Лекция № 5 Т ема 2. Приборы и системы контроля работы авиадвигателей

Лекция № 5 Тема 2. Приборы и системы

контроля работы авиадвигателей Авиационные термометры 2.10. Проволочные термосопротивления 2.11. Термометры сопротивления типа ТУЭ и ТНВ 2.12. Приемники температуры: П-1, П-5, П-69, П-104 2.13. Термоэлектрические термометры типа ТЦТ, ТВГ, ТСТ и компенсационного типа 2.14. Погрешности термометров сопротивления и термоэлектрических термометров и способы их компенсации 2.15. Комбинированные приборы контроля работы авиадвигателей типа ЭМИ

(до 15000 С), температуры в камерах сгорания реактивных двигателей (до

30000 С), температуры масла и охлаждающей жидкости (до 1500 С), температуры наружного воздуха и кабины самолета (+600 С)

По принципу действия ЧЭ термометры подразделяют на:
- термометры расширения, основанные на тепловом расширении жидкостей твердых тел (жидкостные, биметаллические);
- электрические термометры сопротивления;
- термоэлектрические термометры.

В авиации широкое применение получили термометры сопротивления, используемые для измерения температуры в сравнительно небольшом диапазоне (например, масла, наружного воздуха), и термоэлектрические термометры, применяемые для измерения температуры газов газотурбинных реактивных двигателей, а также температуры турбостартеров и головок цилиндров поршневых двигателей.

25

сопротивления ЧЭ - металлических или полупроводниковых термосопротивлений.
R = R0 [1

+ α(T-T0)],

Для измерения сопротивления R в авиационных термометрах обычно используются мостовые схемы (неравновесные) с логометрическими указателями.

температурный коэффициент сопротивления; T0 - начальное значение температуры (обычно 200 С)

Для проводников

Для полупроводниковых термосопротивлений (термисторов)

- температурный коэффициент термистора (отрицательный, уменьшается по абсолютной величине с ростом температуры. Постоянная B зависит от материала полупроводника

- нелинейная зависимость

- линейная зависимость

24

измерения температуры масла, а также наружного воздуха.
В комплект входят

приемник температуры типа П -1 и указатель.

Логометрический указатель подобен используемым в манометрах ЭДМУ и ДИМ. Катушки логометра включены в две измерительные диагонали мостовой схемы. Такая схема обладает повышенной чувствительностью, так как при изменениях температуры ток в одной из катушек растет, а в другой – уменьшается

23

в трубопроводах индивидуальной вентиляции, салона и кабины экипажа. Шкала термометра

отградуирована от —70° до + 150° С с оцифровкой через 50°, ценой деления 10°. Комплект термометра состоит из
трех приемников температуры П 1.

22

термометрах типа ТНВ термочувствительный элемент 1 (обмотка из никелевой проволоки,

намотанная на медный цилиндр) располагается вдоль набегающего потока. Корпус 2 датчика представляет собой сопло Лаваля. С помощью полого откоса 3 корпус 2 соединен с основанием 4. Внутри откоса расположен резистор 5 из манганина, уменьшающий влияние примесей в материале элемента 1. В узком сечении сопла при М > 0,5 устанавливается скорость воздушного потока, равная местной скорости звука в воздушной среде.

Зная температуру чувствительного элемента Тчэ, можно определить температуру наружного воздуха. Стабилизация скорости воздушного потока в сопле Лаваля позволяет уменьшить влияние скорости потока на результат измерений.

21

среды. Это объясняется торможением потока у термодатчика и переходом кинетической

энергии в тепловую.

Термометр наружного воздуха ТНВ-15 с указателем ТВН - 1, используемый в авиации, имеет диапазон шкалы - 60... + 60 °С. Основная погрешность измерения температуры на рабочем участке шкалы лежит в пределах ± 4 °С.

