SU1765721A1 - Датчик теплового потока - Google Patents

Abstract

Использование: измерение стационарных и импульсных локальных силовых потоков , Сущность изобретени : на торце цилидрического теплоотвода закреплен блок из низкотеплопроводного металла с двум  термопарами, термоэлектроды которых размещены во взаимно перпендикул рных плоскост х под углом к оси блока. Рабочий спай первой термопары образован в зоне контакта ее термоэлектродов с теп- ловоспринимающим элементом в виде сло  материала, нанесенного на поверхность блока. Рабочий спай второй термопары образован в зоне контакта ее термоэлектродов , выведенных через теплоотвод, с поверхностью сопр жени  торца последнего с блоком. Рабочие спаи термопар размещены соосно. 4 ил.

Description

сл

с

Изобретение относитс  к теплофизиче- ским измерени м, а именно к устройствам измерени  стационарных и импульсных тепловых потоков.

Известно устройство дл  измерени  теплового потока 1, содержащее тепло- метрический блок, две рабочие поверхности которого поддерживаютс  при температурах , разность которых  вл етс  функцией теплового потока. Кажда  из поверхностей снабжена двум  электрическими резисторами , сопротивлени  которых измен ютс  в зависимости от температуры. Четыре резистора соединены в мостовую схему, разбаланс которой пропорционален тепловому потоку.

Недостатком этого устройства  вл етс  больша  его инерционность, возникающа  вследствие введени  электрической изол ции терморезисторов, размещенных на поверхност х теплометрического блока. При

измерении импульсных локальных тепловых потоков не обеспечиваетс  одномерность температурного пол  в рабочей зоне теплометрического блока, что приводит к невысокой точности измерени .

Наиболее близким к за вл емому  вл етс  прин тый за прототип датчик теплового потока 2, содержащий блок из низкотеплопроводного металла с двум  термопарами , рабочие спаи которых размещены по его оси, а термоэлектроды первой и второй термопар выведены к боковой поверхности блока через сделанные в нем отверсти . На боковой поверхности блока размещен теплоизол тор, а теплоотвод осуществл етс  через торец блока.

Недостатком такого датчика  вл етс  то, что спаи термопар расположены в толще блока и имеют конечный размер. Это приводит к неопределенности в положени х точек по оси датчика, в которых провод тс  измеXI о сл

и

рени  температуры блока. Кроме того, не обеспечиваетс  надежный тепловой контакт рабочего спа  термопары с блоком без существенного нарушени  структуры блока. Конечность размеров спаев термопар, а также искажение температурного пол  блока привод т к погрешности измерени  теплового потока.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени  стационарных и импульсных локальных тепловых потоков.

Цель достигаетс  тем, что в датчик теплового потока, содержащий блок из низкотеплопроводного металла с двум  термопарами, рабочие спаи которых размещены по его оси, в термоэлектроды первой термопары выведены через блок, закрепленный на торце цилиндрического теплоотвода из металла с высокой теплопроводностью, введен тепловоспринимающий элемент в виде сло  металла, нанесенного на поверхность блока и образующего в зоне контакта с этой поверхностью термоэлектродов первой термопары ее рабочий спай, при этом термоэлектроды обеих термопар размещены во взаимно перпендикул рных плоскост х под углом к оси блока, а рабочий спай второй термопары образован в зоне контакта ее термоэлектродов, выведенных через теплоотвод, с поверхностью сопр жени  торца последнего с металлическим блоком.

На фиг. 1 показан датчик теплового потока; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - место I на фиг. 1; на фиг. 4 - место II на фиг. 2.

Датчик теплового потока содержит цилиндрический теплоотвод 1 из металла с высокой теплопроводностью, например из меди. На верхнем торце цилиндрического теплоотвода 1 закреплен блок 2 в виде металлической пластины, боковые поверхности которой теплоизолированы защитной оболочкой 3, Блок 2 изготовлен из металла, обладающего низкой теплопроводностью и малым температурным ее изменением, например из некоторых бронз или сплавов никел . На наружную торцовую поверхность блока 2 нанесен тепловоспринимающий элемент 4 в виде сло  металла с высокой теплопроводностью.

