RU2008635C1

RU2008635C1 - Heat flow transducer

Info

Publication number: RU2008635C1
Authority: RU
Inventors: А.Е. Александров; Атанас Георгиев Галянов; Димитр Георгиев Русев; Борис Алексеевич Прусаков
Original assignee: Александров Александр Евгеньевич; Борис Алексеевич Прусаков; Атанас Георгиев Галянов; Димитр Георгиев Русев
Priority date: 1989-01-09
Filing date: 1989-01-09
Publication date: 1994-02-28

Abstract

FIELD: thermal engineering. SUBSTANCE: transducer has bush, strip attached to it, and three wire leads; one junction is connected to strip center, other one, to bush, and third junction, to strip edge. Novelty is combination of heat flow transducer and thermocouple for surface temperature measurement into single unit by attaching wire lead to edge of differential heat flow transducer strip, wire lead being made of same material as strip and forming additional wire-bush thermocouple. EFFECT: improved measurement accuracy and reliability in measuring cooling ability of hardening media. 4 dwg

Description

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для измерения зависимости градиента температур на поверхности от температуры поверхности. The invention relates to heat engineering and can be used to measure the dependence of the temperature gradient on the surface of the surface temperature.

Известна конструкция устройства, в котором одна термопара устанавливается непосредственно на поверхности для измерения ее температуры, а другая - на фиксированной глубине от поверхности [1] . A known device design in which one thermocouple is mounted directly on the surface to measure its temperature, and the other at a fixed depth from the surface [1].

Чувствительная часть датчика, установленная на поверхности, выполнена в виде пластины, образованной из двух плоскоразвальцованных проволок (хромель-алюмель), толщина каждой из которых составляет 0,025 мм, и трех изоляционных пластинок толщиной 0,005 мм каждая, вставляемых в коническое отверстие совместно с двумя клиньями. The sensitive part of the sensor mounted on the surface is made in the form of a plate formed of two flat-rolled wires (chromel-alumel), each of which is 0.025 mm thick, and three insulating plates each 0.005 mm thick, inserted into a conical hole together with two wedges.

Вторая термопара установлена на фиксированной глубине от поверхности (на расстоянии 1,5 мм). Обе термопары расположены в одной продольной плоскости. В основе данной конструкции лежат принципы, базирующиеся на измерении температурного градиента по направлению вдоль теплового потока. В этом случае необходимо точно измерить температуру поверхности, исключив перетечки тепла, перпендикулярные направлению теплового потока. Это потребовало разработки специальной конструкции устройства, выполненного по сложной технологии с использованием трудоемких процессов изготовления изоляционных пластинок толщиной 0,005 мм, что резко увеличивает стоимость изготовления устройства и уменьшает надежность его работы, особенно в условиях производства. The second thermocouple is installed at a fixed depth from the surface (at a distance of 1.5 mm). Both thermocouples are located in one longitudinal plane. This design is based on principles based on measuring the temperature gradient in the direction along the heat flux. In this case, it is necessary to accurately measure the surface temperature, eliminating heat leakage, perpendicular to the direction of heat flow. This required the development of a special design of the device, made by a complex technology using labor-intensive processes for the manufacture of insulating plates with a thickness of 0.005 mm, which sharply increases the cost of manufacturing the device and reduces the reliability of its operation, especially in production conditions.

Известно устройство, в котором измеряется тепловой поток. Введенный дополнительный элемент в виде кольца позволяет сохранить герметичность конструкции и обеспечить измерение теплового потока. В предложенной конструкции авторы не исключают также измерение температуры. Однако в случае высоких тепловых потоков, а именно эта особенность является характерной чертой процесса термообработки, разница температур между двумя термоэлектродами может стать соизмеримой с температурой поверхности, что и вносит существенную погрешность в точность измерения зависимости теплового потока от температуры поверхности [2] . A device is known in which heat flux is measured. The introduced additional element in the form of a ring allows you to maintain the tightness of the structure and to ensure the measurement of heat flux. In the proposed design, the authors also do not exclude the measurement of temperature. However, in the case of high heat fluxes, namely this feature is a characteristic feature of the heat treatment process, the temperature difference between the two thermoelectrodes can become comparable with the surface temperature, which introduces a significant error in the accuracy of measuring the dependence of the heat flux on the surface temperature [2].

