Датчик для измерения температуры теплозащитного материала

(51)5 6 01 К 7/04 ЕНИЯ ТЕМПЕАТЕ РИАОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно-исследовательский институприкладной математики и механики приТомском государственном университете(56) 1. Авторское свидетельство СССРМ 885823, кл. 6 01 К 7/02, 1980.2. Авторское свидетельство СССРМ 1268971, кл, 6 01 К 7/02, 1985.(54) ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯРАТУРЫ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО М Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для контроля теплового состояния различных материалов, используемых в качестве покрытий стенок или узлов конструкций различных промышленных аппаратов и установок, которые подвергаются значительному нагреву (2000-3500 К), например стенки каналовМГД-генераторов и др,Известен датчик для измерения прогрева теплозащитн ых (ТЗ М) материалов (1), содержащий ступенчатый корпус с восстанавливающимся горячим спаем термопары по мере разрушения материала, В известной конструкции корпус датчика выполнен из исследуемого материала.Недостатком известного датчика является невозможность использования его для .контроля за тепловым состоянием многослойных материалов,(57) Использование: контроль теп стояния многослойного теплозащ териала (ТЗМ) со слоями иэ мат различными коэффициентами тер расширения. Сущность изобрете содержит корпус в виде жестко ных плат, каждая из которых вып материала прилегающего к ней сл лируемого ТЗМ. Через отверстия пропущены термоэлектроды, сло установлен внутри одной из пла из термоэлектродов выполнен с изгибом, который размещен в ра соответствующего отверстия, о ном на стыке плат. 1 ил. лового соитного маериалов с мического ния: датчик соединенолнена из оя контров корпусе й которых т. Каждый петлевым сширении бразованНаиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является датчик для измерения прогрева и уноса ТЗМ (21, образованный связанными между собой платами, между которыми находятся спаи термопар. Платы изготовлены из одного типа материалов. При достижении критической температуры происходит последовательное разрушение плат и связанных с ними термопар, что фиксируется регистратором,ТЗМ, используемые в качестве стенок или узлов различных промышленных аппаратов и установок, представляют собой многослойную композициго, каждый из слоев . которой обладает повышенной стойкостью к какому-то одному определяющему фактору теплового и силового воздействия. Так. верхний слой подвергается непосредственно высокотемпературнаму нагреву и дол 177700825 30 35 формации и сдвига между слоями ТЗМ при 40высокотемпературнам на греве, Размещение рабочего спал внутри платы обеспечи 50 гиЗ. 55 Датчик работает следующим образом. При нагревании материала прогреваетжен обладать наибольшей термостойкостью. Для этой цели наиболее перспективными являются углеграфитовые материалы. Нижний слой является теплоизоляционным и обеспечивает требуемый температурный режим. В качестве материала этого слоя используются стеклопластики на основе эпоксифенольного связующего, Материалы обоих слоев имеют различные теплофизические характеристики, в частности коэффициенты термического расширения. Измерения температуры прогрева в ТЗМ такого типа не могут быть проведены при использовании конструкции датчика 2, т. к, при высокотемпературном нагреве возникает смещение слоев, вызванное значительным температурным градиентом и существенным различием в коэффициентах термического расширения, а это приводит к разрывутермоэлектродов и, следовательно,к неверной интерпретации показаний датчика,Целью изобретения является повышение точности измерения температуры многослойного ТЗМ,Указанная цель достигается тем, что в известном датчике для измерения прогрева ТЗМ, содержащем корпус в виде жестко соединенных между собой плат с отверстиями для термоэлектродов термопары, каждая плата выполнена из материала прилегающего к ней слоя контролируемого ТЗМ, каждый из термоэлектродов - с петлевым изгибом, размещенным в расширении соответствующего отверстия, выполненном в зоне стыка плат, а рабочий спай термопары установлен внутри одной из плат.Предложенный датчик позволяет проводить надежные измерения в условиях девает получение достоверных измерений по прогреву материала.На чертеже представлена схема датчика. состоящего из двух плат.Устройство содержит. кор и ус 1, в кл ючающий платы 2 и 3 из материалов с различными коэффициентамитеплового расширения, термопару, рабочий спай 4 которой расположен внутри платы 2. Термоэлектроды 5 проходят через отверстия б в платах 2 и 3 и укладываются петлями 7 в расширениях 8 на границе соединения плат ся плата 2, затем тепловая волна проходит в плату 3, выполненную из материала с другил коэффициентом термического расши ре 5 10 15 20 ния, чем первая. Происходит расширение материалов, возникают термические напряжения, что и приводит к смещению слоев, Поскольку на границе раздела плат 2 и 3 отверстия выполнены с расширениями 8 и термоэлектроды 4 уложены в них свободной петлей 7, то при сдвиге слоев сохраняется целостность термопары, ТермоЗДС (Е) термопары фиксируется регистратором (на чертеже не показан), Значения температуры прогрева ТЗМ определяют посредством калибровочной зависимости Т = (Е).Для исследования работы и проверки эксплуатационной надежности данной конструкции датчика были изготовлены шесть датчиков, состоящих из двух слоев; стеклопластик на основе эпоксидфенольного связующего и углеграфитовый материал (пирографик ПГВ),Использовались вольфрам-рениевые термопары (б = 50 мк), обработанные защитным термостойким покрытием. Глубина заделки горячего спая термопары - 2 мм, Термоэлектроды термопары проходили через отверстия в платах диаметром О = 0,5 мм, Часть датчиков была изготовлена с расширениями на границе соединения плат (диаметр расширения около 1,0 мм), Термоэлектроды были уложены в расширениях в виде петли. Длину петли брали с учетом разницы коэффициентов термического расширения материалов, из которых изготовлены платы и которая была не менее 1,0 мм. Затем датчики плотно устанавливались в аналогичном двухслойном ТЗМ, содержащем стеклопластик на основе зпоксидофенольного связующего и углеграфитовый материал ПГВ, и подвергались нагреву в плазмотроне высокоэнтальпийной газовой струи (температура около 4000 К), ТермоЗДС термопар датчика регистрировалась на шлейфовом осциллографе, По тарировочному графику определялась температура прогрева ТЗМ,В процессе эксперимента датчики показали высокие точностные характеристики. Разрыва термоэлектродов, вызванного деформацией и сдвигом слоев ТЗМ, не наблюдалось. Формула изобретения Датчик для измерения температуры теплозащитного материала, содержащий корпус в виде жестко соединенных между собой плат с отверстиями для термоэлектродовтермопары, отл и ч а ю щи й с ятем, что, с целью повышения точности измерения температуры многослойного теплозащитного материала со слоями из материалов с различными коэффициентами теплового расшире1777008 Составитель Н, Соловьева4Редактор М. Кузнецова Техред М.Моргентал Корректор А, Мотыль аказ 4116 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 ния, каждая плата выполнена иэ материала прилегающего к ней слоя контролируемого теплозащитного материала, каждый из термоэлектродов - с петлевым изгибом, раэмещенным в расширении соответствующегоотверстия, выполненном в зоне стыка плат,а рабочий спай термапары установлен внутри одной иэ плат,