Устройство для зондовых измерений температурных параметров разреженных ионизованных газовых потоков высокой скорости

 

Изобретение относится к теплофйзическим измерениям в ионизованных газовых потоках. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем одновременного электрического и термооптического зондирования. Указанная цель достигается тем, что зонд выполнен в виде электропроводной сферической микромоделй абсолютно черного тела. Излучение с зонда передается на фотоэлектрический преобразователь через полый световод, внутри которого продолжен проводник, соединяющий зонд со средствами измерения, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 К 13/02

НОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕД MCTBO СССР (ГОС АТЕНТ СССР)

OllI>ICAHVIE ИЗОБРЕТЕНИЯ

S (54)

PEH значении теплоемкости газа Ср щему известному выражению з /2

ТО = Тз + (1 —.г ) гс, и по следуюК ВТОРС КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

832740/25

6.02,90

7.02.93. Бюл. ¹ 5 осковский авиационный институт им, Орджоникидзе .Н.Давыдов, К.С,Зайцев, П, В. Никитин, ророков и И.Фт Семенов

iis ЙЯ, High temperature optical fibre

ometer — J. AppI. Phys, 1983, SU, № 3, 98-1201. озлов О,В, Электрический зонд в ллаз.: Атомиздат, 1969, с. 75. (21) (22) (46) (71)

Сер о (72)

С.M. (56)

ther рр. 111

СТРОЙСТВО ДЛЯ ЗОНДОВЫХ ИЗМЕЙ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ зобретение относится к теплофизике, точн е к технике теплофизических измерений газовых потоках. звестны термозонды для измеренйя тем ратуры газового потока высокой скорост . термозондах известного типа в качестве термочувствительного элемента примен на термопара, помещенной в проточную газо инамическую камеру торможения, где велй ина термо-ЭДС термопары, нагретой газом, есть функция статической термопары газа и дополнительного повышения температуры спая" термопары за счет кинетической энергии иабе гающеге потока газа при М > 1. емпература торможения ТО определяется путем вычислений на основе измеренной величины термо-ЭДС термопары зонда, со! ответствующей температуре Тз, при известной скорости потока газа V, коэффициента восстановления термозонда r и постоянном

I Ц 1793278 А1

РАЗРЕЖЕННЫХ ИОНИЗОВАННЫХ ГАЗОВ ЫХ flOTOKOB ВЫСОКОЙ СКОРОСТИ (57) Изобретение относитстя к теплофизическим измерениям в ибонизованнЫх газовйх потоках. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем одновременного электрического и термооптического зондирования. Укаэанная цель достигается тем, что зонд выполнен в виде электропроводйой сферической микромо- дели абсолютно черного тела. Излучение с зонда передается на фотоэлектрический преобразователь через полый световод, внутри которого продолжен проводник, Соединяю-. щий зонд со средствами измерения, 2 ил. где Т (Тз < ТО; .

Т вЂ” статическая температура газа, К; Тз — температура термозонда, К.

Известно также, что для зондовой диагностики разреженных ионизованных потоков газа применяют электрические зонды, позволяющие по измеренным значениям зондового тока, электронной и ионной компонентам вольтамперных характеристик и известным размерам контактирующей поверхности зонда оценить: Те — электронную (энергетическую) температуру, TI — ионную температуру, а также концентрацию заряженных частиц в ионизованном газовом потоке согласно методике Лэнгмюра.

1 7!}3278

Температуру электронов в электронвольтах или в К определяют на основе полученной эондовой полулогарифмической характеристики согласно уравнения

Те = е 1

«н п4 или Te = — 1/тц а;

d Оз где a — угол наклона прямолинейного участка электронной части зондовой характеристики в полулогарифмическом масштабе; е — заряд электрона; К вЂ” константа Больцмана; I> — ток зонда, А;

0 — потенциал зонда, В, 15

Полученнйе значения тока электронов

1е при потенциале зонда 0З, равном потенциалу ианизованного газа Ue, позволяют определить концентрацию электронов согласно следующему известному выраже- 2О нию, 4 е пе =.

eV eF

25 где F — площадь поверхности контактирующей части зонда.

