Metoda wyznaczania stałej czasowej termopary na podstawie pomiaru szybkozmiennej temperatury spalin wylotowych silnika o ZS

Method of Determining the Time Constant of Thermocouple Based on Measurement of the Quick – Changing Temperatures of Exhaust Gases in Marine Diesel Engines

Patrycja Puzdrowska         

1

Politechnika Gdańska, ul. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk, Wydział Oceanotechniki i Okrętownictwa, Katedra Siłowni Morskich i Lądowych, e-mail: patpuzdr@pg.edu.pl

Abstract: 

The article presents issue of determining the time constant of thermocouple. The importance of dynamic properties of thermocouples during experiments was indicated. This paper presents the laboratory stand where experiments were made to determine the time constants of two types of thermocouples. Three methods of calculating this parameter were presented. The value of the time constant was determined by the numerical simulation of heat transfer between thermocouple’s weld and the surrounding exhaust gases, assuming the slow – changing of the process, namely transition from the steady state to the other. In the next step this parameter was calculated for the same transition but it was based on real and quick – changing temperature of exhaust gases, recorded during the experiment on laboratory stand. As the third method there was shown determining the value of time constant for the temporary conditions, for quick – changing temperature, recorded during the experiment, for the pseudo-periodic process within the duration of the cycle of engine. At the end, a comparison and evaluation of the calculation results was made, and the usefulness of the method of determining the time constant of thermocouples.

Streszczenie: 

W niniejszym artykule przedstawiono problematykę wyznaczania stałej czasowej termopary. Wskazano na wagę właściwości dynamicznych termopar podczas eksperymentów. Przedstawiono stanowisko laboratoryjne, na którym przeprowadzono badania, mające na celu wyznaczenie stałych czasowych dwóch rodzajów termopar. Zaprezentowano trzy metody obliczania tego parametru. Określono wartość stałej czasowej, wyznaczonej metodą symulacji numerycznej wymiany ciepła między spoiną termopary a spalinami ją otaczającymi, przy założeniu wolnozmienności procesu, czyli przejścia z jednego stanu ustalonego do drugiego. W kolejnym kroku obliczono ten parametr również dla takiego przejścia, jednak dokonano tego na podstawie rzeczywistej szybkozmiennej temperatury spalin, zarejestrowanej podczas badania na stanowisku laboratoryjnym. Jako trzecią metodę przedstawiono określanie wartości stałej czasowej dla warunków chwilowych, dla szybkozmiennej temperatury rejestrowanej podczas eksperymentu, dla przebiegu pseudo­okre­sowego w obrębie trwania jednego cyklu roboczego silnika. Dokonano porówna­nia i oceny uzyskanych wyników obliczeń, a co za tym idzie, użyteczności metody wyzna­czania stałej czasowej termopar.

Keywords: 
marine diesel engine, thermocouple type K, temperature of exhaust gas, time constant
Słowa kluczowe: 
silnik o ZS, termopara typu K, temperatura spalin, stała czasowa
Issue: 
Pages: 
115
133
Accepted: 
15.09.2018
Published: 
29.12.2018
Download full text in pdf: 

This article is an open access article distributed under a Creative Commoms Attribution (CCBY 4.0) licence

References: 

Brown, C., Kee R.J., Irwin, G.W., McLoone, S.F., Hung, P.C., 2008, Identification Applied to Dual Sensor Transient Temperature Measurement, UKACC Int. Control Conference, Manchester.

Jamróz, P., Nabielec, J., 2007, Modele matematyczne czujników do pomiaru zmiennej temperatury gazu przy okresowo zmiennej prędkości, Pomiary Automatyka Kontrola, nr 9 Bis, Warszawa, s. 232–235.

Jaremkiewicz, M., 2011, Odwrotne zagadnienia wymiany ciepła, występujące w pomiarach nieustalonej temperatury płynów, rozprawa doktorska, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków.

Jaremkiewicz, M., Taler, J., 2016, Inverse Determination of Transient Fluid Temperature in Pipelines, Journal of Power Technologies, vol. 96, no. 6, s. 385–389.

Jatana, G.S., Magee, M., Fain, D., Naik, S.V., Shaver, G.M., Lucht, R.P., 2015, Simultaneous High-Speed Gas Property Measurements at the Exhaust Gas Recirculation Cooler Exit and at the Turbocharger Inlet of a Multi-Cylinder Diesel Engine Using Diode-Laser-Absorption Spectroscopy, Applied Optics, vol. 54, no. 5, Washington, s. 1220–1231.