Целью изобретения является повышение точности измерения градиента температуры на поверхности, а также надежности работы устройства. The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the temperature gradient on the surface, as well as the reliability of the device.

Цель достигается тем, что электрод первой термопары, выполненный в виде пластины, размещен не вдоль теплового потока, а перпендикулярно ему и образует спай с торцовой поверхностью корпуса, являющегося вторым электродом первой термопары, и дополнительно снабжен выводом из того же материала, что и пластина. А спай второй термопары образован в центре пластины в точке контакта с ней второго электрода этой термопары. The goal is achieved in that the electrode of the first thermocouple, made in the form of a plate, is not placed along the heat flux, but perpendicular to it and forms a junction with the end surface of the housing, which is the second electrode of the first thermocouple, and is additionally equipped with an output from the same material as the plate. And the junction of the second thermocouple is formed in the center of the plate at the point of contact with it of the second electrode of this thermocouple.

Такое конструктивное решение - измерение градиента температуры не вдоль, а перпендикулярно направлению теплового потока - дает возможность повысить точность измерения градиента на поверхности за счет исключения радиальных перетечек тепла. Дополнительно установленный провод из того же материала, что и пластина, позволяет измерить среднюю температуру поверхности, соответствующую градиенту температур, измеряемому по перепаду температур на пластине между ее центром и периферией. Кроме того, такая конструкция обеспечивает герметичность, так как все контакты термопар расположены с внутренней стороны пластины, а это в свою очередь существенно увеличивает надежность устройства. Such a constructive solution - measuring the temperature gradient not along, but perpendicular to the direction of the heat flow - makes it possible to increase the accuracy of measuring the gradient on the surface by eliminating radial heat flows. Additionally installed wire of the same material as the plate allows you to measure the average surface temperature corresponding to the temperature gradient, as measured by the temperature difference on the plate between its center and periphery. In addition, this design ensures tightness, since all thermocouple contacts are located on the inside of the plate, and this in turn significantly increases the reliability of the device.

На фи г. 1 представлена конструкция устройства для измерения зависимости градиента температур на поверхности от температуры поверхности; на фиг. 2 приведена принципиальная схема измерения; на фиг. 3 - конструкция зонда с вмонтированным устройством; на фиг. 4 - результаты экспериментального исследования охлаждающей способности закалочного масла, зависимости плотности теплового потока на поверхности от температуры поверхности. In fi g. 1 presents the design of a device for measuring the dependence of the temperature gradient on the surface of the surface temperature; in FIG. 2 is a schematic diagram of a measurement; in FIG. 3 - probe design with mounted device; in FIG. 4 - the results of an experimental study of the cooling ability of quenching oil, the dependence of the density of the heat flux on the surface on the surface temperature.

Устройство для измерения зависимости градиента температур на поверхности от температуры поверхности состоит из нихромового корпуса 1, никелевой пластины 2, заделанной в верхней части корпуса и зашлифованной заподлицо с поверхностью, двух нихромовых проводов 3 и 4, одного - 3, приваренного к центру пластины, и другого - 4, к нихромовому корпусу, а также никелевого провода 5, приваренного к никелевой пластине. Все провода изолированы с помощью керамической трубки 6 и стеклочулка 7. A device for measuring the dependence of the temperature gradient on the surface on the surface temperature consists of a nichrome casing 1, a nickel plate 2 embedded in the upper part of the casing and sanded flush with the surface, two nichrome wires 3 and 4, one to 3 welded to the center of the plate, and the other - 4, to the nichrome case, as well as nickel wire 5, welded to the nickel plate. All wires are insulated with a ceramic tube 6 and glass-case 7.