Таким образом с определенными граничными условиями термоэлектрические зонда для рпределения температуры торма- 3О жения и электрические зонды для определения энергетической температуры электронов и ионов позволяют каждый из них и только в отдельности со смещением по времени получать измерительную информацию и on- 35 ределять температурные параметры диагностируемого газового потока. Измерительная информация при зондировании потока газа такого типа зондами в отдельности ограничена их техническими характеристиками, т,е. 4О информативность зондовых измерений занижена, Эта цель достигается за счет того, что термочувствительный зондовый элемент выполнен в виде сферической электропроводной микромодели черного тела на входном 45 торце лейкосапфиравой волоконной оптики. и фотоэлектрическим приемникам на выходном.

Применение универсального (термо-оптикоэлектрическаго) зонда, который сочета- M ет вазможности термоаптического и электрического зондов, позволяет повысить информативность зондовых измерений температурных параметров разреженных ионизованных газовых потоков высокой 55 скорости путем одновременного измерения . яркастной температуры термочувствительного зондоваго элемента и электронной и ионной компонентам эондовогo тока вольтамперных характеристик.

Используя таким образом в качестве средства температурной диагностики ионизованного газового потока высокой скорости универсальный (термооптикоэлектрический) зонд, температуру торможения Т можно оценить по следующему выражению: 72

+(1 — ") 2<

То

1 — — — In—

Тя Сг лт где То — температура торможения; ҄— яркостная температура микромодели черного

Целью изобретения является повыше ние информативности измерений.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — структурная измерительная схема.

Использование указанной совокупности отличительных признаков в других технических решениях авторами неизвестно.

Следовательно изобретение отвечает критерию "существенного отличия", Микромодель черного тела (термочувствительный зондовый элемент) помещена внутри проточной камеры газодинамического торможения, электроизолированной относительно корпуса зонда, фиг, 1, где 1— камера газодинамическаго торможения, 2 — микромодель черного тела, 3 — волоконнооптический световод, 4 — изолятор, 5 — соединительный электропроводник, В,(Тя) излучение нагретой микромодели черного тела, 0 — биполярное напряжение задаваемое на зонд, le — ток зонда.

На фиг, 2 показана структурная измерительная схема подключения универсального зонда к средствам измерения и регистрации

Тя-яркостнойтемпературы и зондовых вольтамперных характеристик, где 1 — универсальный зонд, 2 — штепсельный разьем с фотоэлектрическим приемником, 3 — электроннолучевой осциллограф запоминающий, 4 — согласующее устройство, 5 — АЦП, 6— двухкоординатный графопостроитель.

Для одновременного измерения яркостной температуры микромодели черного тела зонда и зондового тока вольтамперных характеристик на электропроводную модель подаются биполярные электрические потенциалы относительно камеры торможения. По измеренному уровню яркостной температуры микромодели черного тела, при е = 0,96, вычисляют температуру торможения, а по величине зондового тока энергию и концентрацию заряженных частиц в ианизованном газе, протекающем через камеру торможения.

17М2 78

Формула изобретения

4 Т )

Ж, (, 1

Составитель Н.Давыдов

Техред М, Моргентал

Корректор Л.Лукач

° Ф

Редактор.I

Заказ 497 Тираж Подписное

9 НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. ужгород, ул.Гагарина, 101

1!

5 те а; (1=0,65-0.01 мк), С2 =-1,44 . 10 мк; Лт = 096;

r —; v— ск )рость газа, I

Ср — теплоемкость газа; Т = T>.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства для эондовых иэме ений температурных и других параметров ионизованного газового потока

Устройство для зондовых измерений температурных параметров разреженных ионизованных газовых потоков высокой ск рости, содержащее корпус и зонд, рас. по оженный в корпусе и электроизолирова ный от него, при этом зонд и корпус вы олнейы из электропроводного материала Jt соединены со схемой питания и регистра ии, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с це ью расширения функциональных возвысокой скорости заключается в том, что при использовании универсального зонда повышается информативность измерений за счет одновременного измерения яркост5 ной температуры M зондового тока, а на основе этих данных путем расчетов получения нескольких параметров: То — температура торможения, К; Те — температура электронов; К; Т вЂ” температура ионов и концентра10 ции заряженных частиц и, см .

15 можностей путем одновременного электри— ческого и термооптического зондирования, в корпусе дополнительно размещены полый световод и фотоэлектрический приемник, при этом зонд выполнен в виде сферической

20 микромодели абсолютно черного тела и оптически сопряжен с входным торцем световода, выходной торец световода оптически сопряжен с фотоэлектрическим приемником, соединенным со сходной питания и ре25 гистрации, а проводник зонда проложен внутри nonîlî световода.