[go: up one dir, main page]

RU2133028C1 - Gear measuring temperature of flame in zone of combustion of fuel sample - Google Patents

Gear measuring temperature of flame in zone of combustion of fuel sample Download PDF

Info

Publication number
RU2133028C1
RU2133028C1 RU98102476A RU98102476A RU2133028C1 RU 2133028 C1 RU2133028 C1 RU 2133028C1 RU 98102476 A RU98102476 A RU 98102476A RU 98102476 A RU98102476 A RU 98102476A RU 2133028 C1 RU2133028 C1 RU 2133028C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuel sample
combustion
sample
fuel
zone
Prior art date
Application number
RU98102476A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Б.С. Игнатьев
М.Б. Игнатьев
А.Г. Шумихин
Original Assignee
Пермский государственный технический университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Пермский государственный технический университет filed Critical Пермский государственный технический университет
Priority to RU98102476A priority Critical patent/RU2133028C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2133028C1 publication Critical patent/RU2133028C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: equipment testing combustible materials. SUBSTANCE: invention refers to gears measuring temperature Tcoms of gas in zone of combustion of fuel sample burning in parallel layers, for instance, of polymer composite material. Gear has combustion chamber that houses fuel sample and light conductor which input ends borders on front end face of fuel sample, radiation pyrometer abutting on output end of light conductor and register. Combustion chamber is gas-tight and fuel sample is placed in armored sleeve. Polymer composite material including alkali metal is used in the capacity of fuel sample. Light conductor is produced from material sublimating in zone o combustion with rate of burning of fuel sample made from acrylic plastic, for example, and is placed in side sample along axis of the latter. Input and output of light conductor are arranged on sides of open and armored end faces of fuel sample. Plane of input section of light guide is aligned with plane of front end face of fuel sample. Spectropyrometer with working length of wave equal to that of wave of saturated central part of spectral line of alkali metal is used as radiation pyrometer. EFFECT: realization of continuous output of radiation from central part of saturated spectral line of alkali metal to optical system of specropyrometer in process of movement of zone of combustion which provides for measurement of temperature of flame in zone of combustion. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике испытаний горючих материалов, а именно к устройствам для измерения температуры газа Тг в зоне горения образцов топлива, горящего параллельными слоями, например, полимерного композиционного материала (ПКМ).The invention relates to techniques for testing combustible materials, and in particular to devices for measuring the temperature of a gas T g in the combustion zone of fuel samples burning in parallel layers, for example, polymer composite material (PCM).

Наиболее близким к заявляемому решению является устройство для измерения температуры продуктов горения в зоне горения, содержащее камеру сгорания с размещенным в ней образцом топлива и светопроводом, входной конец которого примыкает к переднему торцу образца топлива, спектропирометр излучения, объектив которого размещен напротив выходного конца светопровода, и регистратор [1]. Closest to the claimed solution is a device for measuring the temperature of the combustion products in the combustion zone, containing a combustion chamber with a sample of fuel and a light guide, the input end of which is adjacent to the front end of the fuel sample, a radiation spectropyrometer, the lens of which is located opposite the output end of the light guide, and registrar [1].

Признаки прототипа, являющиеся общими с заявляемым изобретением, включают камеру сгорания с размещенным в ней образцом топлива и светопроводом, спектропирометр излучения и регистратор. The features of the prototype, which are common with the claimed invention, include a combustion chamber with a fuel sample and a light guide, a radiation spectropyrometer and a recorder.

Причина, препятствующая получению в прототипе требуемого технического результата, заключается в низкой информативности, т.к. за одно испытание топливного образца определяется только одно значение температуры газа Тг в зоне горения, соответствующее давление среды Рс в камере сгорания, что не позволяет правильно оценить неравномерность температуры Tг в процессе сжигания образца. Следует отметить также сложность и низкую надежность регистрации измерительного сигнала при пирометрии пламени с малыми значениями излучательной способности ελ.
Сущность изобретения заключается в следующем.
The reason that prevents obtaining the required technical result in the prototype is the low information content, because for one test of a fuel sample, only one value of the gas temperature T g in the combustion zone is determined, the corresponding pressure of the medium P c in the combustion chamber, which does not allow to correctly assess the non-uniformity of the temperature T g during the combustion of the sample. It should also be noted the complexity and low reliability of the registration of the measuring signal during flame pyrometry with small values of the emissivity ε λ .
The invention consists in the following.

