RU2700726C1 - Heat flux sensor - Google Patents
Heat flux sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2700726C1 RU2700726C1 RU2019103916A RU2019103916A RU2700726C1 RU 2700726 C1 RU2700726 C1 RU 2700726C1 RU 2019103916 A RU2019103916 A RU 2019103916A RU 2019103916 A RU2019103916 A RU 2019103916A RU 2700726 C1 RU2700726 C1 RU 2700726C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- housing
- cooling
- thermocouples
- welded
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K17/00—Measuring quantity of heat
- G01K17/06—Measuring quantity of heat conveyed by flowing media, e.g. in heating systems e.g. the quantity of heat in a transporting medium, delivered to or consumed in an expenditure device
Abstract
Description
Изобретение относится к технике измерения тепловых потоков и может быть использовано для длительного измерения локальных тепловых потоков с высокой мощностью и широким динамическим диапазоном, которые воздействуют на конструктивные элементы при проведении газодинамических испытаний.The invention relates to techniques for measuring heat fluxes and can be used for long-term measurement of local heat fluxes with high power and wide dynamic range that affect structural elements during gas-dynamic tests.
Известен датчик теплового потока, содержащий термостабилизированный константановый элемент, выполненный в виде металлической пластины с изолированной боковой поверхностью, размещенный между поверхностным слоем и цилиндром, и дополнительный электрод, размещенный аксиально в цилиндре и электрически изолированный от него, контактирующий с термостабилизированным элементом и образующий в паре с первым электродом дифференциальную термопару со спаями в фиксированных точках на противоположных поверхностях термостабилизированного элемента, причем термоэлектрический коэффициент материала, из которого выполнены цилиндр, поверхностный слой и электроды, отличен от термоэлектрического коэффициента материала термостабилизированного элемента [Авторское свидетельство СССР №892232. Кл. G01 17/08, опубл. 23.12.81 г. Бюл. №47].A known heat flux sensor containing a thermostabilized constantan element made in the form of a metal plate with an insulated side surface located between the surface layer and the cylinder, and an additional electrode placed axially in the cylinder and electrically isolated from it, in contact with the thermostabilized element and forming in pair with the first electrode is a differential thermocouple with junctions at fixed points on opposite surfaces of a thermostabilized element coagulant, wherein the thermoelectric coefficient of the material from which the cylinder, the surface layer and the electrodes, is different from the thermoelectric material thermostabilized coefficient element [Copyright certificate USSR №892232. Kl. G01 17/08, publ. 12/23/81, Bull. No. 47].
Однако известное устройство имеет ограниченную температуру эксплуатации, время применения и невысокое быстродействие, т.к. не имеет принудительного охлаждении тепловоспринимающего элемента со стороны, противоположной воздействию теплового потока.However, the known device has a limited operating temperature, application time and low speed, because does not have forced cooling of the heat-receiving element from the side opposite to the heat flux.
Известен также датчик теплового потока, содержащий холодильник, выполненный из материала с высокой теплопроводностью, тепловоспринимающую пластину из материала с очень низким коэффициентом теплопроводности и расположенный между ними электроизоляционный слой. На противоположных гранях тепловоспринимающей пластины установлен ряд дифференциальных микротермопар [Авторское свидетельство СССР №705281, кл. G01K 17/08,1979].A heat flow sensor is also known, comprising a refrigerator made of a material with high thermal conductivity, a heat transfer plate made of a material with a very low thermal conductivity, and an electrical insulating layer located between them. A number of differential microthermocouples are installed on opposite faces of the heat-receiving plate [USSR Author's Certificate No. 705281, class. G01K 17 / 08.1979].
Недостатками такого датчика являются большая инерционность при измерении нестационарных тепловых потоков из-за большой инерционности тепловоспринимающего слоя, значительная погрешность в измерении локального стационарного теплового потока, который в действительности квазистационарный как во времени, так и в пространстве. При неоднородности плотности теплового потока и большой площади датчика из-за большого термического сопротивления тепловоспринимающего слоя перепад температур на нем будет соответствовать некому фиктивному тепловому потоку, причем погрешность в измерении перепада температур увеличивается за счет перетока тепла по проводам термопары от спая, расположенного на наружной поверхности пластины, к спаю на внутренней ее стороне. Также датчик является непригодным для измерения в средах с повышенной температурой из-за низкой жаростойкости тепловоспринимающей пластины и для измерения больших тепловых потоков, например 105-106 Вт/м2 из-за ограниченных возможностей охлаждения.The disadvantages of this sensor are the large inertia in the measurement of unsteady heat fluxes due to the large inertia of the heat-receiving layer, a significant error in the measurement of the local stationary heat flux, which is actually quasi-stationary both in time and in space. If the density of the heat flux and the large area of the sensor are heterogeneous due to the large thermal resistance of the heat-absorbing layer, the temperature difference on it will correspond to a certain fictitious heat flow, and the error in measuring the temperature difference increases due to heat transfer through the wires of the thermocouple from the junction located on the outer surface of the plate , to sleep on her inner side. Also, the sensor is unsuitable for measurement in environments with high temperature due to the low heat resistance of the heat-receiving plate and for measuring large heat fluxes, for example 10 5 -10 6 W / m 2 due to limited cooling capabilities.