Принципиальная схема измерения представлена на фиг. 2. Сигнал с термочувствительного элемента устройства, образованного никелевой пластиной 2, нихромовым проводом 3, прикрепленным к центру пластины, никелевым проводом 5 и нихромовым проводом 4, прикрепленными к периферийной части пластины, подается на вход Y-развертки дифференциального усилителя измерительно-регистрирующего прибора. На вход Х-развертки подается сигнал с устройства, измеряющий температуру периферийной части пластины по показанию термопары, образуемой никелевой пластиной 2 и нихромовым корпусом 1, при этом сигнал с термопары снимается с никелевого провода 5 и нихромового провода 4. A measurement circuit is shown in FIG. 2. The signal from the heat-sensitive element of the device formed by the nickel plate 2, a nichrome wire 3 attached to the center of the plate, a nickel wire 5 and a nichrome wire 4 attached to the peripheral part of the plate, is fed to the Y-scan input of a differential amplifier of the measuring and recording device. An X-scan input receives a signal from the device that measures the temperature of the peripheral part of the plate according to the reading of the thermocouple formed by the nickel plate 2 and the nichrome case 1, while the signal from the thermocouple is taken from the nickel wire 5 and nichrome wire 4.

На фиг. 3 представлена конструкция зонда для измерения зависимости градиента температур на поверхности от температуры поверхности. В корпусе 1 зонда, изготовленного из нержавеющей стали, устанавливали разработанное устройство 2. При установке устройства резьбовое соединение корпуса обматывали алюминиевой фольгой с целью обеспечения надежного контакта между нихромовым корпусом устройства и зондом. К корпусу зонда приварена втулка 3, на которую навинчена накидная гайка 4, обеспечивающая герметичность внутренней полости зонда. Подводящие провода проложены внутри нержавеющей трубки 5. Предложенная конструкция была опробована для нахождения охлаждающей способности закалочного масла. В качестве характеристики охлаждающей способности была использована зависимость плотности теплового потока с поверхности закаливаемого образца от температуры поверхности. При этом измеряемая величина температурного градиента с помощью предварительной тарировки пересчитывалась в величину теплового потока. При проведении экспериментов зонд с вмонтированным устройством нагревался до температуры 900-950^оС в печи, после чего опускался в закалочную ванну, а измеряемый сигнал записывался на самописец. Характер зависимости плотности теплового потока на поверхности от температуры поверхности для закалочного масла показан на фиг. 4. Сопоставление полученных зависимостей с результатами других экспериментальных исследований показывает их хорошее совпадение.In FIG. Figure 3 shows the design of the probe for measuring the dependence of the temperature gradient on the surface on the surface temperature. In case 1 of the probe made of stainless steel, the developed device 2 was installed. When installing the device, the threaded connection of the case was wrapped with aluminum foil in order to ensure reliable contact between the device’s nichrome case and the probe. A sleeve 3 is welded to the probe body, onto which a union nut 4 is screwed, which ensures the tightness of the probe’s internal cavity. The lead wires are laid inside the stainless tube 5. The proposed design has been tested to find the cooling ability of quenching oil. As a characteristic of the cooling ability, we used the dependence of the heat flux density from the surface of the quenched sample on the surface temperature. In this case, the measured value of the temperature gradient with the help of preliminary calibration was converted into the value of the heat flux. During the experiments, the probe with the mounted device was heated to a temperature of 900-950 ^о С in the furnace, then it was lowered into the quenching bath, and the measured signal was recorded on the recorder. The nature of the dependence of the heat flux density on the surface on the surface temperature for quenching oil is shown in FIG. 4. A comparison of the obtained dependences with the results of other experimental studies shows their good agreement.

(56) 1. Патент США N 2829185, кл. G 01 K 11/00, опублик. 1962. (56) 1. U.S. Patent No. 2,829,185, cl. G 01 K 11/00, published. 1962.

2. Патент США N 4607961, кл. G 01 K 13/00, опублик. 1986. 2. US patent N 4607961, CL. G 01 K 13/00, published. 1986.

Claims

A HEAT FLOW SENSOR containing a differential thermocouple in the form of a sleeve with a thermosensitive element attached and two wires, the first of which is fixed to the thermosensitive element, and the second to the sleeve, and a thermocouple, one of the two electrodes of which is made in the form of one of the wires of the differential thermocouple, characterized in that the second thermocouple electrode is made in the form of an additional wire of the same material as the heat-sensitive element attached to the edge of the heat-sensitive element, while thermally responsive member is a plate placed in the upper part of the sleeve flush with the surface.