Способ измерения теплового потока

80107 СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3 йЮ ,0 01 К 17 08 ДОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ НИЯ ельство СССР7/08, 1980 У ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ЕЯАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ;разности температур в тепловоспринимающем элементе плоского датчика,величина которой пропорциональна плотНости теплового потока, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения, датчик с тепловоспринимающим элементом ввиде оптически неоднородной системы освещают параллельным пучком света, измеряют спектральное положение максимума светопропускания датчика, а разность температур в тепловоспринимающем элементе определяют по изменению интенсивности света, прошедшего через датчик.Изобретение относится к теплометрии и может быть использованодля определения плотности тепловыхпотоков объектов различного назначения.Известен спОсоб измерения теплового потока, основанный на использовании энергии изменения агрегатногосостояния вещества под воздействиемизмеряемого теплового потока 1 1.Однако такой способ в основномпредназначен для измерения мощныхтепловых потоков и не обеспечиваетнеобходимой точности при измерениитепловых потоков низкой мощности,характерных, например, для области 15радиоэлектроники.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ, основанный на использовании метода вспомогательнойстенки, заключающийся в измерении 2 Оразности температур в тепловоспринимающем элементе (вспомогательнойстенке) плоского датчика, по величине которой определяют плотностьтеплового потока 23, 25Недостатком известного способаявляется низкая точность измерения,что обусловлено значительной методической погрешностью, связанной сискажением условий теплообмена с окружающей средой при неконтролируемой утечке тепла по металлическимэлектродам дифференциальной термопары.Цель изобретения - повышение точности измерения .теплового потока.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу измерениятеплового потока, заключающемусяв измерении разности температур втепловоспринимающем элементе плоско1 го датчика, величина которой пропорциональна плотности теплового потока, датчик с тепловоспринимающимэлементом в виде оптически неоднородной системы освещают параллельным пучком света, измеряют спектральное положение максимума светопропускания датчика, а разность температур в тепловоспринимающем элементе определяют по изменению интенсивности света, прошедшего через датчик.1Предлагаемый способ основан назависимости интенсивности светопропускания датчика, содержащегооптически неоднородную двухкомпонентную систему, от температурногоградиента по его толщине,Датчик, компоненты которого близ.ки по показателю преломления и отличаются его температурной зависимостью и средней дисперсией, отличается спектральной избирательностью и является полосовым свето-.фильтром, контур пропускания кото рого смещается по спектру в зависимости от температуры.У датчика, находящегося в изотермичных условиях, для света с длиной волны, для которой совпадают показатели преломления его компонентов, светопропускание равно 1. При прохождении теплового потока ц сквозь датчик, установленный на 1 оверхности объекта либо в газовой илй жидкостной среде, возникает температурный градиент сИ(сг по толщине датчика в соответствии с Формулойаггде Ю - теплопроводность датчика впоперечном направлении.Предполагается, что толщина датчика значительно меньше егодиаметра и температура по его толщине изменяется по линейному закону.Температурный градиент искажаетконтур пропускания датчика. Светопропускание датчика при наличии температурного градиента по толщинепадает в соответствии с ростомЖи толщиной 2 датчика,Поскольку у датчика на основеоптически неоднородной системы полуширина полосы пропускания изменяется в зависимости от спектральногоположения Лр его максимума пропускания пропорциональна Л , то характер ослабления светопройускания сростом зависит также от Эр и энасХчительно резче проявляется в коротковолновой области спектра по сравнению с длинноволновой. Для датчикаопределенной толщины по измереннойвеличине изменения светопропускания- (где Гв, й - интенсивность света3рна входе и выходе из датчика) испектральному положению максимумапропускания Лр определяют. плотностьч проходжего сквозь него тепловогопотока по известной его градуировочной характеристике, измеренной дляряда значений Лр в пределах видимойОбласти спектра,При выборе датчика необходимопредусмотреть,. чтобы его рабочийтемпературный диапазон, в пределахкотоого контур пропускания датчикасмещается в видимой области спектра, охватывал поверхностную температуру исследуемого объекта. Целесообразно, чтобы поверхностнаятемпература объекта была близкак верхней границе рабочего диапазона датчика. При измерении проходящего теплового потока в газовой либо жидкостной среде необходимо,чтобы нижняя граница рабочего диа107 б 777 оставитель В. Голубевехред Л.МартяшоваКоррект А. Тяско дактор Н удне каэ 733/39 Тираж 823,ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Рауйск/5. Филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 пазона датчика примерно совпадала сс температурой среды.НФ фиг. 1 показана зависимостьЭсветопропусканиядля датчика, выполненного на осноае кремнийорганического каучука марки СКТФ и.оптического стекла марки ЛК 7, на фиг. 2 - схема устройства, реализующего предлагаемый способ.График 1 соответствует Л = 470 нм, график 2 3 = 540 нм, график 3 Эо = 630 нм.Рабочий температурный диапазон йТ термодатчиков на основе кремний- органических каучуков н оптических стекол составляет в среднем 24 К. Датчик обеспечивает приемлемую. точность измерения при условии, что температурный перепад по толщине его не превышает 0,8 а Т, что позволяет производить измерения о в диапазоне 200-7500 Вт/м.На датчик 1 (фиг. 2), установленный на поверхности исследуемого объекта 2, направляют параллельный пучок света от монохроматора 3, На основании датчика имеется зеркальное покрытие, в результате чеголуч света проходит сквозь него дважды, отражаясь от зеркала. Световой поток, прошедший сквозь датчик, регистрируется фотоприемником 4, выходной сигнал которого измеряется фотоусилителем 5.Изменяя спектральный состав света в луче монохроматора, определяют длину волны 3 д света, для которой светопропускание датчика максимально, что регистрируется по мак .симуму показаний фотоусилителя 5(с учетом спектральной характерис 5тики Фотоприемника и энергетического распределения светового потока от монохроматора). Величина выходного сигнала фотоприемника определяет интенсивность световогопотока, прошедшего сквозь датчик. ф По известной интенсивности Ю светового потока монохроматора, направляемого на датчик, определяютР.его светопропусканиедля измеренного значения л . По соответствующей градуировочной характеристикедатчика - = Г(ц)ЛсоавФ находятЭЭ оискомую плотность. ц теплового пото,ка.20 связь вторичной аппаратуры фотоприемника и осветителя) с датчикомосуществляется световым лучом, чтопрактически исключает дополнительный теплоотвод по датчику и резко 25 уменьшает методическуюпогрешностьизмерения. В результате точностьметода определяется в основномпогрешностью измерения интенсивности светового потока в видимой об ласти спектра, которая не превышает 3, что и обеспечивает высокуюточность. Погрешность измеренияплотности теплового потока с помощью предлагаеьюго способа состав ляет в среднем 8, что примерно