Измерение температуры с помощью термопар. Специфичность среды не позволяет применять в экспериментах, проводимых при высоких температурах (2500—3000 К), термопары обычного типа, за исключением измерения температуры стенок. Однако в случае
исследований, проводимых на слабоионизованных рабочих |
телах |
в приложенном электрическом поле, при температурах |
ниже |
2400 К для замера температуры потоков могут использоваться сле дующие термопары: платнно-роднй — платнно-родий (PtR6— PtR30) до 2000 К, вольфрамо-рениевая (W—Re) до температуры
-Д-ЛЛЛ АЛЛ.
'r - J
Рис. 215. Полная схема зондовых измерении и питания вра щающегося зонда:
|
|
1 — газ (плазма); 2 — з о н д ; |
3 — о с ц и л л о г р а ф ; 4 — деталь; |
2300 |
К, |
вольфрамо-молибденовая |
(W—Mo) или (W—МоАІ) до |
2300 |
К, вольфрамо-иридиевая |
и |
иридий-родий-иридиевая (40% |
иридия) |
до 2400 К и др. |
|
|
Следует отметить, что перечисленные термопары дают неболь шую погрешность ( ± 10°) и хорошо работают при кратковременных замерах в жидких металлах, вакууме и инертных газах. Возможно также их применение в агрессивных средах, но при очень малом времени замера. В этих случаях для определения температуры в различных точках канала при исследовании профиля темпера туры используют динамическую термопару (рис. 216).
Принцип действия динамической термопары состоит в следую щем: зонд термопары электродинамически (при включении электро магнита) вводится в исследуемую область плазмы, где его горячий спай, выполненный в виде шарика диаметром около 2 мм, нагре вается до температуры на 200° С ниже температуры плавления.
В качестве динамических термопар используются термопары платина—платина-родий. Кривая нагрева термопары регистри руется на малоинерционном самописце или осциллографе.
Температуру движущейся |
плазмы Тр |
находят по кривой нагрева |
термопары |
|
|
|
гг\ |
|
б/Т* |
|
где т — тепловая инерция |
горячего спая; |
t — время. |
Откладывая по оси абсцисс dT/dt |
для |
данной температуры Т |
получаем, при т = const, прямую, продолжение которой пересе кает ось ординат в точке, соответствующей искомой температуре Т
Вода Вода
Рис. 216. Схема |
динамической |
термопары: |
/ — соленоиды; |
2 — термопара; |
3 — канал |
Измерение проводимости
Проводимость можно измерять различными способами. Доста точно эффективен безэлектродный радиочастотный метод, при ко тором цилиндрический соленоид, вмонтированный в непроводящую трубку, помещается в поток.
Соленоид используется вместе с генератором высокой частоты и прибором для измерения диссипации этих колебаний в плазме. Исследование проводят только локально. Поверхность датчика выполнена из изолятора, устраняющего влияние токов Холла и заряженных слоев. Высокочастотное магнитное поле соленоида взаимодействует с проводящей средой, влияет на индуктивное сопротивление соленоида и порождает токи, приводящие к дисси пации энергии и препятствующие проникновению магнитного поля в среду. Это сопровождается изменением сопротивления и индуктивности обмотки, причем полное сопротивление является функцией магнитного числа Рейнольдса Rem .
Изменение сопротивления катушки в функции проводимости и частоты находят при помощи указателя резонанса, соединенного с катушкой. Индуцируемые в плазме токи высокой частоты диссипируют часть мощности, изменяя сопротивление резонансной цепи и сеточный ток.
В принципиальной схеме такого датчика |
обмотка намотана |
на стержень, помещенный внутри трубки из |
непроводящего ма |
териала. |
|
К другим методам измерения проводимости можно отнести ме тод замера по вольт-амперной характеристике, а также электрод ный метод. Охлаждаемые водой электроды (рис. 217) изготовлены нз медной трубки и введены перпендикулярно потоку сгорающего топлива.
о.
