 до 50 °С) и с ценой деления от 0,01 до 0,1 °С.

Достоинствами стеклянных жидкостных термометров являются высокая точность измерения, простота и дешевизна. Недостатки - невозможность автоматизации измерений, относительно плохая видимость шкалы.

М а н о м е т р и ч е с к и е термометры по принципу дейст­вия основаны на зависимости давления термометрического вещества в герметически замкнутом объеме от температуры, иногда эти термомет­ры называются дистанционными термометрами или аэротермометрами.

В качестве термометрического вещества могут быть газ, жидкость или конденсат. В газовых термометрах рабочим телом обычно являет­ся азот и они предназначены для измерения температур в пределах от - 200 до + 600 °С. В жидкостных термометрах рабочим веществом могут быть ртуть, пропиловый спирт и др. Пределы измерений от -150 до +300 °С.

В двигателях обычно используются конденсационные (паровые) манометрические термометры с пределами измерения от 0 до 125 °С. Рабочими веществами могут быть фреон, пропилен, этилбензол и др. вещества. Термобаллон термометра примерно на 3/4 заполнен низкокипящей жидкостью, а остальная часть заполнена насыщенным паром этой жидкости. Давление насыщенного пара определяется температу­рой среды, в которую помещен термобаллон. Длина капиллярной трубки, соединяющей термобаллон с указателем, достигает 25 м.

Достоинствами манометрических термометров является простота устройства, возможность дистанционной передачи показаний. К недостаткам: относится ограниченное расстояние дистанционной передачи, сложность ремонта. Классы точности конденсационных термометров - 1,5; 2,5 и 4.

Термоэлектрические термометры

Принцип действия этих термометров основан на зависимости термоэлектродвижущей силы (термо-ЭДС) термоэлектрода (термопары) от температуры. Состоит термометр из термопары, измерительного при­бора и соединительных проводов.

Термопара имеет два спая: рабочий конец (горячий спай) и сво­бодный конец. Спаяны два разнородных проводника. При нагревании горячего спая на границе стыковки разнородных металлов возникает скачок электрического потенциала. Разность температур в проводни­ке вызывает диффузию электронов, приводящую к образованию электри­ческого поля [20]. Таким образом, термо-ЭДС слагается из суммы скачков потенциала в спаях термопары и изменений потенциала при диффузии электронов и зависит от рода проводника и температуры. Для многих термопар их термо-ЭДС

где - коэффициент пропорциональности, зависящий от материала термопар;

- разность температур рабочего и свободного концов термопа­ры.

Термопары изготовляются из благородных (для измерения высоких температур и при особо точных измерениях) и неблагородных металлов, сплавов и полупроводников (для технических измерений).

При испытаниях двигателей распространены стандартные термо­пары (ГОСТ 7164-78), характеристики которых приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Характеристики некоторых стандартных термопар

Тип	Материалы	Состав, %	Пределы измерения, °С	Примечания, область применения
МК	Медь-копелевая	Копель: 45Ni; 55 Cu	-200…+100	Температура воды, масла
ТХК	Хромель-копелевая	Хромель: 89Ni; 9,8Cr и др.	-50…+600	Высокая термо-ЭДС, ограничена жаростойкость.
ТХАК (ХА)	Никель-хром-никель аллюмиенивая (хромель-алюмелевая)	Алюмель: 94,4Ni; 2Al	-50…+1000	Высокая стабильность характеристик. Измерение температур отработавших газов, поршня, цилиндра и др.
НКСА	Никель-кобольтовая со специальным алюминием	-	+240…+1000	Не требуется термостатирование холодного спая. Измерение температуры отработавших газов и др.
ТПП	Платинородий-платиновая	Платинородий: 90Pt; 10Rn	0…+1300	Образцовые термопары

В качестве указателей применяются гальванометры, автомати­ческие потенциометры.

На рис. 5.1 показан пример использования термоэлектричес­кого термометра для измерения температуры поршня компенсационным методом. Этот метод основан на уравновешивании измеряемой термо-ЭДС падением напряжения , значение которого может быть измерено. Термопара, установленная на днище поршня, периодически подключается через токосъемное устройство (колодка с пружинящими контактами) к делителю напряжения (реохорду) , питаемому от сухого элемента E. При этом падение напряжения на делителе (на участке вс) включено навстречу термо-ЗДС . Перемещая движок "в" реохорда можно найти положение, когда . В этом случае термо-ЭДС термопары будет уравновешена падением напряжения , ток в цепи термопары будет равен нулю, и на экра­не нуль-индикатора (осциллографа) исчезнет всплеск. По шкале ре­охорда можно отсчитать ЭДС термопары и определить температуру в месте установки горячего спая термопары. В приведенной на рис. 5.1