RU2791676C1 - Cooled heat flow sensor - Google Patents

Cooled heat flow sensor Download PDF

Info

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
Application number
RU2022116449A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Василий Семенович Райлян
Василий Иванович Фокин
Александр Васильевич Терехин
Сергей Александрович Мешков
Original Assignee
Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие " Технология" им. А.Г. Ромашина"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие " Технология" им. А.Г. Ромашина" filed Critical Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие " Технология" им. А.Г. Ромашина"
Application granted granted Critical
Publication of RU2791676C1 publication Critical patent/RU2791676C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: thermophysical measurements.
SUBSTANCE: 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. Claimed is a cooled heat flow sensor (HFS), made according to the Gordon scheme, containing a constantan sensitive element connected to a copper case, copper electrodes and a cooling device. The HFS 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 HFS body. In the central part of the cooling device, there is a through hole with a thread equal to the thread on the HFS housing, which makes it possible to use the HFS housing as a fastener for assembling the components of the cooling device. The internal space in the HFS housing from the sensing element to the electrode outlet is filled with solid heat-insulating and electrically insulating material, and the differential thermocouple electrodes exit from the housing through an adhesive medium that fixes the position of the electrodes and electrical insulation relative to the HFS housing.
EFFECT: improving the accuracy of heat flow measurements during thermal testing of aircraft elements in radiation heating installations.
5 cl, 1 dwg

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 claim 1, characterized in that the space under the sensing element is made in the form of three cylinders of different diameters: the first cylinder under the sensing element is made with a large diameter from a material with a thermal conductivity close to that of dry air, and second,

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 claim 1, characterized in that the cooling device can be made without a cooling chamber from two cylindrical parts made of a material with high thermal conductivity, and the parts are mounted on a copper tube through which liquid flows, for example water.

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 claim 1, characterized in that the cooling device can be made with a cooling chamber, which is assembled from two cylindrical parts, which are glued with a high-temperature sealant.

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 claim 1, characterized in that the part of the cooling device into which the body of the heat flow sensor (HFT) is screwed is made with holes for fastening at the place of control of the heat flux density.

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 body 1 of the heat flow sensor with a sensitive element 2 is screwed into the first cylindrical part 8 of the cooling device with an internal threaded hole 10, the interior of the body of the HTA consists of three cylinders: the first cylinder 3 is filled heat-insulating material with low thermal conductivity; the intermediate cylinder 4 is filled with ceramic material (ceramic tube); the third cylinder 5 is filled with an electrically insulating adhesive composition that fixes the position of the electrodes of the differential thermocouple in one position, the central electrode 6 of the differential thermocouple passes through the axis of symmetry of the body 1, the number 7 indicates the second electrode of the differential thermocouple. The cooling device consists of two cylindrical parts: the first cylindrical part 8 is glued to the second part 9 with a high-temperature sealant 12, after applying the sealant, both parts 8 and 9 are pulled together by means of the body 1 of the RTD. To cool the housing of the accident, the coolant 13 is injected through the tube 11, and is discharged through the tube 14. The number 15 indicates the flowing fluid. It should be noted that the components 8 and 9 of the cooling device are made of a material with high thermal conductivity, such as copper.

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 case 1 does not exceed 50°C during long-term operation, and the sensitivity is equal to the sensitivity of the sensor type FOA 013 in the same range.

Claims (5)

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, 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.2. A cooled heat flow sensor (HFT) according to claim 1, characterized in that the space under the sensing element is made in the form of three cylinders of different diameters: the first cylinder under the sensing element is made with a large diameter from a material with a thermal conductivity close to that of dry air, and the second one, of a smaller diameter, is 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 are mounted on the electrodes of the differential thermocouple made of high-temperature electrically insulating material, 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 claim 1, characterized in that the cooling device can be made without a cooling chamber from two cylindrical parts made of a material with high thermal conductivity, and the parts are mounted on a copper tube through which a liquid flows, for example water . 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 claim 1, characterized in that the cooling device can be made with a cooling chamber, which is assembled from two cylindrical parts, which are glued with a high-temperature sealant. 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. Cooled heat flow sensor (HFT) according to claim 1, characterized in that the part of the cooling device, into which the body of the heat flow sensor (HFT) is screwed, is made with holes for fastening in the place of heat flow density control.
RU2022116449A 2022-06-20 Cooled heat flow sensor RU2791676C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2791676C1 true RU2791676C1 (en) 2023-03-13

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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