Устройство для измерения температуры поверхности объекта

.Я 2 1 5)5 0 0 ГОСУДАРСТВЕННЫПО ИЗОБРЕТЕНИЯПРИ ГКНТ СССР МИТЕТТКРЫТИЯМ ОБРЕТЕН ИДЕТЕЛЬСТВ АВТОРСКО рски авиа 4 Ф ОПИСАНИЕ ИЗ 1(56) Авторское свидетельство СССРМ 800692, кл. 0 01 К 7/02, 1978.Авторское свидетельство СССРМ 1451558, кл. О 01 К 7/02, 1987,746230 А 1(54) УСТ.РОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМ. ,ПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА (57) Устройство предназначено для измерения температуры поверхности. Цель изобретения - повышение точности измерения, Устройство содержит тепловоспринимающий элемент 1 в виде шайбы, закрепленную на нем подложку 2. теплоиэоляционную конусную вставку 3, термопару 4, опорную площадку 5, хомутик 6, пружину 7, шарик 8, корпус 9 и электроды термопары, З.ил;10 Изобретение. относится к измерительной технике, в частности к термометрии, и может быть использовано. например, для контактного измерения температуры поверхности нестационарно нагреваемых тел,Одним из основных требований, предьявляемых к устройствам для измерения не- стационарных температур, является их малая инерционность. Таким требованиям удовлетворяют термопары, непосредствен. но закрепленные на исследуемой поверхности, например на обшивке самолета, В некоторых случаях непосредственно крепление термопар на исследуемую поверхность недопустимо из-за того, что нарушается целостность исследуемого тела, например поверхности стекла.Известно устройство для измерения температуры, содержащее тепловоспринимающий диск с прикрепленными к нему термоэлектродами и приспособление для прижима диска к контролируемому обьекту, причем диск выполнен с буртиком по периферии, в канавках когорого уложены термоэлект роды,Недостаток данноо устройства - большие погрешности измерения температуры поверхности, нестационарно нагреваемой лучистым потоком. Эти погрешности возникают из-за инерционности чувствительного элемента вследствие массивности тепло- воспринимающего диска) и отвода тепла в прижимное устройство через пяту.Известно устройство для измерения температуры поверхности нагретых тел, содержащее чувствительный элемент в виде пружинящего лепестка с термоэлектродами, причем пружинящий лепесток выполнен с прямолинейным рабочим участком длиной, равной 100- 200 диаметрам термоэлектродов, к боковой кромке которого в средней части прикреплены термоэлектроЛыНедостаток данного устройства - большая погрешность измерения температуры поверхности, нагреваемой нестационарно лучистым потоком, Погрешности возникают из-за того, что значительный участок поверхности исследуемого тела диаметром более 30"60 мм закрывается датчиком,Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство для измерения температуры поверхности обьекта. содержащее корпус, связанный с упругим элементом, соединенным с гибкой пластиной, и размещенную внутри корпуса термопару с выводами, горячий спай которой закреплен на поверхности гибкой пластины, причем упругий элемент выполнен сплошным с 15 20 25 30 35 40 45 50 55 опорной частью в виде усеченного конуса, большее основание которого жестко соединено с гибкой пластиной по всей поверхности контакта между ними, а выводы термопары размещены в канале, выполненном в упругол элементе по его вертикальной оси, и вблизи горячего спая расположены по спирали в центральной части поверхности гибкой пластины, со стороны ее соединения с опорной, частьюупругого элемента. Недостаток известного устройства -большая погрешность измерения температуры поверхности, нагреваемой нестациона рным лучистым потоком, котораявызывается экранированием большим основанием конусного упругого элемента нагреваемой поверхности.Цель изобретения - повышение точности измерения температуры поверхности,Указанная цель достигается тем, что вустройство, содержащее тепловоспринимающий элемент с прикрепленными к немуодними концами термоэлектродами и прижимной элемент с теплоизоляционнойвставкой в виде усеченного конуса, введенаподложка, закрепленная на тепловоспринимающем элементе, выполненном в видешайбы, по контуру которой. между меньшимоснованием усеченного конуса и подложкойна части своей длины со стороны закрепленных концов расположены термоэлектродытермопдры,На фиг, 1 представлено предлагаемое устройство для измерения температ, рьповерхности тел; на фиг, 2 - разрез А-А нафиг, 1; на фиг, 3 - схемы измерения температуры и уровни температуры, измеренныепо представленным схемам.