Технический результат - расширение динамического диапазона измерений локальных тепловых потоков с высокой мощностью, а также увеличение ресурса работы датчика.The technical result is the expansion of the dynamic range of measurements of local heat fluxes with high power, as well as an increase in the life of the sensor.
Указанный технический результат достигается тем, что в датчике теплового потока, содержащем тепловоспринимающий элемент с двумя термопарами, к которому приварена переходная втулка, которая приварена к стальному корпусу, внутри которого на резьбовом соединении установлена стальная трубка, одним концом направленная к внутренней стороне тепловоспринимающего элемента, а другой стороной приваренная к первому концу металлической трубки подводящего канала охлаждения, которая вторым концом запрессована в корпус и имеет отверстие, соединенное с продолжением подводящего канала охлаждения в корпусе и установленным на резьбе в подводящий канал охлаждения корпуса первым штуцером подведения охлаждающей жидкости, для отвода которой предназначен второй штуцер, установленный на резьбе в отводящий канал охлаждения в корпусе, причем термопары подсоединены через гермовыводы, установленные в переходной втулке, к электрическим проводникам, проходящим далее в корпусе и подсоединяемым к выходному электрическому разъему, введены тепловоспринимающий элемент в виде тонкостенного жаропрочного колпачка с установленным внутри него керамическим вкладышем из материала с ортогонально анизотропной теплопроводностью, причем коэффициент теплопроводности вдоль продольной оси датчика существенно меньше коэффициента теплопроводности в поперечном направлении к ней, а термопары выполнены в жаростойком исполнении.The specified technical result is achieved in that in a heat flux sensor containing a heat-receiving element with two thermocouples, to which a adapter sleeve is welded, which is welded to a steel body, inside of which a steel tube is installed on a threaded connection, one end directed to the inside of the heat-receiving element, and the other side is welded to the first end of the metal tube of the cooling supply channel, which is pressed into the housing by the second end and has an opening, is connected with a continuation of the cooling supply duct in the housing and the first fitting for supplying coolant installed on the thread in the cooling duct of the housing, the second fitting is intended for drainage, which is mounted on the thread in the cooling exhaust duct in the housing, the thermocouples being connected through the pressure leads installed in the adapter sleeve , to the electrical conductors passing further in the housing and connected to the output electrical connector, a heat-sensing element in the form of a thin-walled heat is introduced a test cap with a ceramic liner installed inside it of a material with orthogonally anisotropic thermal conductivity, the thermal conductivity coefficient along the longitudinal axis of the sensor being significantly lower than the thermal conductivity coefficient in the transverse direction to it, and the thermocouples are made in heat-resistant design.
На фиг. 1 показано устройство датчика теплового потока.In FIG. 1 shows a heat flow sensor device.
