Методика определения погрешности измерения температуры с помощью термопар в элементах конструкций из неметаллических функционально неразрушаемых материалов

• Автор: Боровкова, Татьяна Владимровна
• Шифр специальности: 05.07.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 181 с. : ил.

Глава 1. Состояние проблемы определения методических погрешностей при измерении температуры термопарами и постановка задачи исследования
1.1. Методические погрешности измерения температуры элемента конструкции или образца материала, непрозрачного для излучения
1.2. Методические погрешности измерения температуры частично прозрачных образцов материала

1.3. Погрешности измерения температуры потока горячего газа

1.4. Постановка задачи исследования

Выводы по главе

Глава 2. Теория расчета методических погрешностей

с использованием термопар

2.1. Физическая и математическая модели расчета методической погрешности измерения температуры

2.2. Алгоритм расчета погрешности и выбор контрольных точек

2.3. Оценка принимаемых допущений

2.4. Упрощенная математическая модель расчета
2.5. Исследование точности расчета погрешности
Выводы по главе
Глава 3. Погрешности измерения температуры термопарами, устанавливаемыми внутрь элемента конструкции различными
способами
3.1 Влияние тепло физических свойств материалов, плотности теплового потока и неточности расположения термопарного датчика на величину искажения температурного поля при установке термопары в паз

3.2 Влияние на погрешность измерения температуры анизотропии свойств материала
3.2.1. Конечно-элементная модель
3.2.2. Методика проведения расчетов
3.2.3. Результаты расчетов
3.3 Методические погрешности измерения температуры, возникающие при использовании «пробок» для установки
термопары в материал
Выводы и рекомендации по главе
Глава 4. Методика определения погрешности измерения температур поверхности элементов конструкций в реальном времени испытания и экспериментальная проверка полученных в работе результатов
4.1. Уточнение граничных условий при моделировании испытаний системы «элемент конструкции - термопара»
в условиях конвективного и радиационного нагрева
4.2. Расчет методической погрешности измерения температуры
в режиме реального времени при проведении эксперимента
4.3. Сравнение результатов расчетного и экспериментального исследований погрешности измерения температуры при испытаниях на стендах с инфракрасным нагревом
4.3.1. Исследование погрешностей определения температуры элемента конструкции из стеклопластика при помещении термопары в паз и под накладкой
4.3.2. Исследование погрешности определения
температурного поля в керамическом материале
Выводы и рекомендации по главе
Основные результаты работы и выводы
Список литературы

Актуальность работы обусловлена необходимостью повышения точности термопарных измерений температуры при проведении тепловых испытаний элементов конструкций летательных аппаратов (ЛА), Проблема достоверности результатов, получаемых при проведении испытаний, является центральной в процессе подготовки эксперимента и тесно связана с методикой проведения измерений. Термопарные датчики широко применяются для определения температур нагреваемых поверхностей элементов конструкций ЛА и образцов материалов. При этом в условиях проведения серийных промышленных испытаний способ установки термопар в конструкцию является компромиссом между удобством, надежностью проведения эксперимента и стремлением снизить методические погрешности измерения температуры. Достаточно часто, например, при проведении ресурсных испытаний, отсутствует возможность заделать термопару в> материал на этапе изготовления элемента конструкции. В этом случае может применяться установка термопары непосредственно на нагреваемую поверхность конструкции или в паз, прорезанный в материале. Однако технология таких способов установки датчиков предусматривает наличие дополнительных слоев материалов: в пазу термопара находится под слоем шпаклевки, а слой лакокрасочного покрытия выравнивает оптические свойства области размещения датчика и остальной нагреваемой поверхности. Как правило, на практике, показания термопарного датчика, установленного в конструкцию одним из этих способов, служат для определения температуры нагреваемой поверхности без дополнительного пересчета для учета методической погрешности измерения.
При создании методики определения температуры поверхности по показаниям заглубленного датчика актуальной задачей является также количественная оценка влияния конструктивно - технологических особенностей его установки в элементы конструкций (установка «в паз»,

- длина стороны сечения (а) рассчитывалась из соотношения равенства площади наружной поверхности модели термопары и эталонных
термоэлектродов по формуле а = .
а) Модель термопары в форме
- цилиндрического стержня со
сферическим спаем
б) Модель термопары в форме
стержня с квадратным сечением
в) Модель термопары в форме
цилиндрического стержня без спая
Рис. 2.11. Упрощенные модели термопар
При этом длина плеча термоэлектродов эталонной термопары, модели стержня с квадратным и круглым сечением одинакова.
Нагрев поверхности образца с установленной в нем термопарой осуществляется радиационным потоком плотность которого постоянна по поверхности и равна цпад = 50 кВт/м2 - первый вариант расчета и Япад = 250 кВт/м2 - второй вариант расчета. Поверхность охлаждается за счет собственного излучения с поверхности и конвекции, остальные (не нагреваемые) поверхности теплоизолированы.