RU2622236C1 - Датчик измерения температурного поля - Google Patents

Датчик измерения температурного поля Download PDF

Info

Publication number
RU2622236C1
RU2622236C1 RU2016123926A RU2016123926A RU2622236C1 RU 2622236 C1 RU2622236 C1 RU 2622236C1 RU 2016123926 A RU2016123926 A RU 2016123926A RU 2016123926 A RU2016123926 A RU 2016123926A RU 2622236 C1 RU2622236 C1 RU 2622236C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
temperature field
sensor
points
space
Prior art date
Application number
RU2016123926A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Александрович Лысенко
Александр Владимирович Зарин
Владимир Григорьевич Бедикян
Максим Викторович Крисковец
Дарья Александровна Петрова
Федор Владимирович Коллеров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна"
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна"
Priority to RU2016123926A priority Critical patent/RU2622236C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2622236C1 publication Critical patent/RU2622236C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K2213/00—Temperature mapping
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K7/00—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements
    • G01K7/16—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using resistive elements

Landscapes

  • Inorganic Fibers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано при тепловых испытаниях печей, применяемых для высокотемпературных обработок материалов, например графитации, для определения температурных полей внутри печи. Заявлен датчик измерения температурного поля в точках пространства расположения элементов датчика разового использования для высокотемпературных печей со средой, химически инертной по отношению к датчику измерения температурного поля, состоящий из элементов, фиксирующих температуру в области пространства, где они расположены, меняющий свое состояние в процессе нагрева температуры температурного поля. Причем датчик измерения температурного поля выполнен в виде гибкой электропроводящей нити на основе углерода из полиакрилонитрила, состоящей из элементов, образующих единое целое в составе нити, меняющий свое физико-химическое состояние под действием температурного поля, фиксирующий максимальную температуру температурного поля от 1500 до 3000°C в области пространства определения температурного поля в точках пространства с координатами вдоль расположения нити с точностью по длине от 0,4 мкм. Технический результат - повышение температурной границы определения температурного поля до 3000°C за счет использования гибкой электропроводящей нити на основе углерода, полученной из полиакрилонитрила, при одновременном повышении точности измерения температурного поля в малых объемах и возможности определения температурного поля в точках пространства с координатами вдоль расположения нити с точностью по длине от 0,4 мкм, а также с точностью по температуре до
Figure 00000013
. 3 табл., 8 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области термометрии и может быть использовано при тепловых испытаниях печей, применяемых для высокотемпературных обработок материалов, например графитации, для определения температурных полей внутри печи.
Из уровня техники известен датчик температуры - контактный термоприемник, описанный в способе определения температуры в различных точках печи [Патент РФ 2330250 C1, G01K 7/02, G01K 1/08 Способ измерения температуры, 25.12.2006]. Недостатком этого датчика является то, что датчик статично закреплен в пространстве печи, следовательно, для получения значений температуры в различных точках рабочего пространства печи необходимо перемещать датчик в заданной системе координат или помещать много датчиков.
Из уровня техники известен датчик температуры - термопара, описанный в способе определения температуры термопарами [Патент РФ 2475712 C1, G01K 7/02, G01K 7/16. Способ измерения температуры термопарами, 20.02.2013].
