Датчик теплового потока

) ДАТ ОВОГО ПОТОКА тепловосп лозащитно мающего измерен процесс мента атч приводит к возни еской погрешност ак тепловой пото епловоспринимаю вению системат ния, так пающий в з постущий элемен потоку, по о в теплоему непосредствеое покрытие.более близким аемому предлного оток вляется датчик тепл е. из инимающий э иде стержня ала, с расп й поверхнос спо изм тока, и покрыти бочей т тивлени ос ратуры т ности те шение эт пустимый ления и из ерхта Изобретение относится к измерительной технике, а конкретно, к датчикам, предназначенным для измерения, плотности теплового потока, поступающего в теплозащитное покрытие.Известны датчики тепловогопотока, принцип действия которых основан на функциональной связи измеряемой плотности теплового потока и температуры поверхности тепловоспринимающего элемента, которая измеряется. с помощью термометра сопротивления 1 . ьзование известных датчиков рения плотности теплового поступающего в теплозащитноеограничено допустимой рампературой термометра сопрокоторая обычно ниже темпеепловоспринимающей поверхплозащитного покрытия. Повыой температуры вызывает недо- перегрев термометра сопротив даже его разрушение. Кроме того, различие температур имающих поверхностей теппокрытия и тепловоспринине соответствует теплов содержащии тепловоспрмент, выполненный в втеплозащитного материженной на его торцовотермопарой 2) .Датчик своей торцовой поверхтью устанавливается заподлицо своспринимающей поверхностью теплзащитного покрытия. Воздействиемеряемого теплового потока на пность тепловоспринимающего элемдатчика приводит к изменению ее температуры, которая .может достигать 800- 1000 С. При таких температурах в теплозащитном материале, из которого изготавливается тепловоспринимающий элемент датчика, происходят существенные изменения его тепло- физических и оптических характеристик тепловоспринимающей поверхности, определяющих чувствительность датчика.В процессе измерения чувствительность датчика изменяется, что, естественно, приводит к снижению точности измерения плотности теплового потока, которое может достигать 20-307. и определяется точностью определения оптических и теплофизических характеристик материала тепловоспринимающего элемента в рабочем диапазоне температур,20Наряду с этим, при температурах вью.ше 300 С происходит разложение связующего материала тепловоспринимающего элемента датчика, которое сопровождается поглощением тепла и приводит к образованию значительных масс газообразных продуктов разложения, и соответственно, формирует пористую, сильно изрытую структуру поверхностного слоя. В результате термоприемник ( термопара, расположенный на поверхностиЗО тепловоспринимающего элемента, подвергается воздействию твердых и газообразных продуктов разложения и при образовании пористой поверхности, полностью или частично теряет контакт с ней. В этом случае измерение температуры производится со значительной погрешностью, которая также влияет на точность изменения плотности теплово,го потока, рассматриваемого датчиком. 40Разложение связующего материала тепловоспринимающего элемента и обусловленная этим потеря контакта термоприемника с тепловоспринимающей поверХностью исключает предварительное его 45 градуирование, которое бы позволило учесть температурное изменение тепло- физических и оптических характеристик тепловоспринимающего элемента и, тем самым,. повысить точность измерения 50 плотности теплового потока.Кроме того, отмеченные изменения теплофизических и оптических характеристик материала тепловоспринимаю-.щего элемента а также нарушение контакта термоприемника с тепловоспринимающей поверхностью элемента исключает воэможность многоразового использования известного датчика при измерениях плотности теплового потока, поступающего в теплозащитное покрытие.Цель изобретения - повышение точности измерений и обеспечение многоразовости использовайия.Указанная цель достигается тем,что в датчик введен дополнительныйтепловоспринимающий элемент, выполненный из термоэлектродного материалаи являющийся электродом термопары,второй проволочный электрод которогозакрелен в центре тепловоспринимающей поверхности дополнительного элемента, установлейного через теплопроводную шайбу на верхней торцовой поверхности основного тепловоспринимающего элемента.На чертеже изображен датчик тепло-,вого потока.