20

на обшивке фюзеляжа самолета в носовой части с правой стороны,

указателя ТНВ-1, установленного на левой амортизированной панели приборной доски самолета Як-40. Шкала прибора отградуирована от —60° до +150° С с оцифровкой через 50°, ценой деления 10°.

19

элементом служит никелевая проволока 8, намотанная на каркас 9 (пластину

из слюды). Изоляция проволоки внешней стороны осуществляется тонкими слюдяными прокладками 2. Для улучшения теплообмена чувствительного элемента с окружающей средой служат серебряные пластины 10. Используется с термометром ТУЭ - 48

5
Используется с термометром ТНВ – 15. Служит для дистанционного измерения

температуры торможения наружного воздуха при скоростях полета до 1800 км/ч.

69
Приёмник температуры П-69-2М состоит из корпуса 1, внутри корпуса находятся

два чувствительных элемента (изоляционная пластинка 2, на которую бифилярно намотана платиновая микропроволока 3 (так мотают проволочные резисторы, что бы паразитная индуктивность была минимально возможной).

Все детали приёмника крепятся к стойке 7 и втулке 6, выполненные из жаропрочной хромоникелевой стали. Для защиты от солнечной радиации поверхность датчика полируется. Выходные концы 8 сопротивления через колодку 5 и трубку 4 соединены со штепсельным разъёмом 9.

Входит состав ИК-ВСП-10 и СВС-72 для определения истинной скорости.

104
Датчик П-104 предназначен для измерения температуры торможения потока воздуха и

выдачи электрических сигналов, пропорциональных температуре заторможенного потока воздуха, в СВС и системы регулирования двигателей.

Входит состав ИК-ВСП-10 для определения истинной скорости.

термоэлектрического термометра основан на использовании термоэлектрического эффекта, заключающегося в возникновении

термоэлектродвижущей силы (термоЭДС) в спае двух проводников из двух разнородных токопроводящих материалов при наличии разности температур места соединения проводников и их свободных концов. Такая цепь, составленная из двух разнородных металлов, называется термопарой. Проводники, из которых состоит термопара, называются термоэлектродами. Одну точку соединения термоэлектродов называют рабочим концом (горячим спаем), а другую - свободным концом (холодным спаем).

14

термопары.
Атомы металлов составляют пространственную решетку, внутри которой свободные электроны, участвующие

в тепловом движении, образуют электронный газ. Плотность электронного газа для разных металлов неодинакова. Из-за этого на границе соприкосновения двух разнородных металлов возникает стремление к выравниванию плотности электронного газа. Часть электронов переходит из одного металла в другой. При этом один металл заряжается положительно, другой отрицательно.
Возникает контактная разность потенциалов, которая уравновешивает разность давления электронного газа. Контактная разность потенциалов не зависит от формы и геометрических размеров термоэлектродов и определяется разностью температур горячего и холодного спаев и свойствами металлических проводников термопары.

е = f(tгс) - (tхс)

13

ЭДС, развиваемую термопарой, можно определить температуру горячего спая. Это измерение

может быть выполнено с помощью гальванометра или компенсационным методом.

К термоэлектрическим термометрам, измеряющим термоЭДС прямым методом (с помощью гальванометра), относятся термометры типа ТВГ, ИТГ, ТСТ, ТЦТ. Электрические схемы их одинаковы, отличия заключаются только в способах соединения термопар.

Каждая термопара, состоящая из двух термоэлектродов, характеризуется зависимостью изменения термоЭДС от температуры, называемой градуировкой. Наиболее широкое применение в авиационных термометрах получили термопары: хромель-копелевая (хромель - сплав из 89% Ni, 9,8% Cr, 1% Fe, 0,2% Mn; копель - сплав из45% Ni, 55% Cu); хромель-алюмелевая (алюмель - сплав из 94% Ni,0,5% Fe, 2% Al, 2,5% Mn и 1% Si), железо-копелевая, медькопелевая, медьконстантановая и др. В обозначениях градуировок первым указывается положительный термоэлектрон, вторым “ отрицательный.