Недостатком этого датчика является то, что датчик не фиксирует максимальную температуру температурного поля и поэтому для определения максимальной температуры в заданных областях печи во время измерения температурного поля необходимо постоянно следить за термо-ЭДС на термопарах, постоянно фиксируя все значения и определяя максимальное значение, соответствующее максимальной температуре в заданной области пространства. Также недостатком датчика является то, что для определения температурного поля в объеме печи возникает необходимость размещения большого количества разрозненных (не объединенных в единое целое) термопар внутри печи и в результате этого необходимо большое число выводов концов датчика из печи, которые должны быть электрически изолированы от корпуса печи, что усложняет работу с такими датчиками, усложняет или делает невозможной техническую реализацию определения температурного поля печи.
Из уровня техники известен датчик температурного поля - измерительный тепловизор, описанный в способе дистанционного измерения температурного поля [Патент РФ 2424496 C2, G01J 5/08, G01J 5/50, G01N 21/00, H04N 5/33. Способ дистанционного измерения температурного поля, 07.09.2009].
Недостатком этого датчика является то, что датчик не фиксирует максимальную температуру температурного поля и поэтому для определения максимальной температуры в заданных областях печи во время измерения температурного поля необходимо постоянно формировать цифровые ИК-изображения с реперной площадки, фиксируя все пиксели ИК-изображения и определяя максимальное значение температуры в заданной области пространства, используя зависимость пикселя цифрового ИК-изображения от температуры абсолютно черного тела. Также недостатком датчика является то, что для определения температурного поля в объеме печи возникает необходимость размещения большого количества разрозненных (не объединенных в единое целое) площадок для измерения температуры внутри печи и, в результате того, что используется тепловизор, необходимо размещать реперные точки только в прямой видимости тепловизора, что усложняет работу с такими датчиками, усложняет или делает невозможной техническую реализацию определения температурного поля печи, особенно в труднодоступных местах.
Наиболее близким к заявленному датчику является датчик измерения температурного поля разового использования для высокотемпературных печей со средой, химически инертной по отношению к датчику, представляющий собой набор элементов, каждый из которых состоит из комплекта не менее, чем из трех керамических пироскопов - конусов Зегера, с тремя последовательными номерами, которые соответствуют последовательным температурам плавления пироскопов; датчик помещают в температурное поле рабочего объема печи и фиксируют максимальную температуру в точках объема, где они расположены, в результате изменения физического состояния пироскопов под действием температуры [Луке Г. Экспериментальные методы в неорганической химии. М.: Мир, 1965 - С. 109].
Для измерения температурного поля с помощью керамических пироскопов, которые изготавливаются высотой не менее 31,5 мм, комплект из
Figure 00000001
пироскопов, где N - число точек пространства в областях объема печи, где надо определить температурное поле, размещают строго вертикально на шамотовых пластинах, затем помещают в рабочий объем печи в химически инертную среду (по отношению к керамическим пироскопам химически инертной средой является воздух), в рабочем объеме печи создают температурное поле, которое хотят измерить, в интервале температур от 600 до 2000°C. Температурой печи в конкретной точке пространства рабочего объема печи считают температуру плавления того пироскопа, вершина которого согнется и коснется шамотовой пластины, остальные пироскопы являются контрольными, к моменту, когда пироскоп со средним номером коснется пластины, пироскоп с низшим номером должен совсем расплавится, а с высшим - только наклонится. Датчик является датчиком разового действия, так как происходит необратимое изменение его физического состояния: пироскопы изгибаются или расплавляются. Таким образом, определяют максимальную температуру температурного поля в пространстве с координатами расположения объемов элементов датчика, каждый элемент из которых состоит из 3-х пироскопов, подобранных по температуре для данной области пространства.
Данный датчик обладает рядом преимуществ относительно аналогов, а именно: возможность размещения элементов датчика в различных точках рабочего объема печи и, тем самым, измерение температурного поля рабочего объема печи, а также фиксирование элементами датчика максимальной температуры в области пространства их расположения.