Колпачок тепловоспринимающего элемента 1 изготовлен из тугоплавкого материала, например молибдена. Тепловоспринимающий элемент 2 изготовлен из материала с ортогонально ортотропной теплопроводностью, причем коэффициент теплопроводности вдоль продольной оси датчика существенно меньше коэффициента теплопроводности в поперечном направлении. В качестве такого материала могут быть взяты как природные материалы, так и специально изготовленные материалы (монокристалл висмута высокой чистоты, слоистые композитные конструкции: никель+сталь 12Х18Н10Т, титан-молибден и др.).The cap of the heat pickup element 1 is made of a refractory material, such as molybdenum. The heat-receiving
На расстоянии 1 и 3 мм от торца тепловоспринимающего элемента 2 закреплены электрически изолированные по своей длине от тепловоспринимающего элемента платинородиевые термоэлектроды 5 и 6, которые уложены в пазы тепловоспринимающего элемента, залитые затем алюмосиликатным цементом. На конце термоэлектроды электрически соединены с проводящим материалом тепловоспринимающего элемента. В результате образуется дифференциальная термопара, измеряющая перепад температуры по тепловоспринимающему элементу.At a distance of 1 and 3 mm from the end face of the
Колпачок тепловоспринимающего элемента 1 со стороны, противоположной тепловоспринимающей поверхности, приварен к переходной втулке 3, изготовленной из сплава 47 НД-ВИ. Переходная втулка 3 по периферии приварена к стальному корпусу 4.The cap of the heat-receiving element 1 from the side opposite to the heat-receiving surface is welded to the
В переходной втулке 3 размещены два гермовывода 7 и 8 из термостойкого стекла, через которые термоэлектроды 5 и 6 соединяются с проводами кабеля 9. Кабель 9 изготовлен в жаростойком исполнении.In the
Для охлаждения тепловоспринимающего элемента в процессе измерения теплового потока в корпусе выполнены два канала: для подвода 11 и отвода 12 воды. Расход воды должен составлять от 15 до 25 л/мин.To cool the heat-receiving element in the process of measuring the heat flux, two channels are made in the housing: for supplying 11 and
С центральным каналом 11 состыкована металлическая трубка 13 подводящего канала, укрепленная в переходной втулке 3 и служащая для подвода воды непосредственно к поверхности тепловоспринимающего элемента, которая является обратной по отношению к воздействию теплового потока. Со стороны кабельной части датчика в каналах охлаждения укреплены ввертные штуцеры: первый 14 - для подведения и второй 15 - для отведения охлаждающей жидкости.A
Кабель 9 состоит из двух платинородиевых проводов с надетыми на них фторопластовыми трубками, которые помещены в медную экранирующую оплетку. На оплетку надета трубка из кремнийорганической резины. Кабель оканчивается разъемом.
Конструкция датчика обеспечивает герметичность.Sensor design for tightness.
Установка датчика на объект измерения производится в штуцер с помощью резьбы, нанесенной на корпусе 4 датчика.The installation of the sensor on the measurement object is carried out in the union with the help of a thread deposited on the housing 4 of the sensor.
Измеряемый тепловой поток через торцевую часть колпачка 1 поступает в тепловоспринимающий элемент 2. При этом по толщине тепловоспринимающего элемента возникает перепад температуры, который измеряется дифференциальной термопарой, образованной термоэлектродами 5 и 6.The measured heat flux through the end part of the cap 1 enters the heat-receiving
Выходной сигнал дифференциальной термопары пропорционален плотности измеряемого суммарного теплового потока.The output signal of the differential thermocouple is proportional to the density of the measured total heat flux.
Такое конструктивное исполнение датчика теплового потока обеспечивает проведение длительного измерения локальных тепловых потоков с высокой мощностью и широким динамическим диапазоном при газодинамических испытаниях различных конструкций, т.к. позволяет:This design of the heat flux sensor provides long-term measurements of local heat fluxes with high power and wide dynamic range during gas-dynamic tests of various designs, because allows you to:
- уменьшить диаметр тепловоспринимающего элемента при сохранении высокой чувствительности (когда датчик вдоль продольной оси - в направлении расположения термоэлектродов дифференциальной термопары имеет низкий коэффициент теплопроводности и, соответственно, высокую чувствительность);- reduce the diameter of the heat-receiving element while maintaining high sensitivity (when the sensor along the longitudinal axis - in the direction of the location of the thermoelectrodes of the differential thermocouple has a low coefficient of thermal conductivity and, accordingly, high sensitivity);
- увеличить ресурс работы датчика путем снижения в нем тепловых нагрузок за счет охлаждения теплочувствительного элемента стоком тепла на элементы внешней конструкции (когда тепловоспринимающий элемент в поперечном направлении имеет высокий коэффициент теплопроводности), а также подведением охлаждающей жидкости к обратной стороне тепловоспринимающего элемента).- increase the life of the sensor by reducing heat loads in it due to cooling of the heat-sensitive element by heat sink to the elements of the external structure (when the heat-receiving element in the transverse direction has a high thermal conductivity), as well as by bringing the coolant to the back of the heat-receiving element).
