RU28771U1

RU28771U1 - Датчик теплового потока

Info

Publication number: RU28771U1
Application number: RU2002124912/20U
Authority: RU
Inventors: Г.В. Ермаков; Г.Н. Перельштейн; И.М. Падерин; гов Е.В. Липн; Е.В. Липнягов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Центр новых технологий"
Priority date: 2002-09-16
Filing date: 2002-09-16
Publication date: 2003-04-10

Description

,.„„.....„... , , ..,.„.-....-, «IIМПК7 G OIK 17/08, 17/20

Датчик теплового потока

Полезная модель относится к теплотехнике, в частности к устройствам для измерения тепловых потоков и может найти применение в та1сих областях техники как тепловые сети зданий, теплопроводы отопительных систем, бытовая техника, связанная с процессом теплообмена при температурах нагрева до 150°С, научных экспериментах.

Известен датчик теплового потока, содержащий теплопроводную мембрану, установленную на торце теплопроводной гильзы, датчик разности температур между центром мембраны и местом соединения мембраны с гильзой, расположенный с внутренней стороны мембраны, в котором на внутренней стороне гильзы под мембраной с зазором закреплен колпачок из теплопроводного материала, выполненный в виде стакана, с установленным в нем со стороны мембраны вкладышем из теплоизоляционного материала (см. авторское свидетельство СССР № 1509635 «Датчик теплового потока, МКИ4 G 01К 17/06, опубликованное 23.03.89).

Недостатком известного датчика теплового потока является сложность конструктивного исполнения в связи с необходимостью точного выбора толщины стенки колпачка в зависимости от теплофизических характеристик материала и эффективного теплового контакта в месте сопряжения с гильзой, точного выбора толщины самого колпачка, а также местоположения посадочных поясков (место контакта колпачка с гильзой) в зависимости от теплопроводности и теплового баланса, исходя из условия соблюдения определенного перепада температуры между основанием мембраны и центральной частью колпачка.

Использование известного датчика оправданно для измерения тепловых потоков в диапазоне температур 300-2000°С, а для измерения тепловых потоков до 150°С нецелесообразно в связи с тепловой инерционностью и сложностью конструкции.

Наиболее близким по совокупности сзтцественных признаков является датчик теплового потока, содержащий теплоотвод (теплоприемник), тепловоспринимающий (термочувствительный) элемент с плоской приемной площадкой (контактной

поверхностью), вьшолненныи в виде полого тела вращения из электропроводящ материала с низкой теплопроводностью и соединенный с периферийной частью торца теплоотвода, дифференциальную термопару, образуемзто тепловоспринимающим элементом, теплоотводом и двумя токовыводами, один из которых соединен с центром приемной площадки, другой - с теплоотводом (см. авторское свидетельство СССР № 800714 «Датчик теплового потока, МКИЗ, G OIK 17/20, опубликованное 30.01.81).

в известном датчике с плоской приемной площадкой, занимающей весь торец теплоприемника, основньш способом теплообмена между теплоотдающей поверхностью и окружающей средой зголяется теплопроводность, что приводит к значительному искажению физической картины теплового процесса и процесса распределения плотности теплового потока на исследуемой поверхности, обусловленных разными теплофизическими свойствами и коэффициентами теплопроводности материалов тепловоспринимающего элемента и исследуемой поверхности, что вызьшает тепловую инерционность датчика и искажение показаний величины теплового потока.

Кроме того, возможно рассеяние тепла в перпендикулярном потоку направлении, что также искажает показания измерений датчика.

Таким образом, недостатком известного датчика является его тепловая инерционность и низкая точность измерения тепловых потоков, что затрудняет его использование в нестационарных режимах, а также при измерении тепловых потоков небольшой интенсивности.

Технический результат заявляемой полезной модели предусматривает повьппение точности измерения теплового потока и уменьшение тепловой инерционности датчика.

