RU2808217C1 - Теплоприемник - Google Patents
Теплоприемник Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808217C1 RU2808217C1 RU2023104091A RU2023104091A RU2808217C1 RU 2808217 C1 RU2808217 C1 RU 2808217C1 RU 2023104091 A RU2023104091 A RU 2023104091A RU 2023104091 A RU2023104091 A RU 2023104091A RU 2808217 C1 RU2808217 C1 RU 2808217C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat
- base
- circle
- thermal conductivity
- switching unit
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к технике измерения тепловых потоков и может быть использовано для длительного измерения тепловых потоков с широким динамическим диапазоном при повышенной точности измерений в условиях воздействия жестких механических нагрузок при проведении газодинамических испытаний. Заявлен теплоприемник, содержащий основу в виде круга с градуировочным резистором, термометрическим терморезистором и термобатареей из последовательно соединенных термопар с горячими термоспаями, расположенными в центре круга и холодными термоспаями, расположенными по краям круга, Т-образный тепловоспринимающий элемент в виде круга с концентратором температуры в центре, который прикреплен основанием своей Т-образной ножки к центру основы, корпус теплоприемника, кабель с соединительными проводниками, имеющий также дополнительный корпус чувствительного элемента с теплопроводностью, соответствующей теплопроводности поверхности, на которой производится измерение теплового потока, и в который заключены тепловоспринимающий элемент с основой. К обратной стороне дополнительного корпуса чувствительного элемента прикреплен коммутационный узел с фиксирующим ее кольцом по резьбе на внутренней поверхности дополнительного корпуса чувствительного элемента кольцом, причем пространство корпуса чувствительного элемента между коммутационным узлом и основой заполнено компаундом с низкой теплопроводностью. Дополнительный корпус чувствительного элемента по своему внешнему диаметру закреплен к внутренней поверхности корпуса теплоприемника со стороны воздействия теплового потока, а проводники соединительного кабеля через промежуточные контакты на коммутационном узле соединены с горячим и холодным концами термобатареи, с концами градуировочного резистора и концами термометрического терморезистора. Технический результат - увеличение стойкости и прочности работы датчика в условиях повышенных механических нагрузок при расширении динамического диапазона измеряемых тепловых потоков и снижении погрешности измерений. 1 ил.
Description
Изобретение относится к технике измерения тепловых потоков и может быть использовано для длительного измерения тепловых потоков с широким динамическим диапазоном при повышенной точности измерений в условиях воздействия жестких механических нагрузок при проведении газодинамических испытаний.
Известен датчик теплового потока [патент США US 3599474, кл. G01K 17/00, опубл. 17.08.1971 г.], содержащий несущую основу, в которую встроена термобатарея, горячие концы которой расположены в центре основы по ее толщины, а холодные концы термобатареи выведены на край основы, к боковым краям которой подведены выводы источника постоянного тока, соединенные между собой через резистивный нагреватель, расположенный в основе.
Недостатком такого датчика является низкая механическая прочность и устойчивость, что объясняется отсутствием у него прочного механического корпуса. Кроме того, такой датчик имеет погрешность калибровки, которая вносится при включении источника тока и нагревании резистивного нагревателя, т.к. при таком конструктивном исполнении затруднительно нормировать распределение теплового потока по пространству несущей основы.
Известен также датчик теплового потока (патент на полезную модель РФ №108612. кл. G01 17/08, опубл. 20.09.2011 г.), содержащий несущую основу, представляющую из себя профилированную мембрану с расположенными на ней батареями термопар, перпендикулярными тепловому потоку и выполненными в виде поликремний-алюминиевых мезоструктур, покрытых сверху слоем защитного диэлектрического окисла, а также концентратор, крепящийся основанием к центру несущей основы.
Однако датчик имеет низкую стойкость и прочность при работе в условиях воздействия повышенных механических нагрузок, т.к. структура профиля основы не обладает антирезонанснымй свойствами в силу наличия множественной профилированности.
