本發(fā)明涉及高溫流場測試技術(shù)領域，特別是涉及一種對高溫氣流總溫進行測量的裝置，能防止裝置在高溫流場的測試中被高溫來流損壞。

背景技術(shù)：

目前，在高溫氣流溫度測量領域，發(fā)展最為成熟、使用最多的測溫手段是熱電偶測溫技術(shù)。由于受到偶絲熔點的限制，標準熱電偶的測溫上限在1800℃以下，非標準熱電偶一般在2400℃以下。由于浸入氣流中的熱電偶會和周圍環(huán)境之間進行輻射換熱，以及和支座之間進行熱傳導，所以被測氣流溫度越高，引入的誤差就越大；在被測氣流速度較高時，還會引入較大的速度誤差；另外，由于熱電偶材質(zhì)的劣化、以及在測量高溫燃氣時熱電偶的催化效應等也會引起誤差。所有的這些誤差將會使熱電偶所測溫度值偏離真實溫度值，嚴重時，這種偏離可高達200-300℃。通過在熱電偶外面加裝滯止罩或屏蔽罩、合理的熱電偶探針設計、一定的數(shù)據(jù)補償方式等手段，可以有效的減小各種誤差的影響，但是無法根除，而且會增加熱電偶結(jié)構(gòu)上的復雜程度。

多年來，人們在提高熱電偶的測溫上限和測溫精度方面進行了深入細致的研究，比如公開號為cn1076781a的發(fā)明專利中提出了一種補償式高溫氣流溫度測量方法，在普通熱電偶測桿端部裝有兩個定性尺寸不同的熱電偶探頭，在兩探頭內(nèi)分別裝設有各自的電加熱爐芯，在兩探頭外表面分別配置有各自的熱電偶節(jié)點，通過保證兩節(jié)點處的比加熱功率相同，溫度相等，就可以測量出高溫氣流的溫度，這種方法可以有效的提高熱電偶的測溫精度。公開號為cn85203670u的實用新型專利中提出了一種雙用高溫氣流溫度計，通過抽風機抽氣，可增大通過熱電偶的對流換熱，減小輻射誤差，同時可完成對被測氣流的取樣，但是這兩種方法依然受到熱電偶測溫上限的限制。公開號為cn102141447a的發(fā)明專利中，對溫度的測量上限受到鋼質(zhì)探針本身特性的限制；并且雖然同是對總溫、總壓進行了測量，但對不同參數(shù)測量時，在空間上的取樣點位置并不重合，所測參數(shù)并非嚴格意義上同一點的取樣結(jié)果。

除了熱電偶以外，燃氣分析測溫技術(shù)、cars測溫技術(shù)、光纖測溫技術(shù)、聲學測溫技術(shù)等測溫手段近年來也得到了迅速的發(fā)展，但這些方法都具有測溫成本高、測溫過程繁復等問題，距離大規(guī)模應用還有很大差距。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是：針對高溫氣流，提供一種測溫上限高、測溫精度高的溫度測量手段，并能夠同時對被測氣流的總壓和氣流成分進行測量。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案：

一種測量高溫氣流總溫的裝置包括頭部1、冷卻系統(tǒng)2、孔板流量計3、轉(zhuǎn)換閥門4、氣體分析儀5、真空泵6和主體7；頭部1安裝在主體7上，穿過冷卻系統(tǒng)2，與孔板流量計3相連，其后在主體7后半段上依次安裝有轉(zhuǎn)換閥門4、氣體分析儀5和真空泵6。

進一步，頭部1與主體7均為圓柱管路，外直徑為6毫米至10毫米，頭部1軸線與主體7軸線重合。

進一步，裝置頭部1設置有進氣喉道，采用球窩進氣面，球窩直徑為1至3毫米。

進一步，頭部1可采用陶瓷等耐高溫材料制作。

進一步，主體7可以采用不銹鋼等材料制作。

進一步，測量時，進氣嘴正對來流，當轉(zhuǎn)換閥門4關閉時，真空泵6不工作，整個裝置可作為一支總壓探針，測量被測氣流總壓p^*；當轉(zhuǎn)換閥門4打開時，真空泵6抽氣，調(diào)節(jié)裝置背壓，被測氣流進入裝置，使頭部1進氣嘴喉道處的氣流流速達到音速時，測量孔板流量計3前靜壓p1、靜溫t1，孔板前后靜壓差δp。在氣流進入真空泵6之前，氣體分析儀5對被測氣流成分進行分析，得到氣流的絕熱指數(shù)k，進而利用公式計算可以得到被測氣流的總溫t^*。整個過程中，在測量氣流總溫的同時，還得到了氣流的總壓和氣流成分。