Технический результат достигается тем, что в датчике теплового потока, содержащем теплоприемник, выполненный в виде полого цилиндра, термочувствительный элемент с плоской контактной поверхностью, выполненный в виде тела вращения и соединенный с торцом теплоприемника, и дифференциальную термопару, согласно полезной модели, теплоприемник выполнен тонкостенным из теплоизоляционного материала, а плоская контактная поверхность термочувствительного элемента выполнена в виде кольца из теплопроводного материала, дифференциальная термопара выполнена из двух последовательно соединенных термопар, одна из которых установлена на термочувствительном элементе, а другая - внутри теплоприемника.

Выполнение теплоприемника в виде тотсостенного полого цилиндра из теплоизоляционного материала, плоской контактной поверхности термочувствительного элемента - в виде кольца из теплопроводного материала, а дифференциальной термопары - из двух последовательно соединенных термопар, одна из которых установлена на контактной поверхности, другая - внутри теплоприемника, позволяет обеспечить конвективный характер теплообмена между исследуемой поверхностью и окружающей средой, исключить влияние таких физических величин, как теплопроводность датчика и коэффициент теплопередачи между ним и исследуемой поверхностью в месте установки датчика, свести к минимуму искажение физической картины теплообмена при измерении теплового потока, следовательно, повысить точность его измерения и уменьшить металлоемкость устройства. Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков

полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна.

На чертеже изображен датчик теплового потока в разрезе.

Датчик теплового потока содержит теплоприемник 1, вьщолненньш в виде полого тонкостенного цилиндра из теплоизоляционного материала, термочувствительный элемент 2 с плоской контактной поверхностью 3, выполненной в виде кольца из теплопроводного материала, в частности, меди.

Термочувствительный элемент 2 соединен с торцом теплоприемника 1.

Кроме того, датчик теплового потока содержит дифференциальную термопару, вьшолненную из двух последовательно соединенных термопар 4 и 5, одна из которых установлена на контактной поверхности 3, а другая - внутри теплоприемника 1 на расстоянии 3 - 5 мм от первой термопары 4.

Термопары 4 и 5 вьшолнены из материала «медь-константан.

Термопары 4 и 5 снабжены медными вьшодными проводами 6 и 7, выполненными из меди и предназначенными для измерения температурного градиента в тепловом потоке на участке между термопарами 4 и 5.

Примером оптимального вьшолнения является датчик теплового потока со следующими размерами: наружный диаметр теплоприемника 1 - (5-10) мм, высота датчика - (5-7) мм, расстояние от приемной площадки 3 до термопары 5 - (3-5) мм, высота термочувствительного элемента 2 - (1) мм, а его толщина - (0,7-1) мм и равна толщине теплоприемника 1.

Датчик теплового потока работает следующим образом.

Датчик теплового потока предварительно калибруют на теплоотдающей поверхности с известным тепловым потоком. В результате калибровки получают экспериментальную зависимость градиента температуры от теплового потока.

Затем датчик теплового потока устанавливают плоской контактной поверхностью 3 на исследуемую поверхность. Тепловой поток нагревает плоскую контактную поверхности 3 термочувствительного элемента 2 и, проходя по теплоприемнику 1, вызьшает перепад температуры (At) между термопарами 4 и 5, который фиксируют при помощи выводных проводов 6 и 7. По измеренному градиенту температуры (At) с помощью калибровочной зависимости определяют величину теплового потока.

Заявляемый датчик теплового потока позволяет измерить тепловой поток и температуру с высокой точностью, низкой тепловой инерционностью, практически не искажая физическую картину теплообмена в месте установки датчика на исследуемой поверхности.

.(./

3

Claims

Датчик теплового потока, содержащий теплоприемник, выполненный в виде полого цилиндра, термочувствительный элемент с плоской контактной поверхностью, выполненный в виде тела вращения и соединенный с торцом теплоприемника, и дифференциальную термопару, отличающийся тем, что теплоприемник выполнен тонкостенным из теплоизоляционного материала, а плоская контактная поверхность термочувствительного элемента выполнена в виде кольца из теплопроводного материала, дифференциальная термопара выполнена из двух последовательно соединенных термопар, одна из которых установлена на контактной поверхности, другая - внутри теплоприемника.