Датчик теплового потока

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советск ихСоциалистичесиикРеспубликвф делам кэобретвнк и открытии(7) Заявитель Институт технической теплофизики АН Украинской ССР(54) ДАТЧИК ТЕПЛОВОГО ПОТОКА 1Изобретение относится к области тепловых измерений.Известен датчик теплового потока содержащий термочувствительный элемент с выводами, выполненный в виде теплоприемного элемента, составленного из чередующихся термопарных электродов, расположенных под углом к основанию теплоприемного элемента 11.Однако такой датчик имеет значительную тепловую инерцию и недоста-точно надежен из-за несовершенства контакта между боковыми поверхностями термоэлектродов.15Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик теплового потока, содержащий термочувствительный элемент с выводами, выполненный в виде теплоприем ной пластины, изготовленной из термоэлектродного материала, закрепленной через слой электрической изоляции на теплопроводящей поверхности, и термо 2электродов, распОложенных под углом к основанию пластины, выполненных из термоэлектродного материала противоположного типа проводимости2 ,Этот датчик имеет недостаточную надежность из-эа низкого качества контактного соединения термоэлектродных материалов и значительную инерционность, обусловленную конструкцией датчика.Цель изобретения - повышение надежности и снижение тепловой инерции датчика.Это достигается тем, что в тепло- приемной пластине выполнено несколько рядов сквозных отверстий,в которых размещены термоэлектроды, причем отношение толщины пластины к диаметру отверстий составляет 0,1-3.На фиг. 1 схематически показан предлагаемый дачтик; на фиг.2 - раэ. реэ А-А на фиг,1.Датчик теплового потока содержит теплоприемную пластину 1, отверстия3. 5960 ч2 в теплоприемной пластине,в которыхразмещены термоэлектроды, электрическую изоляцию 3, теплоотводящуюпластину 4, электрические выводы 5,Датчик теплового потока работаетследующим образом.Тепловой поток 6, проходя черезтепловоспринимающую пластину 1, создает перепад температуры между ееверхней и нижней поверхностями.Ниж- оняя поверхность пластины 1 черезслой электрической изоляции контактирует с теплоотводящей пластиной ч.При наличии перепада температур втермочувствительном элементе датчика,5представляющего собой зональнонеоднородную среду, возникают вихревые термоэлектрические токи и обус-ловленная ими поперечная по отношению к тепловому потоку термоздс, 2 Окоторая пропорциональна величине потока и служит мерой его,Для данной конструкции датчикатеплового потока отверстия 2 выполнены с шагом, равным 50-200 мк, Такой выбор расстояния между отверстиями объясняется тем, что возникающиев пластине 1 вихревые термоэлектрические токи сосредоточены в узкойпограничной зоне вдоль границы разде" ЗОла контактирующих материалов. Следовательно, в термоэлектрическом материале рабочей является лишь указанная узкая область, а остальнаячасть его бесполезно увеличивает З 5тепловую инерцию датчика. При использовании лазерного луча возможнополучение отверстий диаметром 50 мк,что определяет минимальный шаг,равный этой величине,4 ОВ зависимости от сочетания термоэлектрических материалов термочувствительного элемента датчика шаг изменяется, так как должно соблюдаться условие45 мальных расстояний между отверстиями 50-200 мк.Инерционность датчика тепловогопотока определяется з основном еготолщиной, однако как угодно малойзта величина быть не может, так какв этом случае градиент температуры,срабатываемый на пластине настолькомал, что возникают трудности с регистрацией термоздс, которая пропорциональна градиенту температуры,увеличение толщины пластины делает датчик сравнимым с известными датчикамидругих конструкций, поэтому отношение толщины пластины 1 к диаметруотверстий 2 составялет 0,1-3,В опытных образцах датчика тепло-.вого потока тепловоспринимающие пластины изготавливали из монокристаллических пластин и металлической Фольги,В монокристаллической кремниевойпластине толщиной 200 мк лазером получены отверстия диаметром 70 мк сшагом 200 мк, которые выполнены подуглом к основанию пластины, равным60 , В отверстия вводили термозлектородный материал висмут методом вакуумного напыления. Постоянная временидатчика с таким термочувствительнымэлементом составляла 0,01 с,В другом датчике теплового потокав тепловоспринимающей пластине 1,изготовленной из никелевой Фольгитолщиной ч 0 мк, отверстия диаметром50 мк изготавливали лазером. Расстояние между отверстиями равно 200 мк,угол ч 5. В отверстия вводили висмут.Постоянная времени такого датчикасоставляет 0,01 с. При изготовлении тепловоспринимающей пластины из константовой Фольги толщиной 6 мк и заполнении отверстий диаметром 50 мк медью постоянную времени удалось снизить до величины 0,001 с..ми.Для наиболее употребительных пар термоэлектрических материалов отношение/находится в пределах 1-1, соответственно диапазон миниТаким образом, предлагаемый датчик теплового потока позволяет измерять нестационарные тепловые потоки с и - вышенной точностью благодаря уменьшению его тепловой инерции.Кроме того, расположение термоэлектродов в отверстиях пластины обеспечивает требуемый электрический контакт между парными термозлектрич ескими материалами, имеющими различные коэФФициенты термического расширения, что обеспечиьает высокую на(и т ет а . С Г нно ооретении 0 Раушс,.ая .-д 1 лиал ППП Патент, г, У(городул, Проектная,5де 111 иос (-. да чика,аоа а,: виях термического удара,Датчик теплового потокасо ер;а щии термочувств(л(тельныи элемент с выводами, выполненный в виде .(е 1(1 с приемной пластины, изготовле, -о, из термоэлектродного матер(лала и за крепленной через слой диэлектрика на теплопроводящей поверхности, и термоэлектродов расположенных под углом к основанию гластлньвь(полненных лз термоэлектродного матер(лал: - ,о;. ;Оа гроводимости,о:.;(, .: ;1(,1 ", с я тем что,(- .:ельа с (е я тепловой инерци 1 ле 1,с,1 О(1 е,(1( (, п.а(с11(е ьыполнено н еск;(1(: ко рл(.:,оя сквозБх ОтверстииксОо(1,; размещены термоэлектродь:зряче . ОО( е( е тол(ц"ы пластинь( принятые во вн 1(ание при экспертизевРс(,кое свидетельсВо СССР