Korczewski, Z., 2015, Exhaust Gas Temperature Measurements in Diagnostics of Turbocharged Marine Internal Combustion Engines. Part I. Standard Measurements, Polish Maritime Research, nr 22/1(85), Gdańsk, s. 47–54.

Korczewski, Z., 2016, Exhaust Gas Temperature Measurements in Diagnostics of Turbocharged Marine Internal Combustion Engines. Part II. Dynamic Measurements, Polish Maritime Research, nr 23/1(89), Gdańsk, s. 68–76.

Korczewski, Z., 2017, Diagnostyka eksploatacyjna okrętowych silników spalinowych – tłokowych i turbinowych. Wybrane zagadnienia, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk.

Korczewski, Z., 2018, The Method of Energy-Efficiency Investigations of the Newly Produced Marine Fuels Through the Application of a Diesel Engine, Materiały Konferencji MAPE, Explo–Ship, Zawiercie.

Korczewski, Z., Puzdrowska, P., 2015, Analytical Method of Determining Dynamic Properties of Thermocouples Used in Measurements of Quick – Changing Temperatures of Exhaust Gases in Marine Diesel Engines, Combustion Engines, vol. 162, no. 3, Poznań, s. 300–306.

Korczewski, Z., Zacharewicz, M., 2007, Diagnostyka symulacyjna układu turbodoładowania okrętowego tłokowego silnika spalinowego, Zeszyty Naukowe Akademii Marynarki Wojennej, nr 2(169).

Korzeń, A., Taler, D., 2015, Modeling of Transient Response of a Plate Fin and Tube Heat Exchanger, International Journal of Thermal Sciences, vol. 92, New York, s. 188–198.

Li, Y., Zhang, Z., Hao, X., 2018, Blind System Identification of Two-Thermocouple Sensor Based on Cross-Relation Method, Review of Scientific Instruments, vol. 89, 034901, College Park.

Marszałkowski, K., Puzdrowska, P., 2015, A Laboratory Stand for the Analysis of Dynamic Properties of Thermocouples, Journal of Polish CIMEEAC, nr 10/1, Gdańsk, s. 111–120.

Olczyk, A., 2007, Koncepcja pomiaru szybkozmiennej temperatury gazu z uwzględnieniem dynamicznej składowej temperatury, Kongres Metrologii „Metrologia – narzędzie poznania i droga rozwoju”, Kraków, Pomiary Automatyka Kontrola, nr 53 Bis/9, s. 576–579.

Pawlak, W., 1995, Usuwanie inercyjności pomiarowej z zapisu temperatury gazów wylotowych silnika odrzutowego w celu określenia niskocyklowego zmęczenia jego części gorącej, Informator Instytutu Technicznego Wojsk Lotniczych, nr 392/95, III Krajowa Konferencja, Szczyrk.

Pollock, D., 1991, Thermocouples, Routledge, New York.

Puzdrowska, P., 2016, Determining the Time Constant Using Two Methods and Defining the Thermocouple Response to Sine Excitation of Gas Temperature, Journal of Polish CIMEEAC, nr 11/1, Gdańsk, s. 157–167.

Urbanek, P., Kucharski, J., Olczyk, A., 2007, Algorytm identyfikacji własności dynamicznych czujników temperatury metodą korekcji dwutorowej, Automatyka, Wydawnictwo AGH, Kraków.

Wawszczak, A., Gębarowski, T., 2013, Właściwości dynamiczne czujników temperatury. Instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego, Politechnika Łódzka, Instytut Elektroenergetyki, Łódź.

Wiśniewski, S., 1983, Pomiary temperatury w badaniach silników i urządzeń cieplnych, WNT, Warszawa.

www.termo-precyzja.com.pl (dostęp: 10.04.2017).

Zacharewicz, M., 2009, Metoda diagnozowania przestrzeni roboczych silnika okrętowego na podstawie parametrów procesów gazodynamicznych w kanale zasilającym turbosprężarkę, rozprawa doktorska, Akademia Marynarki Wojennej w Gdyni, Gdynia.

Citation pattern: Puzdrowska P., Metoda wyznaczania stałej czasowej termopary na podstawie pomiaru szybkozmiennej temperatury spalin wylotowych silnika o ZS, Zeszyty Naukowe Akademii Morskiej w Gdyni, Nr 108, str. 115-133, 2018

BibTeX     EndNote