RU2791676C1 - Cooled heat flow sensor - Google Patents
Cooled heat flow sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2791676C1 RU2791676C1 RU2022116449A RU2022116449A RU2791676C1 RU 2791676 C1 RU2791676 C1 RU 2791676C1 RU 2022116449 A RU2022116449 A RU 2022116449A RU 2022116449 A RU2022116449 A RU 2022116449A RU 2791676 C1 RU2791676 C1 RU 2791676C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cooling device
- heat flow
- housing
- electrodes
- hfs
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплофизических измерений, а именно к измерению лучистого теплового потока при тепловых испытаниях элементов летательных аппаратов в установках радиационного нагрева.The invention relates to the field of thermophysical measurements, namely to the measurement of radiant heat flux during thermal testing of aircraft elements in radiation heating installations.
Известны различные способы оценки высокоинтенсивного теплового излучения, основанные на использовании датчиков теплового потока. Анализ научных публикаций показал, что в научных исследованиях при измерении плотности высокоинтенсивных тепловых потоков применяются, в основном, способы, основанные на схеме датчика Гардона, например, датчики теплового потока, описанные в работе: С.З.Сапожников, В.Ю.Митяков, А.В.Митяков, Градиентные датчики теплового потока, СПб., Изд. СПбГПУ, 2003, 168 с., а также патентах и авторских свидетельствах: патент CN203745106U «Датчик теплового потока с жидкостным охлаждением», опубл. 30.07.2014; патент CN 201320830684, опубл. 30.07.2014; А.с. СССР №892232, Кл G01 1/14, опубл. 23.12.81 г. Бюл.№ 47; А.с. СССР №705281, Кл. G01К 17/06, опубл. 25.12.79 г. Бюл. № 47; патент РФ № 2737681, МПК G 01 K 17/20, опубл. 02.12.2020 Бюл.№ 34; патент РФ № 2700726, МПК G 01 K 17/06, опубл. 19.09.2019 Бюл.№ 26.There are various methods for estimating high-intensity thermal radiation based on the use of heat flow sensors. The analysis of scientific publications showed that in scientific research, when measuring the density of high-intensity heat fluxes, mainly methods based on the Gardon sensor scheme are used, for example, heat flow sensors described in the work: S.Z. Sapozhnikov, V.Yu. Mityakov, A.V. Mityakov, Gradient heat flow sensors, St. Petersburg, Izd. SPbSPU, 2003, 168 p., as well as patents and copyright certificates: patent CN203745106U "Heat flow sensor with liquid cooling", publ. 07/30/2014; patent CN 201320830684, publ. 07/30/2014; A.s. USSR No. 892232, Class G01 1/14, publ. 12/23/81 Bull. No. 47; A.s. USSR No. 705281, Class. G01К 17/06, publ. 12/25/79 Bull. No. 47; RF patent No. 2737681, IPC G 01 K 17/20, publ. 02.12.2020 Bull. No. 34; RF patent No. 2700726, IPC G 01 K 17/06, publ. 09/19/2019 Bull. No. 26.
Основной недостаток известных конструкций датчиков теплового потока является сложность конструкции и технологии их изготовления, а также эксплуатации датчиков при тепловых испытаниях, что существенно увеличивает погрешность измерения теплового потока. The main disadvantage of the known designs of heat flux sensors is the complexity of the design and technology of their manufacture, as well as the operation of sensors during thermal tests, which significantly increases the error in measuring the heat flux.
Наиболее близким по технической сущности является техническое решение по патенту РФ № 2700726, МПК G 01 K 17/06, опубл. 19.09.2019 Бюл.№ 26 (прототип), где датчик теплового потока, содержащий тепловоспринимающий элемент, который выполнен в виде тонкостенного жаропрочного колпачка с установленным внутри него керамическим вкладышем из материала с ортагонально анизотропной теплопроводностью, причем коэффициент теплопроводности вдоль продольной оси датчика существенно меньше коэффициента теплопроводности в поперечном направлении к ней, а термопары выполнены в жаростойком исполнении из платинородиевого сплава. The closest in technical essence is the technical solution according to the patent of the Russian Federation No. 2700726, IPC G 01 K 17/06, publ. 09/19/2019 Bull. No. 26 (prototype), where the heat flux sensor containing a heat-receiving element, which is made in the form of a thin-walled heat-resistant cap with a ceramic insert installed inside it, made of a material with orthogonally anisotropic thermal conductivity, and the thermal conductivity coefficient along the longitudinal axis of the sensor is significantly less than the coefficient thermal conductivity in the transverse direction to it, and the thermocouples are made in a heat-resistant version of a platinum-rhodium alloy.
Недостатком прототипа является сложность конструкции датчиков и технологии их изготовления. The disadvantage of the prototype is the complexity of the design of the sensors and their manufacturing technology.
