Датчик теплового потока

Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 15127 7 (21) 2 5 5 5 б 8 5/2 б -2 5с присоединением заявки Ио(23) ПриоритетОпубликовано 231080, Бюллетень М 39Дата опубликования описания 23108 0 С 01 3 5/38 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) ДАТЧ ПЛОВОГО ПОТО и механиоторых Изобретение относится к устройствам для измерения тепловых потоков и может быть использовано в теплометрии, в .особенности в энергетике.Известны приборы, .использующие в 5 качестве чувствительного элемента биметаллическую пластину, деформация изгиба которой служит мерой теплово.го потока (1). В этих приборах деформация изгиба закрепленной биметал лической пластины зависит от величины ее абсолютной температуры, геометрических размеров, а также от степени различия термическихческих свойств металлов, из к 5 выполнена пластина.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик теплового потока, содержащий корпус, вмонтированный в него 20 чувствительный элемент в виде своболнодеформирующейся пластины иизмеритель деформации чувствительного элемента, пропорциональной величине теплового потока 121. 25Работа устройства основана на способе измерени:. величины теплового потока по деформации изгиба свободнодеформирующейся пластины. Прогиб такой свободнодеформирующейся пластины 30 не зависит от величины абсолютной температуры, а только от перепада температуры по ее сечению, коэффициентов теплопроводности и температурного расширения, геометрического размера. Прогиб пластины не зависит также от ее толщины и механических свойств.Недостатком такого прибора является невозможность его работы при измерении тепловых потоков в агрессивных средах, когда на поверхности пластины образуется устойчивая окисная пленка. В этих случаях свободнодеформирующаяся пластина становится биметаллической и ее показания зависят от разницы в коэффициентах линейного расширения пластины и пленки, их геометрических размеров и механических свойств.Цель изобретения - увеличение точности и надежности измерения.Рта цель достигается тем, что пластина выполнена иэ трех слоев, причем толщина слоев определяется из условия отсутствия изгиба при изотермическом нагреве773448 Формула изобретения где йд,д 1 Де у - поперечная координата,Р 1)цг" о - коэффициенты ПуассонаЕ ,Е ,Е, - модули упругостислоев;а ф Ь+.Ъ=Ч - толщина пластины;1п - число слоев;ЬЬ,Ь, - толщины слоев пластины.Слои пластины, расположенные симметрично относительно центральной плоскости пластины, имеют одинаковую толщину и выполнены из одного материала. Расстояния р и О определяют положение нейтральной оси многослойной пластины и находятся из условия, что алгебраическая сумма продольных сил в пластине равна нулюд аь--убу+ -цыцсто Для практических целей в большинстве случаев достаточно применять трехслойную пластину с наружными слоями, изготовленными из материалов, устойчивых к коррозионному илй эрозионному воздействию внешней среды. Для трехслойной пластины условие отсутствия изгиба упрощается и имеет вид- коэффициенты термического расширенияслоев,40Если число слоев пластины нечетное и слои, расположенные симметрично по обе стороны от центрального слоя, одинаковы по размерам и свойствам (например выполнены из одного материала), то условие отсутствия изгиба при иэотермическом нагреве выполняется автоматически при югзбых толщинах пластин.На чертеже представлен предлагае мый датчик.Устройство содержит чувствительный элемент 1, который выполнен в виде круглой трехслойной пластины. В корпусе 2 датчика выполнено круглое отверстие с кольцевым пазом 3, в которое встроен чувствительный элемент 1. Для создания герметичности между корпусом и чувствительным элементом вставлены гибкие. прокладки 4, например из паралона. Измерение прогиба 60 пластины 1 под;.,ействием теплового потока производят, например оптическим интерферометром или любым другимприбором 5 подобного назначения. Тепловой поток падает на пластину 1,которая охлаждается, например воздухом или водой. Так как между корпусомдатчика и пластиной оставлены з:зоры,то пластина имеет воэможность свободно деформироваться в рабочем интервале температур. Изотермический нагревпластины не создает прогиба. Изгибпластины происходит только за счетперепада температуры по ее сечению.Деформацию изгиба пластины измеря"ют прибором 5 и по ней вычисляюттепловой поток. Дополнительная незначительная жесткость, вносимая гибкими прокладками, может быть учтенапредварительной тарировкой. Влияниезависимости теплофиэических характеристик пластины от температуры такжеможет быть учтено предварительной тарировкой датчика или устранено стабилизацией температуры пластины путем ее охлаждения. 1.,Датчик теплового потока, содержащий корпус, вмонтированный в него чувствительный элемент в виде свободнодеформирующейся пластины и измеритель деформации чувствительного элемента, пропорциональной величине теплового потока, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности и надежности измерения, пластина выполнена из трех слоев, причем толщина слоев определяется из соотношения где ЬЬ,Ь, - толщины слоев;Е ,ЕЕ - модули упругости слоев;дд,д - коэффициенты температурного расширенияслоев;81 М Р - коэфФициенты Пуассона.2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что слои пластины, расположенные симметрично относительно центральной плоскости пластины, имеют одинаковую толщину и выполнены из одного материала.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Геращенко О.А. Основы теплометрии. К., 1971, с.15.2. Авторское свидетельство СССР 9 600402, кл. С 01 2 5/38, 1976 (прототип).773448 Охлозсдоющий агеип Составитель Н, ДроздоваРедактор Т. Кугрьиаева Техред С, Мигунова Корректор Л ван Писное филиал НПП "Патент", г, Уагород, ул. Проектная,аказ 7489/53 Тир ВНИИПИ Государст по делам изоб 113035, Москва, Ж