Датчик содержит тепловоспринимающий элемент 1, выполненный в видестержня из теплозащитного материала,дополнительный тепловоспринимающийэлемент 2, выполненный из термоэлектродного материала, например из хромеля, и являющийся электродом термопары,второй проволочный электрод 3 которойзакреплен в центре тепловоспринимающей поверхности дополнительногоэлемента 2 и выполнен, например изалюмеля, дополнительный элемент 2,являющийся электродом термопары,снабжен токовым выводом 4, выполненным из хромеля. Дополнительный тепловоспринимающий элемент 2 выполненв форме полого телавращения, например цилиндра. На торцовой поверхности тепловоспринимающего элемента 1размещена термопара 5, дополнительный тепловоспринимающий элемент 2через теплопроводную шайбу 6, выполненную например из меди, установленна верхней, торцовойповерхности основного тепловоспринимающего элемента 1.Устройство работает следующим образом,Измеряемый тепловой поток поглощается плоской тепловоспринимающей поверхностью тепловоспринимающего элемента 2 и вызывает изменение ее темпе-.ратуры, которое измеряется термопарой, образованной тепловоспринимающимэлементом 2 и электродом 3. Через определенное время после начала воздей -ствия теплового потока, которое определяется теплофизическими характеристиками материала тепловоспринимающего элемента 2 и его высотой, проис30 ходит изменение температуры торцовойповерхности тепловоспринимающего элемента 1, которое регистрируется с помощью размещенной на ней термопары.При этом величина плотности измеряемого теплового потока определяетсяпо температуре тепловоспринимающейповерхности элемента 2, а затем - по.температуре тепловоспринимающей по-,верхности элемента 11,10Изобретение позволяет повысить точность измерения плотности тепловогопотока и обеспечивает многоразовостьиспользования датчика. Наличие дополнительного тепловоспринимающего элемента позволяет существенно снизитьтемпературу поверхности основноготепловоспринимающего элемента (ниже300 С). При такой температуре разложения связующего теплозащитного материала практически не происходит,а изменение его теплофизических характеристик незначительно и можетбыть учтено при градуировании.Наряду с этим, повышается точность измерения температуры поверхности основного тепловоспринимающегоэлемента, так как при отсутствииразложения теплоэащитного материалане происходит отслоение термоприемника (термопары), размещенного наторцовой поверхности основного тепловоспринимающего элемента.Наконец, наличие переходной шайбы,соединяющей основной и дополнительЭ 5ный тепловоспринимающие элементы и вы.полненной из теплопроводного материала (меди), позволяет обеспечить равномерное распределение температуры поповерхности основного те ловосприни 40мающего элемента и тем са ым повыситьточность измерения температуры.Выполнение дополнительного тепловоспринимающего элемента в форме полого тела вращения (полого цилиндра),позволяет путем подбора соотношенияплощадей тепловоспринимающей поверхности и его сечения обеспечить температуру этой поверхности близкой температуре поверхности теплозащитногопокрытия, что практически исключает систематическую погрешность измерения плотности теплового потока, обусловленную различием температур тепловоспринимающих поверхности теплозашит-ного покрытия и тепловоспринимающего элемента датчика.Наряду с повышением. точности измерения, наличие в конструкции предлагаемого устройства дополнительного тепловоспринимающего элемента выполненного из термоэлектродного материала, позволяет обеспечить многоразовость использования датчика, так как при многократном измерении плотности теплового потока в датчике не происходит разложение и разрушение материалов тепловоспринимающих элементов (как основного, так и дополнительного).формула изобретенияДатчик теплового потока, содержащий тепловоспринимающий элемент, выполненный в виде стержня иэ теплозащитного материала, с расположенной на его торцовой поверхности термопарой, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности изме" рений и обеспечения многоразовости использования, в него введен дополнительный тепловоспринимак ций элемент, выполненный из термоэлектродного материала и являющийся электродом термопары, второй проволочный электрод которой закреплен в центре тепловоспринимающей поверхности дополнительного элемента, установленного через теплопроводную шайбу на верхней торцовой поверхности основного тепло- воспринимающего элемента.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Полякова Ю.А. и Митькина Е.А11 "Приборы и техника эксперимента1961, У 4.2. 1 пзСговепса 1 оп 1 п ййе аегозрасе 1 пс 1 цзсгу, 1974, У 20, с. 123- 132 (прототип).дактов С. Коупенинааказ 9602/65 Т ВНИИПИ Государственно по делам изобретени 113035 Москва, Ж-, 35 д