Измерение динамического напора

Динамический напор представляет собой разность между полным и статическим давлениями:  и может быть измерен с помощью дифференциального манометра, к которому подключены трубки отбора полного и статического давлений.

Широкое распространение получила двойная напорная трубка, так называемая «трубка Прандтля», в которой устройства для отбора статического и полного давлений объединены в одном корпусе. Эта трубка позволяет непосредственно измерить динамическое давление в любой точке поперечного сечения потока и при этом на получаемые значения не оказывает какого-либо сильного влияния угол скоса, который трубка образует с направлением потока. Размеры такого комбинированного насадка определяются по нормалям (стандартам) и зависят от его диаметра.

 

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ

 

Давления газов или жидкостей измеряют с помощью манометров. При испытаниях ГТД наибольшее распространение получили жидкостные, механические и электрические манометры, а также преобразователи давления – тензорезистивные дифференциальные датчики, датчики избыточного давления, датчики разрежения (Сапфир, Метран, Honeywell, Kulite, Druck и др.). Принципиальное их отличие состоит в способах уравновешивания давления и регистрации его величины. В жидкостных манометрах измеряемое давление уравновешивается столбом жидкости, залитой в манометр, в механических и электрических – грузом или силой упругости дефомируемого элемента. В электрических манометрах (преобразователях давления) деформация упругого элемента преобразуется в электрический сигнал, что уменьшает инерционность прибора и позволяет передать сигнал на необходимые расстояния.

Жидкостные манометры.

Простейший жидкостный манометр (пьезометр) представляет собой U-образную трубку, в которой измеряемая разность давлений () уравновешивается давлением столба жидкости, заполняющей эту трубку:   

,

где  – плотность жидкости залитой в пьезометр;

– высота столба жидкости (разница в уровнях жидкости в

коленах трубки измеряемых относительно нулевого равновесного уровня).

При измерении абсолютного давления в какой-либо точке один конец жидкостного манометра сообщен с атмосферой. Тогда измеряемое давление уравновешивается столбом жидкости и атмосферным давлением:

 .

Жидкостные манометры нашли применение в качестве средства для измерения давлений, незначительно отличающихся от атмосферного. Диапазон применения пьезометров обычно находится в пределах (0,03…0,3 атм) и в каждом конкретном случае зависит от плотности используемой жидкости. В жидкостных манометрах чаще всего используются такие жидкости как: вода (  = 1,0), спирт метиловый (  = 0,792), ртуть (  = 13,54).

Недостатком U- образных манометров является необходимость фиксирования величин уровней в двух трубках, Однотрубчатый манометр лишен этого недостатка. Резервуар такого манометра должен иметь по сравнению с трубкой значительно больший диаметр для того, чтобы изменение уровня жидкости в нем было пренебрежимо мало.

В испытаниях ГТД из всех жидкостных манометров практическое применение нашел и так называемый батарейный манометр, который состоит из нескольких трубчатых манометров и позволяет определять поля давлений (например на входе в двигатель).

Точки, в которых измеряется давление, соединены с трубками, а общий резервуар соединен с атмосферой. Показания батарейного манометра могут фотографироваться. Для регистрации показаний может быть использован фотоэлектрический преобразователь, который с помощью специальной каретки перемещается вдоль пьезометрических трубок и фиксирует положение уровней жидкости поочередно во всех трубках. Результаты измерения в этом случае передаются сразу на вход вычислительной машины, исключая длинный и трудоемкий процесс расшифровки и обработки результатов, зафиксированных на фото или видео пленке.

Точность измерений давлений жидкостными манометрами достигает 0,1% от максимальной измеряемой величины.

Механические манометры

Механические манометры обычно используются для измерения высоких давлений. Весьма распространено применение манометра с трубчатой пружиной (трубкой Бурдона). В такой конструкции давление через штуцер манометра подается в трубку, которая под действием этого давления стремится распрямиться и через рычажный механизм возникающее при распрямлении перемещение передается на указывающую стрелку.

Сравнительно часто применяются мембранные и сильфонные механи-ческие манометры, чувствительными элементами в которых являются металлическая гофрированная мембрана или сильфон. В таких манометрах измеряемое давление подается в герметичный объем, закрытый мембраной. Под давлением мембрана прогибается, а сильфон растягивается и через передающее устройство поворачивают стрелку прибора.

Общим недостатком рассмотренных выше типов манометров является зависимость характеристик упругих элементов от температуры, а также существенная инерция при измерении. Достоинствами рассматриваемых типов приборов являются простота конструкции и малая чувствительность к вибрациям.

Выбор класса точности механического манометра с упругим чувствительным элементом определяется областью применения прибора. Рабочие манометры выпускаются пяти классов точности: 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4,0. Образцовые манометры имеют два класса точности: 0,2 и 0,4. Образцовые манометры используются для тарировки рабочих манометров.

 

Электрические манометры(датчики)

Основным недостатком механических манометров и жидкостных пьезометров является невозможность использования их для регистрации быстропротекающих процессов по причине значительной инерции чувствительных элементов. У электрических манометров указанный недостаток отсутствует. Манометры обладают малыми габаритами и малой инерцией. Существует достаточно большое количество конструкций электрических манометров. В настоящее время наибольшее распространение получили электрические манометры с индуктивными датчиками давления. Принцип действия этих манометров основан на том, что индуктивные датчики преобразовывают механическую величину – давление в электрическую величину – сопротивление. Конструктивно датчик выполнен в виде мембранной коробки с двумя электрическими катушками, расположенными по разные стороны относительно металлической мембраны. Таким образом, индуктивное сопротивление катушек зависит от положения мембраны, которое задается разностью измеряемых давлений р₁ и р₂. Электрические катушки в цепи являются плечами электрического мостика Уитсона. В зависимости от сопротивления катушек меняются электрические потенциалы в точках разветвления электрической цепи к катушкам, что соответствует разности измеряемых давлений.

В настоящее время промышленность выпускает индуктивные датчики трех типов: ДМИ-1; ДМИ-2, ДМИ-3. Измеряемые перепады давлений до 10 атм. Основная погрешность не превышает +3% от диапазона измерения. Датчики работоспособны при температурах –60…+100˚С, вибрациях 10…600 Гц и перегрузках до 20g с амплитудой не менее 1 мм. Срок службы около 30 часов.

 

ИЗМЕРЕНИЕ ТЕМПЕРАТУР

 

Измерение температуры – один из самых важных и в то же время сложных и трудоемких видов измерения. По температуре рабочего тела в различных сечениях газовоздушного тракта определяют термодинамическую эффективность узлов и двигателя в целом.

Условия измерения температуры при испытаниях ГТД весьма разнообразны. Удовлетворить всем требованиям измерения при столь различных условиях конструкцией только одного прибора практически невозможно. Поэтому на практике применяются достаточно многочисленные методы измерения температуры и соответствующие им измерительные приборы.