В свою очередь, датчик обладает и рядом недостатков, во-первых, керамические пироскопы не подходят для измерения температуры свыше 2000°C, во-вторых, область пространства определения температурного поля не может быть менее объема элемента датчика из трех пироскопов, что делает невозможным измерение температурного поля в малых объемах или труднодоступных местах, в-третьих, точность определения температуры керамическими пироскопами составляет ±20°C, в-четвертых, для определения температурного поля в требуемых точках температурного поля в количестве N требуется N элементов датчика, состоящих из большого числа пироскопов равного
Figure 00000002
пироскопов. При этом пироскопы и, соответственно, датчики ими образованные, не объединены в единое целое и требуют дополнительных технических устройств для их позиционирования в требуемых точках пространства температурного поля. В-пятых, необходимо заранее знать примерный диапазон температур в конкретной области пространства, чтобы разместить в этой области пространства пироскопы с определенными, последовательными номерами.
Техническим результатом заявленного изобретения является устранение указанных недостатков, а именно повышение температурной границы определения температурного поля до 3000°C за счет использования гибкой электропроводящей нити на основе углерода, полученной из полиакрилонитрила, при одновременном повышении точности измерения температурного поля в малых объемах и возможности определения температурного поля в точках пространства с координатами вдоль расположения нити с точностью по длине от 0,4 мкм, а также с точностью по температуре до
Figure 00000003
.
Указанный технический результат достигается тем, что датчик измерения температурного поля в точках пространства расположения элементов датчика, разового использования для высокотемпературных печей со средой, химически инертной по отношению к датчику измерения температурного поля, состоящий из элементов, фиксирующих температуру в области пространства, где они расположены, меняющий свое состояние в процессе нагрева температуры температурного поля, выполнен в виде электропроводящей нити на основе углерода из полиакрилонитрила, состоящей из элементов, образующих единое целое в составе нити, меняющий свое физико-химическое состояние под действием температурного поля, фиксирующий максимальную температуру температурного поля от 1500 до 3000°C в области пространства определения температурного поля в точках с координатами вдоль расположения нити с точностью по длине от 0,4 мкм.
Существенными отличиями заявляемого датчика измерения температурного поля является то, что датчик выполнен в виде гибкой электропроводящей нити на основе углерода из полиакрилонитрила, состоящей из элементов, образующих единое целое в составе нити, меняющий свое физико-химическое состояние под действием температурного поля, при этом каждый из элементов определяет любую температуру в указанном температурном интервале и фиксирует максимальную температуру температурного поля от 1500 до 3000°C в области пространства определения температурного поля в точках с координатами вдоль расположения нити с точностью по длине от 0,4 мкм.
В результате воздействия температурного поля на датчик измерения температурного поля в виде нити на основе углерода из полиакрилонитрила, расположенного в химически инертной среде (азот, вакуум) по отношению к элементам датчика, происходит образование углеродных электропроводящих кристаллитов, которые являются элементами датчика измерения температурного поля, образуют единое целое в составе нити, фиксируют максимальную температуру в указанной области температурного поля, в результате изменения своего физико-химического состояния, а именно его электрического сопротивления, что позволяет после снятия температурного поля определять, какая была максимальная температура температурного поля в диапазоне от 1500 до 3000°C в области пространства определения температурного поля в точках с координатами вдоль расположения нити с точностью по длине от 0,4 мкм и с точностью по температуре до
Figure 00000004