Изобретение направлено на решение задачи создания устройства, позволяющего определить температуру газа непосредственно в зоне горения образца топлива и выяснить причины неравномерного сгорания топливных образцов. The invention is aimed at solving the problem of creating a device that allows you to determine the gas temperature directly in the combustion zone of a fuel sample and find out the causes of uneven combustion of fuel samples.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, заключается в осуществлении непрерывного вывода излучения от центральной части насыщенной спектральной линии щелочного металла в оптическую систему спектропирометра в процессе перемещения зоны горения и благодаря этому обеспечивает измерение температуры пламени в зоне горения. The technical result, which mediates the solution of this problem, consists in the continuous output of radiation from the central part of the saturated spectral line of an alkali metal to the optical system of the spectropyrometer in the process of moving the combustion zone and thereby provides measurement of the flame temperature in the combustion zone.

Данный технический результат достигается тем, что устройство содержит камеру сгорания с размещенным в ней образцом топлива и светопроводом, входной конец которого примыкает к переднему торцу образца топлива, спектропирометр излучения, примыкающий к выходному концу светопровода; регистратор, камера сгорания выполнена герметичной, образец топлива размещен в бронированном стакане, в качестве топлива используют полимерный композиционный материал, включающий щелочной металл, светопровод выполнен из материала, сублимирующего в зоне горения со скоростью, равной скорости горения образца топлива, например, из оргстекла и установлен внутри образца по оси последнего с расположением входа и выхода светопровода со стороны открытого и бронированного торцев образца топлива. This technical result is achieved in that the device comprises a combustion chamber with a fuel sample placed therein and a light guide, the input end of which is adjacent to the front end of the fuel sample, a radiation spectropyrometer adjacent to the output end of the light guide; the recorder, the combustion chamber is sealed, the fuel sample is placed in an armored glass, a polymer composite material including alkali metal is used as fuel, the light guide is made of material sublimating in the combustion zone at a speed equal to the burning rate of the fuel sample, for example, from plexiglass and installed inside the sample along the axis of the latter with the location of the entrance and exit of the light guide from the open and armored ends of the fuel sample.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для измерения температуры пламени в зоне горения. На фиг. 2 показаны осциллограммы сигналов спектропирометра (кривая 1) и отметчика времени (кривая 2). In FIG. 1 is a structural diagram of a device for measuring flame temperature in a combustion zone. In FIG. Figure 2 shows the waveforms of the signals of the spectropyrometer (curve 1) and the timer (curve 2).

Устройство содержит образец топлива 1 с установленным по его оси светопроводом 2, причем образец покрыт по боковой поверхности бронирующим покрытием 3, за исключением переднего торца, и помещен в камеру сгорания большого объема 4, заполненную инертным газом под определенным давлением Pс. Давление Pс контролируется датчиком давления 5 (например, типа ЛХ-410). На одной оптической оси со светопроводом 2 размещен спектропирометр 6, оптическая система которого воспринимает поток излучения Φ, выходящий из светопровода 2. Спектропирометр 6 и датчик давления 5 через тензостанцию 7 (например, типа ЛХ-7000) подключены к отдельным входам многоканального регистратора 8 с отметчиком времени (например, светолучевого осциллографа типа Н-700). Регистратор осуществляет запись во времени сигналов спектропирометра hic=f(t), датчика давления hig=f(t) и отметчика времени в виде синусоидальной кривой с периодом Δ = 0,02 с (фиг. 2).The device contains a fuel sample 1 with an optical fiber 2 installed along its axis, and the sample is coated on the side surface with an armor coating 3, with the exception of the front end, and is placed in a large volume combustion chamber 4 filled with an inert gas under a certain pressure P s . Pressure P s is monitored by pressure sensor 5 (for example, type LH-410). A spectropyrometer 6 is located on one optical axis with a light guide 2, the optical system of which senses a radiation flux Φ coming from the light guide 2. A spectropyrometer 6 and a pressure sensor 5 are connected to separate inputs of a multi-channel recorder for 8 s through a strain gauge 7 (for example, type LX-7000) a timer (for example, a light-beam oscilloscope of the type N-700). The registrar records in time the signals of the spectropyrometer h ic = f (t), the pressure sensor h ig = f (t) and the timer in the form of a sinusoidal curve with a period of Δ = 0.02 s (Fig. 2).