Устройство содержит тепловоспринимающий элемент 1, подложку 2, теплоизоляционную конусную вставку 3, термопару 4,опорную площадку 5, хомутик б, пружину 7,шарик 8, корпус 9 и электроды 10 термопары,Корпус устройства 9 тремя пружинами,проволочками) 7 соединен с опорной площадкой 5. Между последней и корпусом 9установлен шарик Я. Конусная теплоизоляционная вставка 3 одной стороной соединена с опорной площадкой 5, На другом концетеплоизоляционной конусной вставки 3 состсроны меньшего основания прикрепленыподложка 2 и тепловоспринимающий элемент 1. Опорная площадка 5, конусная теплоизоляционная вставка3, подложка 2 итепловоспринимающий элемент 1 соединенымежду собой. 8 зависимости от уровня температуры соединение элементов 1 - 3 и 5 клеевое (например, эластосил 175-137 М) илипроволочными скобками Гне показаны).Электроды 10 термопары 4 (например, хромель-алюмель) одними концами привареныраздельно к тепловоспринимающему элементу 1. От тепловоспринимающего элемента 1 электроды 10 термопары 4изолированы подложкой 2 и проложены начасти своей длины между подложкой 2 итеплоизоляционной конусной вставкой 3 поконтуру тепловоспринимающего элемента, 10Термопара 4 подведена к тепловоспринимающему элементу 1 через корпус 9 и закреплена на нем и опорной площадке 5хомутиками б. Пружины 7, корпус 9, шарик8, опорная площадка 5 изготовлены из жаропрочных материалов, например стали12 Х 18 Н 10 Т, Тепловоспринимающий элемент в виде шайбы изготовлен из материалас высокой теплопроводностью, относительно низкой теплоемкостью и неокисляющегося в рабочем диапазоне температур,например из никеля,Наружный диаметр тепловоспринимающего элемента 1 определяется из условияО20% где д - диаметр электродов 10 25термопары 4, При диаметре электродов термопары 4 - Оэ =. 0.2 мм наружный диаметрчувствительного элемента равен 4 мм, 8связи с малой механической прочностьюматериала конусной теплоизоляционной 30вставки 3 диаметр последней увеличивается относительно диаметра чувствительногоэлемента 1, чем и определен его наружныйдиаметр. В данном устройстве наружныйдиаметр тепловоспринимающего элемента 351 равен 10 мм,Внутренний диаметр тепловоспринимающего элемента 1 выбран из условия,чтобы последний имел малую тепловуюинерционность и в рабочем положении не 40вдавливался в малопрочную конусную теплоизоляционную вставку 3, и равен 7 мм.Толщина тепловоспринимающего элемента1 0,1 мм, Теплоизоляционная конуснаявставка 3 и подложка 2 изготовлены из материалов, обладающих малой теплопроводностью, малой теплоемкостью и имеющихдостаточную механическую прочность, Теплоизоляционная конусная вставка 3 изготовлена, например, из материала ТЗМК, 50а подложка 2 - из разреженной кварцевойгкани КТ. Размеры теплоизоляционнойвставки 3, имеющей форму конуса.610 хф 20 хх 50 мм определены требованием минимально возможного искажения величины 55лучистого теплового потока в районе измерения температуры и прочностью материала вставки 3.Устройство работает следующим образом. При измерении температуры тепловоспринимающий элемент 1 прижимают к исс ледуемому обьекту (не показан) с усилием 1 кгс, Термоэлектродвижущую силу, развиваемую в горячем разнесенном спае термопары 4, передают на вторичный измерительной прибор(не показан). Прижатие обеспечивают груз или пружина (не показаны), которые передают усилие на корпус 9. Последний при этом фиксируют в направляющих (например, втулке), Шарнир из элементов 5 и 7-9 обеспечивает контакт всей поверхности чувствительного элемента 1 с исследуемой поверхностью при отклонении корпуса 9 от нормали, Пружины 7 прижимают через шарик 8 опорную площадку 5 к корпусу 9 и не дают свободно отклоняться от нормали теплоиэоляционной конусной вставке 3, на которой через подложку 2 со стороны меньшего основания закреплен тепловоспринимающий элемент 1, От нестационарно нагреваемой лучистым потоком поверхности тепловой поток к тепловоспринимающему элементу 1 подводится за счет теплопроводности исследуемого обьекта. Более высокая точность измерения температуры при этом достигается за счет размещения тепловоспринимающего элемента 1 на конусной теплоизоляционной вставке 3 со стороны меньшего основания, При таком размещении тепловоспринимающего элемента 1 конусная теплоизоляционная вставка 3 затеняет .