, повышение точности измерения температурного поля в малых объемах (малый объем определяется объемом, занимаемым датчиком диаметром 1 мкм и расстоянием между измерительными электродами от 0,4 мкм). Заявленной совокупности признаков с получением указанных выше результатов в известном уровне техники не обнаружено, поэтому созданный датчик обладает существенными отличиями.
Ниже представлено описание фигур, поясняющее сущность изобретения.
На фиг. 1 представлена градуировочная кривая зависимости электрического сопротивления на единицу длины комплексной электропроводящей нити, состоящей из 1000 филаментов, на основе углерода из полиакрилонитрила от конечной температуры термообработки (КТТО). Точка T1 соответствует температуре плавления Pt, равной 1768,2°C, T2 - Al2O3=2053°C, Т3 - Mo=2622°C. Остальные точки, представленные на рисунке и обозначенные от M1 до M16, получены в результате измерений термопарой и пирометром.
На фиг. 2 представлена градуировочная кривая зависимости электрического сопротивления на единицу длины монофиламентной электропроводящей нити на основе углерода из полиакрилонитрила от конечной температуры термообработки (КТТО). Точка T1 соответствует температуре плавления Pt, равной 1768,2°C, T2 - Al2O3=2053°C, T3 - Mo=2622°C. Остальные точки, представленные на рисунке и обозначенные от M1 до M16, получены в результате измерений термопарой и пирометром.
На фиг. 3 представлен датчик измерения температурного поля (фиг. 3, поз. 1) в печи графитации (фиг. 3, поз. 2), датчик закреплен при помощи зажимов (фиг. 3, поз. 3, 4). Поз. 5 - точка начала координат.
На фиг. 4 представлено сечение А-А фигуры 3, на котором датчик измерения температурного поля (фиг. 4, поз. 1) расположен в печи графитации (фиг. 4, поз. 2), датчик закреплен при помощи зажимов (фиг. 4, поз. 3, 4). Поз. 5 - точка начала координат. P1, P2 и т.д. до P19 - номер ряда. Поз. 6 - рабочий объем печи. Обозначение x является обозначением оси координат x. Обозначение y является обозначением оси координат y.
На фиг. 5 представлен участок датчика измерения температурного поля (фиг. 5, поз. 1), к которому подведены измерительные электроды (фиг. 5, поз. 7), подключаемые к омметру (фиг. 5, поз. 8). Расстояние между измерительными электродами равно 5 мм. ТИ0, ТИ1 и т.д. до ТИ70 - точки измерения электрического сопротивления на единицу длины вдоль длины датчика, расположенные посередине между измерительными электродами таким образом, что расстояние между измерительным электродом и точкой измерения равно 2,5 мм. Шаг между точками измерения равен 5 см. Обозначение x является обозначением оси координат x.
На фиг. 6 представлен датчик измерения температурного поля (фиг. 6, поз. 1), расположенный в микропечи графитации (фиг. 6, поз. 9) параллельно и вертикально над графитовым нагревателем (фиг. 6 поз. 10), расположенным на держателях для нагревателя (фиг. 6, поз. 11), датчик измерения температурного поля расположен на держателях для датчика (фиг. 6, поз. 12). Поз. 5 - точка начала координат. Обозначение x является обозначением оси координат x.
На фиг. 7 представлен датчик измерения температурного поля (фиг. 7, поз. 1), к которому подведены измерительные электроды (фиг. 7, поз. 7), расположенные на сапфировой пластине (фиг. 7, поз. 13) и подключаемые к омметру (фиг. 7, поз. 8). Поз. 5 - точка начала координат.
На фиг. 8 представлен вынос Б из основного изображения, представленного на фигуре 7, на котором представлен участок датчика измерения температурного поля (фиг. 8, поз. 1), к которому подведены измерительные электроды (фиг. 8, поз. 7), расположенные на сапфировой пластине (фиг. 8, поз. 13). ТИ1, ТИ2 и т.д. до ТИ5 - точки измерения электрического сопротивления на единицу длины вдоль длины датчика, расположенные посередине между измерительными электродами, таким образом, что расстояние между измерительным электродом и точкой измерения равно 0,1 мкм. Расстояние между измерительными электродами равно 0,2 мкм. Шаг между точками измерения равен 0,4 мкм.