Воздух 1
2 \
I п
Рис. 217. Схема эксперимен |
тальной установки |
для изме |
рения |
электропроводности |
ионизированного |
потока:\ |
/ — э л е к т р и ч е с к а я схема и з м е |
р е н и я ; |
/ / — система |
о х л а ж д е |
ния; / — к а м е р а с м е ш е н и я ; 2 — |
свечи; |
3—электроды; |
4—канал |
Эффективную проводимость на участке определяют по току |
в цепи электродов при постоянном напряжении. Что касается изме рения электрических величин, получаемых в процессе генериро вания энергии, то для их измерения применяют обычные электри ческие приборы, а при экспериментальных исследованиях непре
рывную запись |
этих величин осуществляют осциллографами или |
самопишущими |
приборами. |
§ 47. ОШИБКИ |
ПРИ ИЗМЕРЕНИЯХ |
И ТОЧНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ |
При проведении любых измерений всегда возникают ошибки, которые можно разделить на ошибки, происходящие из-за несо вершенства инструментов и приборов, применяемых при измере нии, и ошибки, возникающие вследствие неправильной установки измерительных приборов и аппаратуры (перекосы и т. п.). Могут быть ошибки в результате неправильного метода измерений; ошибки теоретические, возникающие в результате применения неточных формул при обработке экспериментальных данных; ошибки, зави сящие от наблюдателя, от его органов чувств, нервной системы и т . п.; ошибки, которые появляются под влиянием внешней среды: влажности, барометрического давления, температуры среды, где производится испытание, и т. п.
Все эти ошибки принято сводить к трем группам — ошибкам систематическим, случайным и грубым. К систематическим отно сят ошибки, появляющиеся в результате влияния внешней среды, из-за неточности инструментов, возникающие в результате непра вильных методов исследования и обработки экспериментальных данных, и ошибки личные. Все они могут быть учтены путем внесе ния различных поправок, созданием автоматических измеритель ных систем, подбором опытных экспериментаторов.
Случайные ошибки в каждом конкретном случае появляются по различным причинам, которые не могут быть заранее преду смотрены.
Грубые ошибки — чрезвычайно большие погрешности при из мерениях, по величине значительно отличающиеся от тех, которые можно было ожидать. Происходят они в результате невниматель ности наблюдателя и неисправности в системах. Для их обнаруже ния необходимо проводить контрольные измерения. При обработке экспериментальных данных измерения с такими ошибками не учи тываются.
Для оценки случайных ошибок в газодинамических исследова ниях широко применяется метод наименьших квадратов, создан ный на основе уравнения Гаусса для обработки астрономических наблюдений.
Вероятностные ошибки прямых измерений
Если в результате нескольких измерений некоторой величины а были получены результаты ее измерения
ах; а2'і аз> • • •'> ап<
то разность между результатами измерений и действительной вели чиной А дает нам ошибку в каждом измерении:
Значения ошибок будут отличаться одна от другой величиной и знаком. Вероятность получения ошибки со знаком плюс такая же, как и со знаком минус.
Имея величины ошибок в каждом измерении, можно вычислить среднюю квадратичную ошибку выполненного числа измерении:
где |
п — число измерений. |
А, |
Однако в процессе эксперимента нам неизвестно значение |
поэтому средняя квадратичная ошибка найдена быть не может. |
В результате эксперимента необходимо найти наиболее вероятное значение величины а. Если произведено п измерений одной и той же величины при одних и тех же условиях, то вероятным значе нием этой величины будет среднее арифметическое из п измерений:
2>
где 5J аі — сумма величин, полученных при измерении; я —
i
число измерений.
Величина D не является точным значением измеряемой вели чины и также обладает ошибкой. Теория вероятности дает для вы числения средней квадратичной ошибки среднего арифметического следующее выражение:
|
|
|
|
|
л[ |
|
^ |
|
|
|
|
В |
= |
± |
У |
7Г(Ьт)> |
|
|
где о,- |
= D — aL — погрешность |
измеряемой |
величины |
относи |
тельно |
среднего |
арифметического; |
В = А — D —• погрешность |
среднего арифметического. |
|
|
|
|
|
Для получения надежного значения величины В надо произ |
вести |
10—12 измерений |
(при |
большем числе |
измерений |
величина |
В практически не изменяется). |
|
|
|
|
Большой практический интерес представляет средняя квадра |
тичная |
ошибка отдельного |
измерения |
|
|
|
n |
|
|
°=±у |
— • |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где S |
А?—сумма |
квадратов |
отклонений каждого измерения от |
i |
|
|
|
измеряемой |
величины. |
|
действительного значения |
|
Однако нам неизвестно действительное значение измеряемой величины, поэтому принято выражать ошибку отдельного измере ния как среднюю квадратичную ошибку среднего арифметического, т. е.
">=±Г ог^ту-
Теория вероятности дает нам закон нормального распределения отдельных случайных ошибок в зависимости от их величины. Этот