Кроме того, в нем применяются термопары из драгоценных металлов, что существенно повышает их стоимость. Возможно, по этой причине, несмотря на их технические достоинства, не организовано промышленное производство этих датчиков.In addition, it uses precious metal thermocouples, which significantly increases their cost. Perhaps for this reason, despite their technical advantages, the industrial production of these sensors is not organized.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в создании охлаждаемого датчика теплового потока, который был бы лишен недостатков прототипа, а именно обеспечивающего высокую точность измерений теплового потока при тепловых испытаниях элементов летательных аппаратов в установках радиационного нагрева. The technical result of the invention is to create a cooled heat flux sensor that would be devoid of the disadvantages of the prototype, namely, providing high accuracy of heat flux measurements during thermal testing of aircraft elements in radiation heating installations.
Указанный технический результат достигается тем, что представлен:The specified technical result is achieved by the fact that it is presented:
1. Охлаждаемый датчик теплового потока (ДТП), выполненный по схеме Гордона, содержащий чувствительный элемент из константана, соединенный с медным корпусом, медные электроды и устройство охлаждения, отличающийся тем, что ДТП и устройство охлаждения выполнены как отдельные элементы с возможностью их сборки в единое целое за счет нанесения на наружной части корпуса ДТП резьбы, в центральной части устройства охлаждения выполнено сквозное отверстие с резьбой, равной резьбе на корпусе ДТП, которое дает возможность использовать корпус ДТП как крепеж для сборки составляющих устройства охлаждения, внутреннее пространство в корпусе ДТП, от чувствительного элемента до выхода электродов, заполнено твердым, теплоизолирующим и электроизолирующим материалом, причем выход электродов дифференциальной термопары из корпуса осуществляется через клеевую среду, фиксирующую положение электродов и электроизоляции относительно корпуса ДТП.1. A cooled heat flow sensor (HFT) made according to the Gordon scheme, containing a constantan sensing element connected to a copper case, copper electrodes and a cooling device, characterized in that the HTF and the cooling device are made as separate elements with the possibility of their assembly into a single whole due to the application of threads on the outer part of the RTD housing, in the central part of the cooling device a through hole with a thread is made equal to the thread on the RTD housing, which makes it possible to use the RTD housing as a fastener for assembling the components of the cooling device, the internal space in the RTD housing, from the sensitive element to the exit of the electrodes, is filled with a solid, heat-insulating and electrically insulating material, and the output of the electrodes of the differential thermocouple from the body is carried out through an adhesive medium that fixes the position of the electrodes and electrical insulation relative to the body of the RTD.
2. Охлаждаемый датчик теплового потока (ДТП) по п.1, отличающийся тем, что пространство под чувствительным элементом выполнено в виде трех цилиндров разного диаметра: первый цилиндр под чувствительным элементом выполняется с большим диаметром из материала с теплопроводностью, близкой к теплопроводности сухого воздуха, а второй,2. A cooled heat flow sensor (HFT) according to
меньшего диаметра, заполнен керамическим материалом, через который проходит электрод дифференциальной термопары, который соединен с центром чувствительного элемента, в третьем цилиндре крепится второй электрод дифференциальной термопары к корпусу, причем пространство третьего цилиндра после того, как на электроды дифференциальной термопары монтируются гибкие трубки из высокотемпературного электроизолирующего материала, заполняется высокотемпературным клеем таким образом, чтобы фиксировать электроды и гибкие трубки в одном положении относительно корпуса ДТП.smaller diameter, filled with ceramic material, through which the electrode of the differential thermocouple passes, which is connected to the center of the sensitive element, in the third cylinder the second electrode of the differential thermocouple is attached to the body, and the space of the third cylinder after flexible tubes of high-temperature electrically insulating material are mounted on the electrodes of the differential thermocouple material is filled with high-temperature adhesive in such a way as to fix the electrodes and flexible tubes in one position relative to the body of the RTD.
3. Охлаждаемый датчик теплового потока (ДТП) по п.1, отличающийся тем, что устройство охлаждения может быть выполнено без камеры охлаждения из двух цилиндрических частей из материала с высокой теплопроводностью, причем части монтируются на медную трубку через которую протекает жидкость, например вода.3. A cooled heat flow sensor (HFT) according to
4. Охлаждаемый датчик теплового потока (ДТП) по п.1, отличающийся тем, что устройство охлаждения может быть выполнено с камерой охлаждения, которая собрана из двух цилиндрических частей, которые склеены высокотемпературным герметиком. 4. Cooled heat flow sensor (RTS) according to
5. Охлаждаемый датчик теплового потока (ДТП) по п.1, отличающийся тем, что часть устройства охлаждения, в которую ввинчивается корпус датчика теплового потока (ДТП) выполнена с отверстиями для крепления в месте контроля плотности теплового потока.5. The cooled heat flow sensor (HFT) according to
Изобретение поясняется чертежом. The invention is illustrated in the drawing.