Датчик измерения температурного поля (фиг. 3, 4, 5, 6, 7, 8, поз. 1) разового использования представляет собой гибкую электропроводящую нить на основе углерода из полиакрилонитрила с длиной нити не менее 0,3 мкм, которую размещают в рабочем объеме исследуемой высокотемпературной печи (фиг. 3, поз. 2, фиг. 4, поз. 2, фиг. 6, поз. 9). После этого в печи создают химически инертную среду, нагревают печь в интервале от 20°C до конечной заданной температуры, не превышающей 3000°C. Далее дают печи остынуть до температуры 20°C, затем производят выемку датчика из печи. После этого проводят измерение электрического сопротивления на единицу длины по длине нити (фиг. 5, 7) в выбранных точках измерения, соответствующих точкам с координатами точек определения температурного поля в области пространства рабочего объема печи, с выбранным шагом между точками измерения, с минимальным значением шага от 0,4 мкм, что технически возможно благодаря применению современных методов микроэлектроники создания электрических контактов шириной от 0,2 мкм и зазором между этими контактами от 0,2 мкм, измеряют омическое сопротивление элементов нити, используя омметр модели GOM-802 фирмы GW INSTEK, который дает погрешность измерения 0,0001 мОм. Минимальное значение шага определяется той точностью по координате в пространстве температурного поля, с которой проводят измерение, и зависит от конкретного положения точек измерения в пространстве, минимального объема пространства, с которого снимается информация о температуре температурного поля и от точности определения температуры, с которой нужно измерять температурное поле. Так, если измерения происходят с использованием датчика длиной десятки метров, то шаг между точками измерения выбирают 5-10 см, т.к. этот шаг является достаточным с технологической точки зрения, если определяют температурное поле в рабочем объеме микропечи, то необходимо использовать шаг в 0,4 мкм.
После этого определяют значения температур в выбранных точках по длине датчика путем сравнения полученных результатов электрического сопротивления датчика с предварительно построенной градуировочной кривой (фиг. 1, 2) зависимости электрического сопротивления датчика от температуры и на основе определенных ранее значений температур в выбранных точках и координат этих точек в области пространства рабочего объема печи определяют температурное поле в области пространства рабочего объема печи с точностью по температуре до
Figure 00000004
.
Построение градуировочной кривой выполняют следующим образом: измеряют значение температуры температурного поля в области пространства, где расположены эталоны температуры по температурам их плавления с использованием МПТШ-90 (международной практической температурной шкалы) [Сайфуллин Р.С., Сайфуллин А.Р. Универсальный лексикон: химия, физика и технология (на русском и английском языках). - М.: Логос, 2002. - с. 124]; последовательно измеряют сопротивление датчика в точках определения температур плавления эталонов и в остальных точках, помеченных маркером (фиг. 1, 2), с использованием термопары марки ТВР 5/20 (вольфрамрений-вольфрамрениевая) (до температуры 1800°C) и пирометра Time TI-315E (от температуры 1800°C до температуры 3000°C); на основании полученных точек строят зависимость сопротивления датчика от температуры (фиг. 1 - для комплексной нити, фиг. 2 - для монофиламентной нити).
В качестве эталонов использованы следующие материалы: Pt=1768,2°C (T1 на фиг. 1, 2), Al2O3=2053°C (T2 на фиг. 1, 2), Mo=2622°C (T3 на фиг. 1, 2).
Исходя из градуировочной кривой (фиг. 1) для комплексной электропроводящей нити, состоящей из 1000 филаментов на основе углерода из полиакрилонитрила, точность измерения температуры температурного поля датчиком составляет:
Figure 00000005
,
где ТМ11 и ТМ12 - температура в точках M11 и M12 соответственно;
RM11 и RM12 - сопротивление в точках M11 и M12 соответственно.
Исходя из градуировочной кривой (фиг. 2) для монофиламентной электропроводящей нити на основе углерода из полиакрилонитрила, точность измерения температуры температурного поля датчиком составляет:
Figure 00000006
,
где ТМ11 и ТМ12 - температура в точках M11 и М12 соответственно;
RM11 и RM12 - сопротивление в точках M11 и М12 соответственно.
Затем, исходя из измеренного электрического сопротивления датчика, расположенного в точках пространства рабочего объема печи, делают заключение о распределении температурного поля в области пространства расположения элементов датчика и дают рекомендации для получения температурного поля с требуемыми характеристиками в пространстве печи.