12

типа ТВГ и ТСТ применяются для измерения температуры движущихся газов,

типа ТЦТ – для измерения температуры твердых тел, типа ИТ- для измерения температуры движущихся газов с компенсационными схемами измерения.

Термометр ТВГ-11Т

Используется для измерения температуры выходящих газов ГТД.

В комплект термометра входят указатель и блок последовательно соединенных термопар Т-1 типа НК-СА, располагаемых симметрично входного сечения реактивного сопла. В результате измеряется средняя температура газов. Диапазон шкалы прибора от 300 до 9000 С.

11

калиброванное отверстие 1 обеспечивает течение газа внутри кожуха, улучшая теплопередачу

от поверхности входного окна 2 к горячему спаю. В результате существенно уменьшаются динамические погрешности термометра.

Погрешности ТВГ-11 в рабочем диапазоне шкалы не выше +15 С.

10

термометра входят измеритель ТЦТ-1 (прибор магнитно-электрической системы) и термопара Т-3.

Горячий спай термоэлектрического преобразователя Т-3 градуировки ХК прикрепляется к медному кольцу, которое устанавливается под зажигательную свечу поршневого авиадвигателя.
Измеритель ТЦТ-1 установлен на центральной панели приборной доски и служит для визуального контроля температуры головок цилиндров. Между собой измеритель и термопара соединяются двумя проводами. При нагреве термопары Т-3 по электрической проводке ток поступает на измеритель ТЦТ-1. Шкала указателя имеет градуировку - от -50 до +350° С, цена деления 10° С.
В процессе эксплуатации необходимо следить, чтобы не было оголения проводов термопары и их соприкосновения с металлическими деталями самолета.
Термоэлектрический термометр ТСТ. Предназначен для измерения температуры выходящих газов турбостартеров
Электрические схемы термометров ТЦТ, ТВГ, ИТГ, ТСТ одинаковы, отличия заключаются только в способах соединения термопар.

9

газов двигателей АИ-25. Комплект термометра ТСТ-299 состоит из четырех сдвоенных

термопар Т-99, установленных по окружности реактивного сопла и указателя ТСТ-2, установленного на средней амортизированной панели приборной доски самолета Як-40.

Термометр ТВ-45К

Термометр ТСТ - 299

8

точность, кроме того, они обеспечивают электрическую сигнализацию о превышении предельно

допустимой температуры.

Разность термоЭДС, снимаемая с термопар Т, и напряжение компенсации, снимаемое с мостовой схемы (резисторы R1 — R9), поступает на усилитель У и двухфазный индукционный реверсивный двигатель М. Последний через редукторы Р1 и Р2 перемещает стрелки указателя и изменяет сопротивление R6 до тех пор, пока напряжение мостовой схемы не скомпенсирует термоЭДС с термопар Т.

Общие суммарные погрешности прибора ±10° С при диапазоне измерений 300... 1000 °С.

7

измерения температуры газов двигателей. Аппаратура работает в комплекте с термопарами

Т-102 соединенными параллельно. Шкалы грубого отсчета имеют предел измерения от 0 до 1200°С с ценой деления 100°С. Шкалы точного отсчета имеют предел измерения от 0 до 100°С с ценой деления 5°С.

6

компенсации
Методическая погрешность. Температура ЧЭ в установившемся режиме превышает измеряемую

из-за нагрева термосопротивления протекающим током. Подбором параметров измерительной схемы ее снижают до допустимого уровня.
Инструментальная погрешность. Складывается из погрешностей приемника и указателя. Температурная инструментальная погрешность указателя обусловлена зависимостью сопротивлений катушек логометра от температуры в корпусе указателя. Для ее компенсации используются медные резисторы R3, R4 и R7.
Статическая погрешность. Связана в основном с неточностью изготовления его ЧЭ.
Динамическая погрешность. Обусловлена запаздыванием передачи (отвода) тепла в приемнике между теплочувствительным элементом и окружающей средой. Их уменьшение практически может достигаться в основном увеличением коэффициента теплопередачи ЧЭ (в термометрах ТУЭ-48 для этого служат серебряные пластины).