Кроме того, датчик имеет ограниченную температуру эксплуатации, время применения и невысокую точность измерения, т.к. не имеет термометра для измерения температуры тепловоспринимающего элемента и, соответственно, возможности корректировки показаний при нагреве, а также не имеет возможности самокалибровки, т.к. не имеет градуировочного резистора для имитации воздействия теплового потока. Введение соответствующих резистивных соединений в таком датчике и, соответственно, дополнительных контактных и коммутирующих соединений трудновыполнимо и нетехнологично, т.к. приведет к еще большему снижению стойкости и прочности в условиях воздействия повышенных механических нагрузок
Технический результат - увеличение стойкости и прочности работы датчика в условиях повышенных механических нагрузок при расширении динамического диапазона измеряемых тепловых потоков и снижении погрешности измерений.
Указанный технический результат достигается тем, что в теплоприемнике, содержащем основу в виде круга с градуировочным резистором, термометрическим терморезистором и термобатареей из последовательно соединенных термопар с горячими термоспаями, расположенными в центре круга и холодными термоспаями, расположенными по краям круга, Т-образный тепловоспринимаюший элемент в виде круга с концентратором температуры в центре, который прикреплен основанием своей Т-образной ножки к центру основы, корпус теплоприемника, кабель с соединительными проводниками, введены дополнительный корпус чувствительного элемента с теплопроводностью, соответствующей теплопроводности поверхности, на которой производится измерение теплового потока, и в который заключены тепловоспринимающий элемент с основой, к обратной стороне дополнительного корпуса чувствительного элемента прикреплен коммутационный узел с фиксирующим ее кольцом по резьбе на внутренней поверхности дополнительного корпуса чувствительного элемента, причем пространство дополнительного корпуса чувствительного элемента между коммутационным узлом и основой заполнено компаундом с низкой теплопроводностью, сам дополнительный корпус чувствительного элемента по своему внешнему диаметру закреплен к внутренней поверхности корпуса теплоприемника со стороны воздействия теплового потока, а проводники соединительного кабеля через промежуточные контакты на коммутационном узле соединены с горячим и холодным концами термобатареи, с концами градуировочного резистора и концами термометрического терморезистора.
На Фиг. 1 приведен эскиз конструкции предлагаемого теплоприемника.
Теплоприемник содержит 1 - основу с градуировочным резистором, термометрическим терморезистором и термобатареей, 2 - Т-образный тепловоспринимающий элемент, 3 - коммутационный узел, 4 - дополнительный корпус чувствительного элемента, 5 - контакты, 6 - компаунд с низкой теплопроводностью, 7 - кольцо, 8 - корпус датчика, 9 - кабель, 10 - контргайки корпуса теплоприемника.
Теплоприемник работает следующим образом. Т-образный тепловоспринимающий элемент через концентратор передает тепловой поток непосредственно на центральную часть основы. Плотность теплового потока, передаваемая концентратором на центральную часть основы, равна
где р2 - плотность падающего теплового потока;
S1 - площадь контакта концентратора с центральной частью несущей основы;
S2 - площадь тепловоспринимающего элемента, на которую падает измеряемый тепловой поток.
Под действием теплового потока в несущей основе 1 возникает разность температур между центральной частью и ее краем. Термобатарея из термопар преобразует возникшую разность температур в выходной электрический сигнал.
Плотность теплового потока (кВт/м2) пропорциональна термоЭДС термобатареи
где Е - выходной сигнал датчика, мВ;
R - сопротивление термометрического терморезистора при измерении Е, Ом;
R20 - сопротивление термометрического терморезистора при температуре t=20°С, Ом;
К20 - чувствительность теплоприемника при температуре t=20°С, мВ⋅м2/кВт;
α - температурный коэффициент чувствительности.
Здесь температура корпуса теплоприемника 8 измеряется по величине R термометрического терморезистора, расположенного на основе 1 непосредственно с ее края, примыкающего к корпусу чувствительного элемента 4.