Пример 1. В рабочий объем температурного поля печи графитации (фиг. 3, поз. 2) с длиной 3,5 м и шириной 1 м в зажимы (фиг. 3, поз. 3, 4) помещают датчик измерения температурного поля (фиг. 3, поз. 1), как показано на фиг. 4, в виде непрерывной электропроводящей нити на основе углерода из полиакрилонитрила, например, комплексной нити, состоящей из 1000 филаментов с диаметром филамента 9 мкм, длиной, больше внутреннего размера камеры печи. Датчик располагают таким образом, что он образует ряды (P1, P2 и т.д. до Р19) с расстоянием между ними 5 см, т.к. это расстояние является технологически достаточным для определения температурного поля. Левая сторона рядов жестко закреплена в зажиме (фиг. 3, поз. 4), правая сторона закреплена в зажиме (фиг. 3, поз. 3), позволяющем датчику находиться в не жестко фиксированном состоянии. Затем в печь подают химически инертный газ - азот, нагревают печь до 2500°C. После этого дают печи остыть до 20°C. Затем для удобства выемки датчика измерения температурного поля его разрезают на участки следующим образом: по линии с координатой начала 0 (фиг. 3, поз. 5, фиг. 4, поз. 5) с левой стороны отрезают участки датчика, выступающие по краю печи, с правой стороны разрезают по изгибам датчика, таким образом, получаются отдельные ряды отрезков датчика. После достают из печи каждый ряд, потянув за его правую сторону, ряды маркируют (фиг. 4 - P1, P2 и т.д. до P19) и располагают на измерительном столе. Затем проводят измерение электрического сопротивления на единицу длины в выбранных точках измерения (фиг. 5 - ТИ0, ТИ1 и т.д. до ТИ70), соответствующих точкам с координатами точек определения температурного поля в области пространства рабочего объема печи, по длине нити от начала координат (фиг. 3, 4, поз. 5) с шагом между точками измерения 5 см, достаточным для измерения температурного поля, с расстоянием между измерительными электродами (фиг. 5, поз. 7) 5 мм, к которым подключается омметр в местах, представленных на фиг. 5 поз. 8. После этого определяют значения температур в выбранных точках по длине датчика путем сравнения полученных результатов электрического сопротивления датчика с предварительно построенной градуировочной кривой (фиг. 1) зависимости электрического сопротивления датчика от температуры и на основе определенных ранее значений температур в выбранных точках и координат этих точек в области пространства рабочего объема печи определяют температурное поле в области пространства рабочего объема печи.
В таблице 1 представлены результаты измеренного электрического сопротивления на единицу длины участка датчика, расположенного в ряде P1 в зависимости от координаты по длине ряда и измеренной температуры поля в точках пространства с координатами вдоль оси x расположения ряда Р1, при этом в табл. 1 строка С2 является продолжением строки С1, строка C3 является продолжением строки С2 и т.д. до С8.
Figure 00000007
Figure 00000008
Анализ таблицы 1 показывает, что в интервале координат от 60 до 90 см наблюдается увеличение температур от 1500 до 1541°C, в интервале координат от 295 до 315 см наблюдается снижение температур от 1547 до 1502°C соответственно, в интервале координат от 100 до 290 см наблюдается равномерное распределение температуры, в интервалах координат от 0 до 55 см и от 320 до 350 см наблюдается электрическое сопротивление, которому соответствует температура меньше 1500°C, что соответствует температуре в нерабочей зоне, которая в свою очередь не определялась.
В таблице 2 представлены результаты измеренного электрического сопротивления на единицу длины участка датчика, расположенного в ряде Р10 в зависимости от координаты по длине участка датчика и измеренной температуры в точках пространства с координатами вдоль оси x расположения участка датчика, расположенного в ряде P10, при этом в табл. 2 строка C10 является продолжением строки C9, строка C11 является продолжением строки C10 и т.д. до С16. Аналогично можно получить результаты измеренной температуры в точках пространства с координатами вдоль оси x для других рядов.
Figure 00000009
Figure 00000010