меньшую поверхность исследуемого объекта, что способствует более быстрому выравниваю температуры между облучаемой и закрытой поверхностями объекта, т,е. приводит к меньшему искажению температурного поля на исследуемой поверхности в местеизмерения температуры. Погрешность измерения температуры уменьшается за счет выполнения тепловоспринимающего элемента в виде шайбы, Кроме того, теплообмен под теплоизоляционной вставкой 3, между тепловоспринимающим элементом 1 и исследуемой поверхностью. обеспечивает лучшие условия для более быстрого прогрева тепловоспринимающего элемента - шайбы за счет уменьшения влияния на его температуру градиента температуры между центром и периферией затененной устройствогл поверхности обьек а. На уменьшение погрешности измерения температуры влияет также прокладка электродов 10 термопары 4 на части их длины в изотермическогл слое между конусной теплоизоляционной вставкой 3 и подложкой 2 по контуру тепло- воспринимающего элемента 1. Такое расположение электродов, термопары 4 уменьшает отводподвод) тепла от термоэлектродов 10 термопар 4 и, следовательно,повышает точность измерения температурытепловоспринимающего элемента 1 термопарой 4,На фиг. 2 а показана схема измерения температуры термопарой, прикрепленной к . поверхности стекла; б . схема измерения температуры предложенным устройством с тепловоспринимающим элементом - шайбой ф 20 хф 7 х 0,1 м) и конусной теплоизоляционной вставкой (610 х 620 х 50 мм); в - схема измерения температуры устройством с тепловоспринимающим элементом, выполненным в виде диска (ф 10 х 0,1 мм), и конусной теплоизоляционной вставкой (ф 10 Х хф 20 х 50 мм); г - схемаизмерения;емпературы устройством с тепловоспринимающим элементом - шайбой (ф 10 хф 7 х 0,1 мм) и цилиндрической теплоизоляционной вставкой (ф 20 х 50 мм); дсопоставление уровней температуры, измеренных по описанным схемам, где Т 1 и Т 2 - графики нагрева поверхноСти стекла с темпом нагрева 0,5 и 1 С/с соответственно, они соответствуют температуре, замеренной по схеме, показанной на 2 а,ЛТ 1 = Тб ТЛТ 2 -Тв. ТаЛТ=: Т . Тд,Значения ЛТ 1, ЛТ 2, ЛТз получены принагреве поверхности стекла с темпом 0,5С/сЛТ =. Тб - ТаЗначения ЛТ 4 и ЛТ;, получены при нагреве поверхности стекла с темпом 1 С/с,Тз, Тб, Тв. Тг - температуры поверхностистекла, измеренные соответственно по схемам а-г(фиг, 2),Данные фиг, 2 д показывают обоснован 5 ность предложенного конструктивного решения, Погрешность измерения предложенным устройством нестационарной температуры не превышает 5 С при темпе нагрева 0,5"С/с и 8 С при темпе нагрева10 1 С/с, Для устройства с тепловоспринимающим элементом - диском (фиг. 2 в) зти по-грешности составят 9 и 25 С соответственно.Применение тепловоспринимающего15 элемента в виде шайбы и прокладка электродов термопары на части своей длины визотермическом слое между подложкой иконусной теплоизоляционной вставкой поконтуру шайбы повышают точность измере 20 ния температуры поверхности объекта, нестационарно нагреваемого лучистымпотоком,Устройство можно применять для измерения температуры нестационарно нагре 25 ваемых тел до 1300 С,Формула изобретенияУстройство для измерения температурыповерхности объекта, содержащее тепловоспринимающий элемент с прикрепленны 30 ми к нему одними концами термозлектродами и прижимной элемент с теплоизоляционной вставкой в виде усеченногоконуса, от л и ч а ю ще е ся тем, что, с цельюповышения точности измерения, в него вве 35 дена подложка, закрепленная на тепловоспринимающем элементе, выполненном ввиде шайбы, по контуру которой междуменьшим основанием усеченного. конуса иподложкой на части своей длины со стороны40 закрепленных концов, расположены термоэлектроды термопары., Заказ 2ВНИ ТиражГосударственного комитета и113035, Москва, ЖПодписное обретениям и открытиям при ГКНТ СССРРаушская наб., 4/5