Датчик теплового потока

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 1705 9 51)5 6 01 К 17/О АВТО нститут а. н ометрии.7, рис,19. о О.А. Основы т умка, 1971, с,36 ПЛОВОГО ПОТ АТЧИК А стационар ловых пото на торце ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ УУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) 1, Заявка Франции % 2590кл. О 01 К 17/20, 1987.2. ГеращенкКиев: Наукова д 7) Использование: измерен х и импульсных локальных в, Сущность изобретен Изобретение отским измерениям,измерения стациотепловых потоков,Известно устройство для измерения теплового потока (1, содержащее тепло- метрический блок, две рабочие поверхности которого поддерживаются при температурах, разность которых является функцией теплового потока. Каждая из поверхностей снабжена двумя электрическими резистооами, сопротивления которых изменяются в зависимости от температуры, Четыре резистора соединены в мостовую схему, разбаланс которой пропорционален тепловому потоку,Недостатком этого устройства является большая его инерционность, возникающая вследствие введения электрической изоляции терморезисторов, размещенных на поверхностях теплометрического блока. При носится к теплофизичеа именно к устройствам нарных и импульсных цилидрического теплоотвода закрепле блок из низкотеплопроводного металла двумя термопарами, термоэлектроды кот рых размещены во взаимно перпендикуля ных плоскостях под углом к оси блок Рабочий спай первой термопары образова в зоне контакта ее термоэлектродов с те ловоспринимающим элементом в виде сло материала, нанесенного на поверхност блока, Рабочий спай второй термопары о разован в зоне контакта ее термоэлектр дов, выведенных через теплоотвод, поверхностью сопряжения торца последн го с блоком, Рабочие спаи термопар разм щены соосно. 4 ил. измерении импульсных локальных тепловых потоков не обеспечивается одномерность температурного- поля в рабочей зоне теплометрического блока, что приводит к невысокой точности измерения.Наиболее близким к заявляемому является принятый за прототип датчик теплового потока (2, содержащий блок из низкотеплопроводного металла с двумя термопарами, рабочие спаи которых размещены по его оси, а термоэлектроды первой и второй термопар выведены к боковой поверхности блошка через сделанные в нем отверстия, На боковой поверхности блока размещен теплоизолятор, а теплоотвод осуществляется через торец блока,Недостатком такого датчика является то, что спаи термопар расположены в толще блока и имеют конечный размер, Это приводит к неопределенности в положениях точек по оси датчика, в которых проводятся изме50 Термоэлектроды 9 и 10 первой 5 термопары 55 выведены через блок 2 и образуют в зоне контакта с поверхностью блока 2 рабочий. спай 7, а рабочий спай 8 второй термопары образован в зоне контакта ее термоэлектрорения температуры блока, Кроме того, не обеспечивается надежный тепловой контакт рабочего спая термопары с блоком без существенного нарушения структуры блока, Конечность размеров спаев термопар, а также искажение температурного поля блока приводят к погрешности измерения теплового потока.Целью изобретения является повышение точности измерения стационарных и импульсных локальных тепловых потоков,Цель достигается тем, что в датчик теплового потока, содержащий блок из низкотеплоп роводного металла с двумя термопарами, рабочие спаи которых размещены по его оси, в термоэлектроды первой термопары выведены через блок, закрепленный на торце цилиндрического теплоотвода из металла с высокой теплопроводностью, введен тепловоспринимающий элемент в виде слоя металла, нанесенного на поверхность блока и образующего в зоне контакта с этой поверхностью термоэлектродов первой термопары ее рабочий спай, при этом термоэлектроды обеих термопар размещены во взаимно перпендикулярных плоскостях под углом к оси блока, а рабочий спай второй термопары образован в зоне контакта ее термоэлектродов, выведенных через теплоотвод, с поверхностью сопряжения торца последнего с металлическим блоком.На фиг. 1 показан датчик теплового потока, на фиг.2 - разрез А-А на фиг, 1; на фиг, 3 - место на фиг, 1; на фиг, 4 - место 1 на фиг. 2.