Анализ таблицы 2 показывает, что в интервале координат от 50 до 90 см наблюдается увеличение температур от 1500 до 2450°C, в интервале координат от 290 до 320 см наблюдается снижение температур от 2500 до 1520°C соответственно, в интервале координат от 100 до 290 см наблюдается равномерное распределение температуры, в интервалах координат от 0 до 45 см и от 325 до 350 см наблюдается электрическое сопротивление, которому соответствует температура меньше 1500°C, что соответствует температуре в нерабочей зоне, которая в свою очередь не определялась.
Пример 2. В рабочий объем температурного поля микропечи графитации (фиг. 6, поз. 9), в качестве нагревательного элемента которой выступает графитовый стержень длиной 2 мм (фиг. 6, поз. 10), закрепленный на держателях (фиг. 6, поз. 11), помещают датчик измерения температурного поля в виде непрерывной электропроводящей нити на основе углерода из полиакрилонитрила (фиг. 6, поз. 1), например, монофиламентной нити с диаметром 1 мкм и длиной 6 мм, закрепленный на держателях датчика (фиг. 6, поз. 12). Затем в печи создают химически инертную среду - вакуум, и нагревают датчик до 3000°C. После этого дают датчику остыть до 20°C. Затем проводят измерение электрического сопротивления на единицу длины в выбранных точках измерения, соответствующих точкам с координатами точек определения температурного поля в области пространства рабочего объема печи, по длине нити, с шагом между точками измерения 0,4 мкм и с расстоянием между измерительными электродами (фиг. 7, поз. 7, фиг. 8, поз. 7) 0,2 мкм, расположенными на сапфировой пластине (фиг. 7, поз. 13, фиг. 8, поз. 13), используя омметр (фиг. 7, поз. 8). Измерение проводят следующим образом: к статично закрепленному датчику (фиг. 7, 8, поз. 1) прикладывают сапфировую пластину (фиг. 7, 8, поз. 13) с измерительными электродами (фиг. 7, 8, поз. 7) и измеряют электрическое сопротивление в пяти точках (фиг. 8 - ТИ1, ТИ2, ТИ3, ТИ4, ТИ5), попеременно подключая к ним омметр (фиг. 7, поз. 8). Затем сапфировую пластину передвигают на следующий интервал, содержащий 5 точек измерения, причем интервал равен 200 мкм, что является технологически достаточным. После этого определяют значения температур в выбранных точках по длине датчика путем сравнения полученных результатов электрического сопротивления датчика с предварительно построенной градуировочной кривой (фиг. 2) зависимости электрического сопротивления датчика от температуры и на основе определенных ранее значений температур в точках и координат этих точек в области пространства рабочего объема печи определяют температурное поле в области пространства рабочего объема печи.
В таблице 3 приведены результаты измерений температур в точках пространства рабочего объема с координатами вдоль оси x расположения датчика, при этом в табл. 3 каждая строка C содержит 5 точек измерения (от ТИ1 до ТИ5, фиг. 8) на указанном интервале, так для строки С17 этим интервалом является интервал от 0 до 1,6 мкм, для строки С18 этим интервалом является интервал от 200 до 201,6 мкм и т.д. Аналогично можно получить температуры во всех остальных интервалах пространства рабочего объема вдоль расположения датчика.
Figure 00000011
Figure 00000012
Анализ таблицы 3 показывает, что в интервалах координат от 2200,0 до 2201,6 мкм, от 2500,0 до 2501,6 мкм и от 3000,0 до 3001,6 мкм наблюдается равномерное распределение температуры; в интервалах от 0 до 1,6 мкм, от 200,0 до 201,6 мкм, от 500,0 до 501,6 мкм, от 1000,0 до 1001,6 мкм, от 1500,0 до 1501,6 мкм, от 2000,0 до 2001,6 мкм) наблюдается плавный рост температур от интервала к интервалу от 1500,0 (строка С17) до 2916,7°C (строка С22).
Результатом заявленного изобретения является устранение указанных недостатков прототипа, а именно повышение температурной границы определения температурного поля до 3000°C за счет использования в качестве датчика электропроводящей нити на основе углерода из полиакрилонитрила, состоящей из элементов, образующих единое целое, при одновременном повышении точности измерения температурного поля в малых объемах и возможности определения температурного поля в точках пространства с координатами вдоль расположения нити с точностью по длине от 0,4 мкм, а также с точностью по температуре до
Figure 00000004
.