На чертеже представлен вид предлагаемой конструкции датчика теплового потока (ДТП), где корпус 1 датчика теплового потока с чувствительным элементом 2 ввинчен в первой цилиндрической части 8 устройства охлаждения с внутренним резьбовым отверстием 10, внутреннее пространство корпуса ДТП состоит из трех цилиндров: первый цилиндр 3 заполнен теплоэлектроизоляционным материалом с низкой теплопроводностью; промежуточный цилиндр 4 заполнен керамическим материалом (керамической трубкой); третий цилиндр 5 заполнен электроизолирующим клеевым составом, который фиксирует положение электродов дифференциальной термопары в одном положении, центральный электрод 6 дифференциальной термопары проходит через ось симметрии корпуса 1, цифрой 7 обозначен второй электрод дифференциальной термопары. Устройство охлаждения состоит из двух цилиндрических частей: первая цилиндрическая часть 8 склеена со второй частью 9 высокотемпературным герметиком 12, после нанесения герметика обе части 8 и 9 стягиваются в единое целое с помощью корпуса 1 ДТП. Для охлаждения корпуса ДТП охлаждающая жидкость 13 нагнетается через трубку 11, а выводится через трубку 14. Цифрой 15 обозначена вытекающая жидкость. Следует отметить, что составные части 8 и 9 устройства охлаждения выполнены из материала с высокой теплопроводностью, например из меди.The drawing shows a view of the proposed design of the heat flow sensor (HFT), where the
Экспериментальные исследования датчика теплового потока предлагаемой конструкции при регистрации плотности теплового потока в диапазоне до 2 мВт/м2 показали, что для варианта с камерой охлаждения (см. чертеж) температура корпуса 1 при длительной работе не превышает 50°С, а чувствительность равна чувствительности датчика типа ФОА 013 в этом же диапазоне.Experimental studies of the heat flux sensor of the proposed design when registering the heat flux density in the range up to 2 mW/m 2 showed that for the variant with a cooling chamber (see drawing), the temperature of the
Claims (5)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2791676C1 true RU2791676C1 (en) | 2023-03-13 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
RU2700726C1 (en) * | 2019-02-12 | 2019-09-19 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение Измерительной техники" (АО "НПО ИТ") | Heat flux sensor |
US10709384B2 (en) * | 2015-08-19 | 2020-07-14 | Mc10, Inc. | Wearable heat flux devices and methods of use |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
US10709384B2 (en) * | 2015-08-19 | 2020-07-14 | Mc10, Inc. | Wearable heat flux devices and methods of use |
RU2700726C1 (en) * | 2019-02-12 | 2019-09-19 | Акционерное общество "Научно-производственное объединение Измерительной техники" (АО "НПО ИТ") | Heat flux sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
McComas et al. | Combined free and forced convection in a horizontal circular tube | |
US3138025A (en) | High temperature probe | |
GB2266771A (en) | Heatflow balancing thermometer | |
CN115452180B (en) | High-enthalpy airflow recovery temperature measurement method and measurement device | |
CN103353355A (en) | Sensor for temperature and heat-flow measuring under high temperature environment | |
US4339949A (en) | Process and apparatus for the thermal measurement of mass flow | |
RU2791676C1 (en) | Cooled heat flow sensor | |
UA96386C2 (en) | Electrical heating element | |
US4949578A (en) | Flow metering of high temperature gases | |
US3433068A (en) | Thermal mass flow sensor | |
Li et al. | Measurements of wall heat flux and temperature in a supersonic model combustors | |
Diller et al. | Heat flux measurement | |
RU2700726C1 (en) | Heat flux sensor | |
CN2932343Y (en) | Thermometer tester | |
CN106383214A (en) | Heat insulation device and temperature control regulation device used for friction sensitivity tester | |
CN207488852U (en) | A kind of gas constant temperature device and detecting system | |
Glaser | High Radiation‐Flux, Absolute, Water‐Flow Calorimeter | |
Sapozhnikov et al. | Bismuth-based gradient heat-flux sensors in thermal experiment | |
Zhang et al. | Development of exposed rapid thermocouple for internal fluid temperature testing under pressure | |
JPS6050299B2 (en) | Thermal resistance measuring device | |
CN113074824B (en) | Temperature measuring method, temperature measuring element and temperature measuring device | |
CN203643052U (en) | Thermal-resistant thermal flux sensor | |
SU198731A1 (en) | THERMAL FLOW MEASUREMENTS | |
SU1509635A1 (en) | Heat flow sensitive element | |
SU679823A1 (en) | Thermosound |