Датчик теплового потока содержит цилиндрический теплоотвод 1 из металла с высокой теплопроводностью, например иэ меди. На верхнем торце цилиндрического теплоотвода 1 закреплен блок 2 в виде металлической пластины, боковые поверхности которой теплоизолированы защитной оболочкой 3, Блок 2 изготовлен из металла, обладающего низкой теплопроводностью и малым температурным ее изменением, например из некоторых бронз или сплавов никеля. На наружную торцовую поверхность блока 2 нанесен тепловоспринимающий элемент 4 в виде слоя металла с высокой теплопроводностью,В датчике выполнены отверстия, в которых размещены первая 5 и вторая 6 термопары, спаи соответственно 7 и 8 которых размещены по оси датчика на противоположных торцовых поверхностях блока 2,5 10 15 20 25 30 35 дов 11 и 12, выведенных через теплоотвод 1, с поверхностью сопряжения его торца с блоком 2, Термоэлектроды обеих термопар 5, 6 размещены во взаимно перпендикулярных плоскостях под углом к оси блока 2. Все термоэлектроды 9 - 12 электрически изолированы, например, керамикой или термостойким клеем.Датчик теплового потока работает следующим образом, Тепловой поток, попадающий на датчик, проходит через тепловоспринимающий элемент 4, блок 2 и поступает в теплоотвод 1, обеспечивающий сток тепла в датчике. Вследствие высокого термического сопротивления блока 2 на его торцовых поверхностях температуры различаются, Термопары 5 и 6, предназначенные для измерения температур, имеют изогнутые термоэлектроды 9 - 12, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях, и выведены из центральной зоны блока 2, Благодаря этому тепловой поток, проходящий через датчик, однороден. Так как спаи 7 и 8 термопар 5 и 6 расположены на торцовых поверхностях блока 2, то измеряемые температуры определяются лишь интенсивностью падающего теплового потока и свойствами материалов блока 2, а также тепловоспринимающего элемента 4.Регистрирующей аппаратурой фиксируются сигналы с первой 5 и второй 6 термопар, Разность сигналов термопар 5 и 6 определяет стационарную составляющую теплового потока оптЛц -ч)Цстгде А - коэффициент теплопроводности материала блока 2,11 и сг - температуры, измеренные термопарами 5 и 6;и - толщина блока 2.В случае импульсного теплового потока регистрируется сигнал с термопары 5, а также сигнал разности двух термопар 5 и 6. Измеренные температуры, а также коэффициенты тепло- и температуропроводности являются исходными данными при определении теплового потока путем решения обратной задачи теплопроводности,Изобретение иллюстрируется следующим примером.Датчик при диаметре воспринимающего тепловой поток торца, равном 5 мм, имел толщину поверхностного слоя из меди, равную 50 мкм, и толщину блока из бронзы ОФ 10-1, равную 0,5 мм. Цилиндрический теплоотвод выполнен из меди. Боковая поверхность датчика покрыта термостойкимкомпаундом, обеспечивающим теплоизоляцию блока. Электроды термопар изготовлены из хромель-алюминиевой термопарной проволоки диаметром 0,1 мм и выведены от оси датчика под углом 80 О, Изоляция электродов выполнена эпоксидным компаундом Кс добавлением нитрида бора, Датчик позволил проводить измерения стационарного и импульсного тепловых потоков и обеспечил снижение погрешности измерения в 3 раза.Формула изобретения Датчик теплового потока, содержащий блок из низкотеплопроводного металла с двумя термопарами, рабочие спаи которого размещены по его оси, а термоэлектроды первой термопаоы выведены через блок, закрепленный на торце цилиндрического теплоотвода из металла с высокой теплопроводностью, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения импульсныхлокальныхтепловых потоков, в не го введен тепловоспринимающий элемент ввиде слоя металла, нанесенного на поверхность блока и образующего в зоне контакта с этой поверхностью термоэлектродов первой термопары ее рабочий спай, при этом 10 термоэлектроды обеих термопар размещены во взаимно перпендикулярных плоскостях под углом к оси блока, а рабочий спай второй термопары образован в зоне контакта ее термоэлектродов, выведенных через 15 теплоотвод, с поверхностью сопряженияторца последнего с металлическим блоком.1765721 оставитель В.Посядоехред М,Моргентал ектор О.Юрковецкая Редактор Т.Лошкаре Заказ 3380 Тираж . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10