Остальные инструментальные погрешности указателя аналогичны характерным для указателей манометров. В целом статические погрешности (приведенные) ТУЭ-48 не превышают 1,5%.

5

Погрешности термометров сопротивления

схемы и указателя.
В основном погрешности датчика аналогичны погрешностям датчика

термометра сопротивления. Погрешности возникают из-за потерь от теплоизлучения и теплопроводности, из-за торможения газового потока, инерционности. Нагрев термопары протекающим током влияет незначительно на результат измерения. Дополнительные погрешности имеют место из-за паразитных термоЭДС, зависящих от температуры в местах соединения проводников.

Погрешности электроизмерительной схемы вызываются изменением сопротивления электрической цепи, в частности сопротивления рамок указателя при изменении температуры окружающей среды. Для уменьшения этих погрешностей в схеме предусмотрены термочувствительные резисторы.
В термометрах типа ТЦТ подобную роль играет биметаллический корректор, закручивающий или раскручивающий противодействующие пружины указателя.
Погрешности указателя имеют место также из-за действия вредных сил трения в опорах, небаланса подвижной системы, изменения жесткости пружины и магнитной индукции в зазоре при изменении температуры.

4

УПТ-1М. Для проверки аппаратуры ИА используется также контрольный прибор КП-5,

а для термометров ТЦ - аппаратура УК-83.
При проверке указателей термо ЭДС заменяется напряжениями, снимаемыми с контрольного потенциометра, и сравниваются показания проверяемого и эталонного указателей. Для проверки указателей термометров сопротивления изменения сопротивления имитируют с помощью магазина сопротивлений. Проверка датчиков термометров сопротивления с никелевым чувствительным элементом осуществляется путем сравнения R с сопротивлениями эталонных резисторов для двух значений температуры (00 С и 1000 С).

3

отображения информации, необходимой для оценки соответствия параметров текущего режима полета

заданным, в авиации наряду с раздельными приборами используются комбинированные указатели. Они представляют собой приборы, объединяющие в едином корпусе указателя несколько малогабаритных вторичных измерителей со своими стрелками (индексами, опорными линиями).
При построении комбинированных приборов возможно объединение в едином корпусе двух вторичных измерителей однородных параметров, а также трех и более вторичных измерителей разнородных параметров одной системы. Примером первого способа комбинирования может служить манометр 2ДИМ-240К, предназначенный для измерения давления гидросмеси в основной и аварийной гидросистемах самолета Як-40. В комплект входят два датчика (ИД-240), установленные в гидроотсеке, и сдвоенный указатель (УИ-240К), установленный на приборной доске( рис., а)

Другим представителем этой группы приборов является двухстрелочный тахометр ИТЭ-2Т, измеряющий частоту вращения компрессоров высокого и низкого давления двигателя самолета
Ту-154.

способ комбинирования реализован в трехстрелочных моторных индикаторах типа ЭМИ-ЗР, широко

применяемых на современных самолетах. Например, на самолетах Ту-154, Ил-62 используется индикатор ЭМИ-ЗРТИС (рис., б) для дистанционного измерения давления топлива перед форсунками, давления и температуры масла на входе двигателя. Данный индикатор состоит из трех независимых измерителей: двух манометров типа ДИМ и термометра типа ТУЭ.
В комплект ЭМИ-ЗРТИС входят: индуктивный датчик (ИДТ-100С) давления топлива, индуктивный датчик (ИДТ-8С) давления масла и датчик (П-63) температуры масла, трехстрелочный указатель (УИЗ-3). Указатель УИЗ-3 выполнен в виде трех магнитоэлектрических логометрических измерителей, расположенных в одном корпусе.

Допустимые погрешности измерений:
по давлению - не более ±1,5 % максимального значения шкалы; по температуре масла - не более ± 4 °С.