Проведенные испытания показали повышенные характеристики динамического диапазона (до 20 МВт/м2) и уменьшение погрешности датчика до 3% при измерении локальных тепловых потоков высокой мощности в течение длительного времени при газодинамических испытаниях различных конструкций.The tests showed increased dynamic range characteristics (up to 20 MW / m 2 ) and a decrease in the sensor error of up to 3% when measuring local heat fluxes of high power for a long time during gas-dynamic tests of various designs.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019103916A RU2700726C1 (en) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | Heat flux sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019103916A RU2700726C1 (en) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | Heat flux sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2700726C1 true RU2700726C1 (en) | 2019-09-19 |
Family
ID=67989702
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019103916A RU2700726C1 (en) | 2019-02-12 | 2019-02-12 | Heat flux sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2700726C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113720404A (en) * | 2021-09-02 | 2021-11-30 | 上海盛普机械制造有限公司 | Method and device for flow measurement and feedback control of high-viscosity colloid without throttle valve |
RU2791676C1 (en) * | 2022-06-20 | 2023-03-13 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие " Технология" им. А.Г. Ромашина" | Cooled heat flow sensor |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU198731A1 (en) * | Л. М. Хритов , Л. И. Худ ков | THERMAL FLOW MEASUREMENTS | ||
SU411326A1 (en) * | 1971-11-29 | 1974-01-15 | ||
SU673868A1 (en) * | 1977-02-24 | 1979-07-15 | Предприятие П/Я В-2504 | Heat flux measuring device |
SU705281A1 (en) * | 1975-08-22 | 1979-12-25 | Предприятие П/Я Г-4126 | Apparatus for measuring distribution of local thermal fluxes |
SU892239A1 (en) * | 1980-07-17 | 1981-12-23 | Институт Технической Теплофизики Ан Украинской Сср | Heat flow pickup |
CN105043597A (en) * | 2015-04-23 | 2015-11-11 | 清华大学 | Radial and one-dimensional heat-conductive type high-temperature heat-flow meter |
-
2019
- 2019-02-12 RU RU2019103916A patent/RU2700726C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU198731A1 (en) * | Л. М. Хритов , Л. И. Худ ков | THERMAL FLOW MEASUREMENTS | ||
SU411326A1 (en) * | 1971-11-29 | 1974-01-15 | ||
SU705281A1 (en) * | 1975-08-22 | 1979-12-25 | Предприятие П/Я Г-4126 | Apparatus for measuring distribution of local thermal fluxes |
SU673868A1 (en) * | 1977-02-24 | 1979-07-15 | Предприятие П/Я В-2504 | Heat flux measuring device |
SU892239A1 (en) * | 1980-07-17 | 1981-12-23 | Институт Технической Теплофизики Ан Украинской Сср | Heat flow pickup |
CN105043597A (en) * | 2015-04-23 | 2015-11-11 | 清华大学 | Radial and one-dimensional heat-conductive type high-temperature heat-flow meter |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113720404A (en) * | 2021-09-02 | 2021-11-30 | 上海盛普机械制造有限公司 | Method and device for flow measurement and feedback control of high-viscosity colloid without throttle valve |
CN113720404B (en) * | 2021-09-02 | 2023-08-04 | 上海盛普流体设备股份有限公司 | High-viscosity colloid flow measurement and feedback control method and device without throttle valve |
RU2791676C1 (en) * | 2022-06-20 | 2023-03-13 | Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие " Технология" им. А.Г. Ромашина" | Cooled heat flow sensor |
RU2808218C1 (en) * | 2023-03-16 | 2023-11-27 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение измерительной техники" | Heat receiver |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104596661B (en) | Thermometric armoured thermocouple | |
US4971452A (en) | RTD assembly | |
CN201892588U (en) | Water-cooling type heat flux sensor | |
JPS5822973B2 (en) | Red bean sprouts | |
CN113551810B (en) | Water-cooling dynamic heat flow sensor | |
CN109443580A (en) | A kind of multi-measuring point temperature sensor | |
US6062087A (en) | Heat and pressure sensor apparatus employing a piston in direct contact with the measured fluid | |
RU2700726C1 (en) | Heat flux sensor | |
CN103398798A (en) | Thermocouple temperature measuring device for high-pressure environment | |
CN106352995A (en) | Thermocouple-based temperature measurement device | |
CN109406010B (en) | Water-cooling Gordon calorimeter | |
US2525439A (en) | Thermocouple | |
RU2808218C1 (en) | Heat receiver | |
CN108267261B (en) | Electric connector, fluid state testing device and fluid heat exchange system | |
JPS59105520A (en) | Thermal type mass flowmeter | |
US3372587A (en) | Heat flow detector head | |
RU2633405C1 (en) | Device for measuring thermal conductivity | |
CN206353056U (en) | Thermocouple temperature measuring apparatus | |
RU2124717C1 (en) | Device measuring thermal conductivity | |
RU186971U9 (en) | HEATED COOLER | |
RU2791676C1 (en) | Cooled heat flow sensor | |
RU2700727C1 (en) | Device for measuring temperature of surface of gas duct | |
CN220251199U (en) | Thermocouple sheath | |
SU892239A1 (en) | Heat flow pickup | |
CN114935115B (en) | Integrated temperature measurement structure for fluid pipeline and packaging method |