При проведении градуировки теплоприемника при помощи встроенного в основу 1 градуировочного резистора, расположенного в центре основы 1, на него через проводники кабеля 9 и соответствующие контакты 5 подается электрический ток, который приводит к нагреву градуировочного резистора. Создаваемый таким образом тепловой градиент температуры в основе 1 приводит к появлению разницы температур холодных и горячих термоспаев термобатареи и к появлению разницы потенциалов на ее выводах, которая через соответствующие промежуточные контакты 5 выводится через кабель 9. По данному сигналу определяется эквивалентный тепловой поток.
Основа 1, тепловоспринимающий элемент 2, коммутационный узел 3 заключены в отдельный дополнительный корпус чувствительного элемента 4, теплопроводность которого соответствует теплопроводности поверхности, на которой будет производиться измерение теплового потока. Коммутационный узел 3 закреплен герметично изнутри дополнительного корпуса чувствительного элемента 4 с помощью кольца 7, а образованная ими полость залита компаундом 6 с низкой теплопроводностью. Дополнительный корпус чувствительного элемента 4 установлен в корпус теплоприемника 8, обладая с ним хорошим тепловым контактом. На поверхность, на которой производится измерение падающего теплового потока, теплоприемник устанавливается с помощью резьбового соединения заподлицо и фиксируется с помощью контргаек 10. Выходной сигнал, сигнал с термометрического терморезистора, электрический ток в градуировочный резистор подаются через кабель 9.
Приведенная конструкция теплоприемника имеет существенно большую стойкость и прочность в условиях повышенных механических нагрузок, что обеспечивается увеличением антивибрационных свойств теплоприемника за счет отдельного дополнительного корпуса чувствительного элемента 4, включающего в том числе коммутационный узел 3 и заполнения образованной полости с основой 1 компаундом 6 с низкой теплопроводностью.
Повышение точности измерения теплоприемника достигается путем уменьшения методической погрешности измерения за счет введения дополнительного корпуса чувствительного элемента 4 с теплопроводностью, соответствующей теплопроводности поверхности, на которой производится измерение теплового потока и обладающего тепловым контактом с корпусом теплоприемника 8, а также калибровкой теплоприемника с помощью градуировочного резистора на основе 1.
Проведенные испытания показали увеличение механической прочности теплоприемника на 60% при воздействии синусоидальной вибрации, а также уменьшение погрешности теплоприемника при измерении тепловых потоков в течение длительного времени при газодинамических испытаниях различных конструкций.
Claims (1)
- Теплоприемник, содержащий основу в виде круга с градуировочным резистором, термометрическим терморезистором и термобатареей из последовательно соединенных термопар с горячими термоспаями, расположенными в центре круга и холодными термоспаями, расположенными по краям круга, Т-образный тепловоспринимающий элемент в виде круга с концентратором температуры в центре, который прикреплен основанием своей Т-образной ножки к центру основы, корпус теплоприемника, кабель с соединительными проводниками, отличающийся тем, что введен дополнительный корпус чувствительного элемента с теплопроводностью, соответствующей теплопроводности поверхности, на которой производится измерение теплового потока, и в который заключены тепловоспринимающий элемент с основой, к обратной стороне дополнительного корпуса чувствительного элемента прикреплен коммутационный узел с фиксирующим ее кольцом по резьбе на внутренней поверхности дополнительного корпуса чувствительного элемента, причем пространство дополнительного корпуса чувствительного элемента между коммутационным узлом и основой заполнено компаундом с низкой теплопроводностью, сам дополнительный корпус чувствительного элемента по своему внешнему диаметру закреплен к внутренней поверхности корпуса теплоприемника со стороны воздействия теплового потока, а проводники соединительного кабеля через промежуточные контакты на коммутационном узле соединены с горячим и холодным концами термобатареи, с концами градуировочного резистора и концами термометрического терморезистора.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2808217C1 true RU2808217C1 (ru) | 2023-11-27 |