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При воспламенении с помощью электрозапала открытой (передней) поверхности образца топлива из ПКМ начинается процесс горения образца параллельными слоями, при котором фронт горения, оставаясь перпендикулярным оси образца, перемещается влево. При достижении фронтом горения переднего торца светопровода, выполненного из оргстекла, поток излучения Φ от насыщенной центральной части спектральной линии с длиной волны λ щелочного металла, например, натрия, выводится в виде потока Φ к оптической системе спектропирометра 6. Поток получения
Φ = Φi0λ•τ = τ li •Φi0λ, (1)
где τ - текущее значение коэффициента пропускания светопровода длиной li на длине волны λ;
τ li - коэффициент пропускания слоя единичной толщины светопровода на длине волны λ. Значение τ в видимой области спектра для оргстекла марок СОЛ и СТ2 составляет 0,91 при толщине слоя оргстекла 10 мм [2];
li - текущее значение длины светопровода.
When an open (front) surface of a fuel sample is ignited with a PCM, the process of burning the sample in parallel layers begins, in which the combustion front, remaining perpendicular to the axis of the sample, moves to the left. When the combustion front reaches the front end of the fiber made of plexiglas, the radiation flux Φ from the saturated central part of the spectral line with a wavelength λ of an alkali metal, for example, sodium, is output in the form of a flux Φ to the optical system of the spectropyrometer 6. Production stream
Φ = Φ i0λ • τ = τ li • Φ i0λ , (1)
where τ is the current value of the transmittance of the optical fiber with a length l i at a wavelength λ;
τ li - transmittance of a layer of a single thickness of the light guide at a wavelength λ. The value of τ in the visible region of the spectrum for plexiglass of the SOL and CT2 grades is 0.91 with a plexiglass layer thickness of 10 mm [2];
l i - the current value of the length of the light guide.

Поток Φ формирует на выходе спектропирометра пропорциональный электрический сигнал, отображаемый на осциллограмме в виде отклонений hic от нулевой линии, прописанной на фотоленте при отсутствии потока Φ.
Оргстекло марок СОЛ и СТ2 при высоких температурах в зоне горения ПКМ (1500oC и выше) сублимирует (минуя стадию плавления) с образованием газообразных продуктов, очищающих поверхность светоприемного конца светопровода от загрязнений. В связи с низкой теплопроводностью ПКМ сублимирует только тонкий слой светопровода, находящийся в реакционном слое топлива, где собственно и протекает процесс горения. При этом оргстекло, как оптический материал, сохраняет свою прозрачность в процессе горения топлива. Однако коэффициент пропускания светопровода τ по причине непрерывного укорочения образца топлива изменяется (возрастает), что искажает величину оптического потока, поступающего в оптическую систему спектропирометра. Вместо потока Φi0λ в оптическую систему поступает ослабленный поток Φ, формирующий уменьшенное отклонение hic, что, если не принять никаких мер, приведет к занижению значения измеренной температуры.
The flux Φ forms at the output of the spectropyrometer a proportional electric signal displayed on the waveform in the form of deviations h ic from the zero line registered on the phototape in the absence of flux Φ .
Plexiglas of the SOL and CT2 grades at high temperatures in the PCM combustion zone (1500 ° C and above) sublimate (bypassing the melting stage) with the formation of gaseous products that clean the surface of the light-receiving end of the light guide from pollution. Due to the low thermal conductivity, PCM sublimes only a thin layer of the light guide located in the reaction layer of the fuel, where the combustion process actually proceeds. At the same time, plexiglass, as an optical material, retains its transparency in the process of fuel combustion. However, the transmittance of the optical fiber τ due to the continuous shortening of the fuel sample changes (increases), which distorts the optical flux entering the optical system of the spectropyrometer. Instead of the flux Φ i0λ , the attenuated flux Φ enters the optical system, forming a reduced deviation h ic , which, if no measures are taken, will lead to an underestimation of the measured temperature.