В датчике выполнены отверсти , в которых размещены перва  5 и втора  б термопары , спаи соответственно 7 и 8 которых размещены по оси датчика на противоположных торцовых поверхност х блока 2. Термоэлектроды 9 и 10 первой 5 термопары выведены через блок 2 и образуют в зоне контакта с поверхностью блока 2 рабочий спай 7, а рабочий спай 8 второй термопары образован в зоне контакта ее термоэлектродов 11 и 12, выведенных через теплоотвод 1, с поверхностью сопр жени  его торца с блоком 2. Термоэлектроды обеих термопар 5, 6 размещены во взаимно перпендикул рных плоскост х под углом к оси блока 2. Все термоэлектроды 9-12 электрически изолированы , например, керамикой или термостойким клеем.

Датчик теплового потока работает следующим образом. Тепловой поток, попадающий на датчик, проходит через тепловоспринимающий элемент 4, блок 2 и поступает в теплоотвод 1, обеспечивающий сток тепла в датчике. Вследствие высокого термического сопротивлени  блока 2 на его

торцовых поверхност х температуры различаютс . Термопары 5 и 6, предназначенные дл  измерени  температур, имеют изогнутые термоэлектроды 9-12, расположенные во взаимно перпендикул рных плоскост х,

и выведены из центральной зоны блока 2, Благодар  этому тепловой поток, проход щий через датчик, однороден. Так как спаи 7 и 8 термопар 5 и 6 расположены на торцовых поверхност х блока 2, то измер емые

температуры определ ютс  лишь интенсивностью падающего теплового потока и свой- ствами материалов блока 2, а также тепловоспринимающего элемента 4.

Регистрирующей аппаратурой фиксируютс  сигналы с первой 5 и второй 6 термопар . Разность сигналов термопар 5 и 6 определ ет стационарную составл ющую теплового потока qcr

35

qCT

A(ti -g)

О)

где А- коэффициент теплопроводности материала блока 2;

ti и t2 - температуры, измеренные термопарами 5 и 6;

h - толщина блока 2. В случае импульсного теплового потока регистрируетс  сигнал с термопары 5, а также сигнал разности двух термопар 5 и 6. Измеренные температуры, а также коэффициенты тепло- и температуропроводности  вл ютс  исходными данными при определении теплового потока путем решени  обратной задачи теплопроводности.

Изобретение иллюстрируетс  следующим примером.

Датчик при диаметре воспринимающего тепловой поток торца, равном 5 мм, имел

толщину поверхностного сло  из меди, равную 50 мкм, и толщину блока из бронзы ОФ10-1, равную 0,5 мм. Цилиндрический теплоотвод выполнен из меди. Бокова  поверхность датчика покрыта термостойким

компаундом, обеспечивающим теплоизол цию блока. Электроды термопар изготовлены из хромель-алюминиевой термопарной проволоки диаметром 0,1 мм и выведены от оси датчика под углом 80° Изол ци  электродов выполнена эпоксидным компаундом К-800 с добавлением нитрида бора Датчик позволил проводить измерени  стационарного и импульсного тепловых потоков и обеспечил снижение погрешности измерени  в 3 раза.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Датчик теплового потока, содержащий блок из низкотеплопроводного металла с двум  термопарами, рабочие спаи которого размещены по его оси, а термоэлектроды первой термопары выведены через блок, за4

   Флг./

   0

   5

   крепленный на торце цилиндрического теп- лоотвода из металла с высокой теплопроводностью , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени  импульсных локальных тепловых потоков, в него введен тепловоспринимающий элемент в виде сло  металла, нанесенного на поверхность блока и образующего в зоне контакта с этой поверхностью термоэлектродов первой термопары ее рабочий спай, при этом термоэлектроды обеих термопар размещены во взаимно перпендикул рных плоскост х под углом к оси блока, а рабочий спай второй термопары образован в зоне контакта ее термоэлектродов, выведенных через теплоотвод, с поверхностью сопр жени  торца последнего с металлическим блоком.

   /г

   Фиг. 2

   y////// /

   I

   Риг, 3 I

   Ж

   Риг. 4