進一步，所述冷卻系統(tǒng)2可以采用水冷、氣冷等多種冷卻形式，來降低被測氣流溫度。

一種測量高溫氣流總溫的裝置，其基本測量原理如下：

當氣流以音速通過進氣嘴喉道時，根據(jù)氣體動力學原理，通過喉道的氣體質(zhì)量流量為：

其中k為根據(jù)氣體分析儀分析結(jié)果得到的氣流絕熱指數(shù)；r為氣體常數(shù)；p^*、t^*分別為被測氣流的總壓和總溫；at為裝置頭部1喉道的流通面積。

而當通過管路喉道的氣流流過孔板流量計時，根據(jù)孔板流量計的測量公式，通過孔板流量計氣流的質(zhì)量流量為：

其中，c0為孔板流量計的流出系數(shù)；β為孔板流量計的開孔直徑比；ε是孔板的可膨脹系數(shù)，代表氣流通過孔板的可壓縮性，一般通過經(jīng)驗公式計算得到；a0為孔板小孔的流通面積；δp為孔板前后的靜壓差；p1和t1分別為孔板前的靜壓和靜溫。

根據(jù)質(zhì)量守恒定律，喉道處的質(zhì)量流量和孔板流量計所測質(zhì)量流量相等，聯(lián)立上述兩個公式可得被測氣流總溫t^*的計算公式為：

令則有：

其中fcal是一個和裝置幾何結(jié)構(gòu)有關的函數(shù)，可以通過標定得到，標定方法為讓總溫已知的氣流通過管路喉道和孔板流量計，測量得到各參數(shù)后反算出fcal值。fk是一個以氣體絕熱指數(shù)k為自變量的函數(shù)，通過由氣體分析儀分析得到氣流的成分，即可得到k值，從而計算得到fk。

由此可知，只要根據(jù)：

(1)測得被測氣流的總壓p^*；

(2)測得氣流成分，得出氣體絕熱指數(shù)k；

(3)孔板流量計前的靜壓p1、靜溫t1；孔板前后的靜壓差δp；

將各測量參數(shù)帶入上述計算公式，即可計算得到被測氣流的總溫t^*。

本發(fā)明的有益效果是：

1.上述裝置頭部1需要浸入被測氣流中，而由于所有的參數(shù)都是在管路喉道之后測量的，只需要考慮管路頭部的耐溫上限，所以頭部1材料的耐溫上限決定了裝置的測溫上限，選用耐溫高的材料加工裝置頭部，可使裝置測溫上限提高。

2.在選用合適開孔直徑比的孔板流量計3后，可使孔板前氣流流速降到很低，氣流的總溫和靜溫差值很小，又由于氣流流進管路喉道后即被冷卻，孔板前氣流溫度很低，所以可以很精確的測量得到孔板前靜溫。就目前測量技術(shù)而言，壓力測量的可達精度很高，即被測氣流總壓、孔板前靜壓、孔板前后靜壓差都可以很精確的測量得到。由于該方法不是直接測量氣流溫度，而是通過流量參數(shù)的測量來反算氣流的總溫，所以不會受到速度誤差的影響，受熱傳導、熱輻射的影響很??；而且不會存在熱電偶測溫中，由于偶絲材料劣化而引入的測量誤差，所以該方法測量高溫的可達精度很高。

3.該方法測溫方式簡單，氣流總壓、孔板前靜壓、孔板前后靜壓差的測量可以使用普通的壓力傳感器，孔板前氣流溫度很低，孔板前靜溫的測量可以使用價格便宜精度高的鉑電阻溫度傳感器或低溫熱電偶等傳感器，所以該方法的測溫成本也很低。

附圖說明

附圖為本發(fā)明裝置的原理示意圖。

其中：1-頭部，2-冷卻系統(tǒng)，3-孔板流量計，4-轉(zhuǎn)換閥門，5-氣體分析儀，6-真空泵，7-主體。

具體實施方式

附圖所示為本發(fā)明裝置的原理示意圖，包括頭部1、冷卻系統(tǒng)2、孔板流量計3、轉(zhuǎn)換閥門4、氣體分析儀5、真空泵6和主體7。使用時，被測氣流由頭部1的進氣嘴進入主體7，經(jīng)冷卻系統(tǒng)2冷卻后，依次流過孔板流量計3和轉(zhuǎn)換閥門4，在氣體分析儀5處進行取樣分析，最后流經(jīng)真空泵6排出裝置。

工作時，進氣嘴正對來流，關閉轉(zhuǎn)換閥門4，此時測量被測氣流的總壓；打開轉(zhuǎn)換閥門4，真空泵6抽氣，氣體分析儀5取樣氣流進行分析，得出氣流成分，繼續(xù)抽氣使進氣嘴的喉道部位達到音速，測量孔板流量計3前靜壓、靜溫，孔板前后靜壓差，帶入計算公式可得出被測氣流總溫。

本發(fā)明通過對探針頭部合理選材，可以達到更高的測溫上限；通過測量流量參數(shù)反算氣流總溫，避免了速度誤差的影響，大大降低了熱傳導誤差、熱輻射誤差的影響，可以達到更高的精度。