Для устранения данного недостатка необходимо поправить полученное значение hic путем домножения его на коэффициент
ai = 1/τ = 1/τ li , (2)
т.е. определить hib = hic • ai. (3)
Располагая градуировочной зависимостью спектропирометра h = f(T), где h и T - соответственно отклонения луча h и температура T модели абсолютно черного тела (АЧТ), можно по значению hin определить по градуировочной зависимости значение температуры пламени Тг = T.
To eliminate this drawback, it is necessary to correct the obtained value of h ic by multiplying it by a coefficient
a i = 1 / τ = 1 / τ li , (2)
those. define h ib = h ic • a i . (3)
With the calibration dependence spektropirometra h = f (T), where h and T - h, respectively, and beam deflection temperature T blackbody model (blackbody) can be meaningfully determine h in dependence on the calibration value of the flame temperature, T g = T.

Определить текущее значение длины светопровода li, соответствующее моменту времени ti в процессе горения образца и подставляемое в (2), можно следующим образом.The current value of the length of the optical fiber l i corresponding to the time t i in the process of burning the sample and substituted in (2) can be determined as follows.

Обозначим:
tнач, tкон - моменты времени, соответствующие началу и концу горения образца топлива;
Δti = ti - tнач - продолжительность горения образца топлива, соответствующая моменту времени ti;
Δt = tнач - tкон - полное время горения образца;
lнач, lкон, li - значения начальной, конечной и текущей длины светопровода;
Δобр. i = lобр. нач. - lобр. i - укорочение образца, соответствующее моменту времени ti;
lобр. нач, lобр. кон, lобр. i - значения начальной, конечной и текущей длины образца без учета толщины бронирующего покрытия;
Δli = lнач - li - укорочение светодиода, соответствующее моменту времени ti, причем
Δli = Δlобр.i; (4)
v - скорость горения топлива.
Denote:
t beg , t con - time points corresponding to the beginning and end of combustion of the fuel sample;
Δt i = t i - t beg is the burning time of the fuel sample corresponding to the time t i ;
Δt = t beg - t con - the total burning time of the sample;
l beg , l con , l i - values of the initial, final and current length of the light guide;
Δ arr. i = l arr. beg. - l arr. i is the shortening of the sample corresponding to the time t i ;
l arr. beg , l arr. con , l arr. i - values of the initial, final and current length of the sample without taking into account the thickness of the armor coating;
Δl i = l beg - l i - shortening of the LED corresponding to the time t i , and
Δl i = Δl arr . I ; (4)
v is the burning rate of the fuel.

Тогда
li = lнач - Δli, (5)
где
Δli = V•Δti, (6)

Figure 00000002

причем lобр. кон = 0.Then
l i = l beg - Δl i , (5)
Where
Δl i = V • Δt i , (6)
Figure 00000002

with l arr. con = 0.

Полученное из (5) значение li подставляют в (2) и находят ai, а затем по (3) рассчитывают hin, по которому из градуировочной зависимости находят значение температуры пламени Tг = T.The value of l i obtained from (5) is substituted into (2) and a i is found , and then, according to (3), h in is calculated, from which the flame temperature T g = T is found from the calibration curve.

Список использованной литературы:
1. Харазов В. Г. Автоматизация высокотемпературных процессов. - Л.: Энергия, 1974.
List of used literature:
1. Kharazov V. G. Automation of high-temperature processes. - L .: Energy, 1974.

2. Мельников Ю.Ф. Светотехнические материалы. - М.: Высшая школа, 1976. 2. Melnikov Yu.F. Lighting materials. - M .: Higher school, 1976.

Claims (2)