Family
ID=
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU28771U1 (ru) * | 2002-09-16 | 2003-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр новых технологий" | Датчик теплового потока |
RU35565U1 (ru) * | 2003-02-19 | 2004-01-20 | Калининградский государственный технический университет | Датчик теплового потока |
RU108612U1 (ru) * | 2011-04-28 | 2011-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Микросистемные технологии" (ООО "МикроСисТех") | Сенсор плотности теплового потока |
CN203643055U (zh) * | 2013-11-25 | 2014-06-11 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种用于高温大热流测量的薄膜热流传感器 |
CN108562381A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-09-21 | 中北大学 | 用于高温环境下测量热流的薄膜传感器及其制作方法 |
CN111024269A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-17 | 中国计量大学 | 一种测量沿壁面热流的平面型热流传感器及其标定方法 |
CN111829694A (zh) * | 2019-04-23 | 2020-10-27 | 北京振兴计量测试研究所 | 用于热流传感器的热流敏感元件及具有其的热流传感器 |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU28771U1 (ru) * | 2002-09-16 | 2003-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Центр новых технологий" | Датчик теплового потока |
RU35565U1 (ru) * | 2003-02-19 | 2004-01-20 | Калининградский государственный технический университет | Датчик теплового потока |
RU108612U1 (ru) * | 2011-04-28 | 2011-09-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Микросистемные технологии" (ООО "МикроСисТех") | Сенсор плотности теплового потока |
CN203643055U (zh) * | 2013-11-25 | 2014-06-11 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种用于高温大热流测量的薄膜热流传感器 |
CN108562381A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-09-21 | 中北大学 | 用于高温环境下测量热流的薄膜传感器及其制作方法 |
CN111829694A (zh) * | 2019-04-23 | 2020-10-27 | 北京振兴计量测试研究所 | 用于热流传感器的热流敏感元件及具有其的热流传感器 |
CN111024269A (zh) * | 2019-12-25 | 2020-04-17 | 中国计量大学 | 一种测量沿壁面热流的平面型热流传感器及其标定方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106768493B (zh) | 一种串联供电的薄膜热阻式热流传感器 | |
AU2007202230A1 (en) | Thermometer calibration | |
US10948358B2 (en) | Fixing element, use of a sensor integrated in the fixing element and method for detecting the heat flow inside mechanical elements | |
CA2011659C (en) | Measuring sensor for fluid state determination and method for measurement using such sensor | |
CN105371976A (zh) | 热电阻测温装置及测温方法 | |
JP2003057117A (ja) | 赤外線温度計に用いるプローブ | |
CN113125048B (zh) | 可直接测量热偶型功率传感器的微量热计及功率基准系统 | |
US3417617A (en) | Fluid stream temperature sensor system | |
RU2808217C1 (ru) | Теплоприемник | |
GB2437984A (en) | Temperature compensation for gas sensor using constant current bridge | |
CN109282911A (zh) | 高精度测温探头及高精度测温仪 | |
US4166390A (en) | Scanning radiometer apparatus | |
Zhang et al. | An improved hot probe for measuring thermal conductivity of liquids | |
Alsnaie et al. | Study and Design of a Multi-range Programmable Sensor for Temperature Measurement | |
CN107063493B (zh) | 双功用测温加温传感器 | |
KR20230099521A (ko) | 반응속도가 향상된 적외선 체온계 | |
Assaad et al. | Thin-film heat flux sensor for measuring the film coefficient of rubber components of a rolling tire | |
JP3073944B2 (ja) | 平型シート状界面センサー | |
RU2633405C1 (ru) | Устройство для измерений теплопроводности | |
TWI275783B (en) | Device for measuring temperature by a thermal couple | |
JP3184941B2 (ja) | 温度検出装置 | |
RU2289107C2 (ru) | Термопара | |
Pennypacker | Instrumentation for epidemiology | |
CN207335900U (zh) | 加温及测温双功能温度传感器 | |
Katzmann | A thermoresistive ac-dc transfer element |