Claims (1)

  1. Датчик измерения температурного поля в точках пространства расположения элементов датчика разового использования для высокотемпературных печей со средой, химически инертной по отношению к датчику измерения температурного поля, состоящий из элементов, фиксирующих температуру в области пространства, где они расположены, меняющий свое состояние в процессе нагрева температуры температурного поля, отличающийся тем, что датчик измерения температурного поля выполнен в виде гибкой электропроводящей нити на основе углерода из полиакрилонитрила, состоящей из элементов, образующих единое целое в составе нити, меняющий свое физико-химическое состояние под действием температурного поля, фиксирующий максимальную температуру температурного поля от 1500 до 3000°C в области пространства определения температурного поля в точках пространства с координатами вдоль расположения нити с точностью по длине от 0,4 мкм.
RU2016123926A 2016-06-15 2016-06-15 Датчик измерения температурного поля RU2622236C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123926A RU2622236C1 (ru) 2016-06-15 2016-06-15 Датчик измерения температурного поля

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016123926A RU2622236C1 (ru) 2016-06-15 2016-06-15 Датчик измерения температурного поля

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2622236C1 true RU2622236C1 (ru) 2017-06-13

Family

ID=59068356

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016123926A RU2622236C1 (ru) 2016-06-15 2016-06-15 Датчик измерения температурного поля

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2622236C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU238823A1 (ru) * Всесоюзный научно исследовательский институт электробытовым УСТРОЙСТВО дл ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ
SU1755070A1 (ru) * 1990-10-30 1992-08-15 Московский Институт Инженеров Гражданской Авиации Устройство дл измерени и контрол температуры
RU2330250C1 (ru) * 2006-12-25 2008-07-27 Николай Викторович Анисимов Способ определения температуры
US20080219320A1 (en) * 2006-10-31 2008-09-11 Chang Liu Conformal mesh for thermal imaging
WO2013114291A1 (en) * 2012-01-30 2013-08-08 Pst Sensors (Proprietary) Limited Thermal imaging sensors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU238823A1 (ru) * Всесоюзный научно исследовательский институт электробытовым УСТРОЙСТВО дл ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ЗНАЧЕНИЯ
SU1755070A1 (ru) * 1990-10-30 1992-08-15 Московский Институт Инженеров Гражданской Авиации Устройство дл измерени и контрол температуры
US20080219320A1 (en) * 2006-10-31 2008-09-11 Chang Liu Conformal mesh for thermal imaging
RU2330250C1 (ru) * 2006-12-25 2008-07-27 Николай Викторович Анисимов Способ определения температуры
WO2013114291A1 (en) * 2012-01-30 2013-08-08 Pst Sensors (Proprietary) Limited Thermal imaging sensors

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20160334284A1 (en) System and method for calibrating and characterising instruments for temperature measurement by telemetry
US3307401A (en) Element for measurement of furnace wall thickness and temperature
CN105717156A (zh) 可原位标定探针间距的双针热脉冲热特性测量系统及方法
RU2633652C1 (ru) Датчик измерения температурного поля
RU2622236C1 (ru) Датчик измерения температурного поля
JPH1090084A (ja) ガラス、ガラスセラミック等の基板上の温度測定レジスタの較正方法
RU2622094C1 (ru) Способ определения температурного поля
US2825222A (en) Device for temperature gradient method of sample testing
RU2007125086A (ru) Устройство измерения интенсивности лучистых потоков при тепловакуумных испытаниях космических аппаратов и способ его эксплуатации
JP2007218591A (ja) ハイブリッド型表面温度計、温度分布測定装置及び測定方法
KR20010006600A (ko) 열적 격리부를 갖는 접촉 온도 탐침
Salvi et al. Measurement of thermal conductivity of millimeter-sized wires using the fin effect
US4162175A (en) Temperature sensors
WO2010101006A1 (ja) 導電性試料の比熱容量及び半球全放射率の測定方法及び装置
CN109613054A (zh) 一种直接通电纵向导热系数测试方法
KR100507606B1 (ko) 접촉식 표면온도계의 교정장치
JP2008157852A (ja) 非接触温度測定装置、試料ベース、および非接触温度測定方法
JP2958428B2 (ja) 熱電対用ＳｉＣ製保護管
Sasaki A New Method for Surface‐Temperature Measurement
RU2696826C1 (ru) Способ определения температуры аморфных ферромагнитных микропроводов при токовом нагреве
US8821013B2 (en) Thermocouples with two tabs spaced apart along a transverse axis and methods
CN210036992U (zh) 一种测量电阻体温度的热电偶套
CN218524257U (zh) 针式测温探针
JP3246860B2 (ja) 熱特性測定装置及びこれを用いた土壌水分率測定装置
US20240264105A1 (en) Gas volume fraction measurement and calibration

Legal Events

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

Effective date: 20180616

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20200217