Датчик для определения коэффициента теплоотдачи в жидкости

П 9) (И) СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 1 К 17/00 6 01 й 25/1 СУД АРСТВЕНН О ДЕЛАМ ИЗОБ КОМИТЕТ СССРРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ВУ ательтех(56) 1. Осиповае исследовани мена. М., "Эн2. Авторское 9 805154, кл. С (прототий) . В.А, Экспериме процессов тергия", 1979свидетельств01 й 25/18,ен таль плос,210 СССР 979 но об ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Всесоюзный научно-исследский проектно-конструкторскийнологический институт электроческого оборудования(54) (57) ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФ-ФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ В )ЖИДКОСТИ со.держащий подложку, прилегающий к нейленточный нагреватель и прикрепленные к нему спай термопары и торцыэлектродов заделанных вместе с электродами термопары в тело подложки,отличающийся тем чтос целью повышения надежности датчика путем исключения разрушенияего пузырьками пара нагревательвыполнен П-образной форьаю, а в теле пщложки в местах изгиба нагревателя выполнены примыкающие к нагревателю сквозные прорези для свободного кипения жидкости.Изобретение относится к исследованиям теплофизических свойств веществ,конкретно к конструкциям устройствдля измерения теплофизических характеристик и определения охлаждающей способности жидкостей, т.е. коэффициентов теплоотдачи от нагретоготвердого тела к охлаждающей жидкости,Известен датчик. предназначенныйдля исследойания коэффициента тепло Оотдачи по периметру цилиндра при обтекании его потоком среды и содержащий подложку в виде текстолитовойтрубкиразмещенные на ней термопарыи наклеенную на подложку с термопарами металлическую ленту-нагреватель 1,Данный датчик может использоваться для определения локальных коэффициентов теплоотдачи в газовых и жидких средах при сравнительно низкихтемпературах, однако непригоден.для измерений в области высокий температур и особенно, для кипящейтак как при повышении температуры нагреватель удлиняется иотслаивается от подложки, после чего разрушается паром.Наиболее близким по технической сущности к изобретению являетсядатчик для измерения теплофиэическиххарактеристик, содержащий подложку, прилегающии к ней ленточныйнагреватель и прикрепленные к немуспай термопары и торцы электродов,заделанных вместе с электродами термопары в тело подложки 12.Недостатком указанного датчикаявляется его ненадежность вследствиеотслоения нагревателя от подложкии разрушения его пузырьками паРа. 40При повышении температуры нагревателя происходит его удлинение И уменьшение прочности. Кроме того, таккак нагреватель скреплен в йескольких точках с подложкой, он при удлинении отслаивается от нее, в местаотслоения проникают пузЫрьки параи разрывают нагреватель.Целью изобретения является повышение надежности датчика путем исключения разрушения его пузырьками пара. 5 ОУказанная цель достигается тем,что в датчике для определення коэффициента теплоотдачи в жидкости, содержащем подложку, прилегающий кней ленточный нагреватель и прикреп,ленные к нему спай термопары и торцыэлектродов, заделанных вместе сэлектродамй термопары в тело подложки, нагреватель выполнен П-образнойформы, а в теле подложки в местахизгиба нагревателя выполнены примыкающио к нагревателю сквозные прорезидля свободного кипения жидкости.На Фиг.1 изображен предлагаемыйдатчик, вид сбоку, на фиг.2 - то же,вид сверху. б 5 Датчик содержит подложку 1, сквозные прорези 2, ленточный нагреватель 3 П-образной формы, электроды 4 термопары, электроды 5 для измерения падения напряжения, токоподводы б, Прорези выполнены с поперечными размерами, большими, чем размеры пузырьков пара, образующихся при кипении жидкости.