1. Устройство для измерения температуры пламени в зоне горения образца топлива, содержащее камеру сгорания с размещенным в ней образцом топлива и светопроводом, входной конец которого примыкает к переднему торцу образца топлива, спектропирометр излучения, примыкающий к выходному концу светопровода, и регистратор, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена герметичной, образец топлива размещен в бронированном стакане, в качестве топлива используют полимерный композиционный материал, включающий щелочной металл, светопровод выполнен из материала, сублимирующего в зоне горения со скоростью, равной скорости горения образца топлива, и установлен внутри образца по оси последнего с расположением входа и выхода светопровода со стороны открытого и бронированного торцов образца топлива, причем плоскость входного сечения светопровода совмещена с плоскостью переднего торца образца топлива, рабочая длина волны спектропирометра равна длине волны насыщенной центральной части спектральной линии щелочного металла. 1. A device for measuring the temperature of a flame in the combustion zone of a fuel sample, comprising a combustion chamber with a fuel sample and a light guide, the input end of which is adjacent to the front end of the fuel sample, a radiation spectropyrometer adjacent to the output end of the light guide, and a recorder, characterized in that the combustion chamber is sealed, the fuel sample is placed in an armored glass, a polymer composite material including alkali metal is used as fuel, the light guide is made n of material sublimating in the combustion zone at a speed equal to the burning speed of the fuel sample, and installed inside the sample along the axis of the latter with the location of the entrance and exit of the light guide from the open and armored ends of the fuel sample, the plane of the input section of the light guide aligned with the plane of the front end of the sample fuel, the working wavelength of the spectropyrometer is equal to the wavelength of the saturated central part of the spectral line of the alkali metal. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что светопровод выполнен из оргстекла. 2. The device according to p. 1, characterized in that the light guide is made of plexiglass.
RU98102476A 1998-02-10 1998-02-10 Gear measuring temperature of flame in zone of combustion of fuel sample RU2133028C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98102476A RU2133028C1 (en) 1998-02-10 1998-02-10 Gear measuring temperature of flame in zone of combustion of fuel sample

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98102476A RU2133028C1 (en) 1998-02-10 1998-02-10 Gear measuring temperature of flame in zone of combustion of fuel sample

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2133028C1 true RU2133028C1 (en) 1999-07-10

Family

ID=20202157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98102476A RU2133028C1 (en) 1998-02-10 1998-02-10 Gear measuring temperature of flame in zone of combustion of fuel sample

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2133028C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3662586A (en) * 1970-06-15 1972-05-16 Shigeru Suga Flammability testing device
US3665750A (en) * 1969-08-28 1972-05-30 Nasa Burn rate testing apparatus
RU2032887C1 (en) * 1991-01-02 1995-04-10 Акционерное общество "АВЭКС" Pyrometric device for measuring temperature of gas- turbine engine blade

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3665750A (en) * 1969-08-28 1972-05-30 Nasa Burn rate testing apparatus
US3662586A (en) * 1970-06-15 1972-05-16 Shigeru Suga Flammability testing device
RU2032887C1 (en) * 1991-01-02 1995-04-10 Акционерное общество "АВЭКС" Pyrometric device for measuring temperature of gas- turbine engine blade

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Хазаров В.Г. Автоматизация высокотемпературных процессов. - Л.: Энергия, 1974, с.31 - 33. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Review of high temperature measurement technology based on sapphire optical fiber
Dakin et al. Temperature distribution measurement using Raman ratio thermometry
US4576486A (en) Optical fiber thermometer
CN103954623B (en) Non-contact solid burning rate testing method
Hernandez et al. Bicolor pyroreflectometer using an optical fiber probe
US4682897A (en) Light scattering measuring apparatus
EP0425229A1 (en) High temperature sensor
CN108680275A (en) Optical-fiber probe type temperature and strain gauge based on single dislocation welding
EP0058801A1 (en) Measuring apparatus using optical interference techniques
RU2177113C1 (en) Device for measurement of propellant burning rate in solid-propellant rocket engine
RU2122683C1 (en) Device for measuring rate of combustion of fuel sample
RU2133028C1 (en) Gear measuring temperature of flame in zone of combustion of fuel sample
CN100526821C (en) Thin film type optical fiber temperature sensor and its temperature sensing method
Zheng et al. Research on sapphire-based optical fiber deep ultraviolet detection system working at high temperatures
Klein Techniques for measuring absorption coefficients in crystalline materials
US20030228083A1 (en) Fiber optical probes for temperature measurement with high speed
CN103926020A (en) Temperature sensor based on S-type structure fiber and air cavity
RU2187045C2 (en) Fuel sample burning rate meter
CN202511919U (en) Fiber grating array temperature transmitter based on relative strength edge filtering method
CN106908401A (en) A kind of binary channels water quality environment fibre-optical sensing device and method based on cascade cavity-type BPM
CN2170511Y (en) Burning gas spectrum real time measurer for temp.
SU807170A1 (en) Device for measuring optic properties of metal oxides and metalloids
CN120628339B (en) A fiber optic temperature chain measurement method and system based on thermosensitive fluorescent materials
JPS57111435A (en) Measuring device for absorption intensity of infrared ray by atr method
RU2024826C1 (en) Device for measuring ir-radiation scattering and absorption factors

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070211