Назначением прорезей является устранение отслаивания нагревателя от подложки, которое должно происходить в местах изгиба нагревателя. При наличии прорезей. удлинение нагревателя сопровождается лишь некоторым увеличением их объема. Кипение жидкости в прорезях безопасно для нагревателя при условии, что поперечные размеры каждой прорези будут больше, чем максимальный размер пузырьков пара, образующихся при кипении данной жйдкостиДля масел, применяемых при закалке, диаметры пузырьков составляют 0,5-1,5 мм, следовательно, поперечные размеры прорезей должны составлять 3-5 мм.Прорези находятся на таком расстоянии от рабочего участка датчика, чтобы двустороннее охлаждение нагревателя в районе прорезей не ока,зывало влияния на температуру рабочего участка, Для ленты из нихрома толщиной 015-0,3 мм это расстояние составляет 2-4 мм.Практически конструкцию можно реализовать путем заливки нагревателя с приваренными к нему термопарой и электродами огнеупорной твердеющей массой, например, на основе жидкого стекла с заполнителем из смеси шамотного и магнезитового порошков в специальной форме требуемой конфигурации. При этом контуры поверхностей ленты и подложки полностью совпадают, что также направлено на исключение образования зазора.Толщина нагревателя удовлетвояет условию; критерий БИО - 31= 0,1, где- коэффициент теплоотдачи,5 - толщина тела нагревателя)/коэффициент теплопроводности.Для нихрома и реальных коэффициентов теплоотдачи в закалочных средах масло) 5 0,25-0,35 ммРасстояние между электродами 5 выбирается равным 30-50 толщинам ф нагревателя и составляет 7-10 мм, при этом температурное удлинение нагревателя от центра при 900 С не превышает 0,06-007 мм.При проведении измерений датчик помещается в исследуемую жидкость1после чего на него через токоподводы подается напряжение, При,повышении температуры ленточный нагреватель удлиняется, .однако его отслоения ат подложки не происходит, так1012050 Вдо 3 юнцаюака4 Составитель Г.Мухинаедактор М.Бандура Техред А, Бабинец Корректор А.Дзят Тираж 871 рственног ретений иЖ747/50ВНИИПИ Госуда по делам изоб 113035 Москва ПоСССР ака сно комитета открытийаушская наб,4// 1 )илиал ППП ыПатентф г. Ужгород, ул. Проектная,как он удерживается термопарой и электродами у поверхности подложки.Электроды несколько деформируются в сторону удлинения нагревателя (от центра к прорезям), однако не отрываются от нагревателя ввиду наличия некоторой свободы перемещенияУдлинение нагревателя проявляется в местах изгиба, где оно безопасно,так как в объеме прорези жидкость .кипит свободно, С помощью трр мопары измеряется температура нагревателя, на электродах измеряется падение напряжения на рабочем участке, в полводящей цепи - потребляемый ток .Изменением подаваемого напряжения 15 регулируется температурный уровень нагревателя. По практическим данным при достаточно быстродействующей аппаратуре для записи измеряемых параметров в интервале температур 20- 1000 фС требуется 30-40 с. Коэффициент теплотдачи вычисляется по уравнению Оь те - тд г, где % - мощность, ныделяемая на расчетном участке, соответственно температуры нагревателя и среды, Г. - площадь рабочего ( расчетного) участка, определяемая как произведение расстояния между электродами на ширину нагревателя. При выводе выходов измерительной аппаратуры на ЭВМ возможно получение значений онепосредственно при производствеизмерений. Как следует из принципаработы датчика, область его применения ограничивается неэлектропроводными жидкостями, или но крайнеймере теми жидкостями электропровОдность которых на 2-3 порядка меньшеэлектропроводности.материала нагревателяПредлагаемый датчик, характеризующийся высокой надежностью может быть использован, например, для определения охлаждающей способности закалочных.сред различных типов, в том числе синтетических смесей, что позволяет правильно выбирать режим ох" лаждения для заваливаеьых изделий и контролировать изменение характеристик закалочных сред нри эксплуатации для внесения необходимых корректив; В исследовательской практике датчиком можно определять с высокой надежностью коэффициенты теплоотдачи для различных граней изделия, в том числе в условиях движущихся сред, что значительно повышает точйость расчета охлаждения изделия, и ряд других параметров.