Способ определения теплового потока

 

Изобретение относится к тепловымизмерениям, а именно к способам измерения нестационарных во времени и многомерных в пространстве потоков тепла. Цель изобретения - повышение точности измерения двухмерных нестационарных потоков тепла. При измерении составляющих (продольной и поперечной ) теплового потока в каждый фиксированный момент времени регистрируют электрическое сопротивление терморезисторов. Терморезисторы расположены с заранее рассчитанной топологией в теле датчика теплового потока и с однозначно соответствующими значениями температур на тех линиях пересечения продольных и поперечных поверхностей, вдоль которых размещены терморезисторы. После чего определяют составляю1цие теплового потока по известным уравнениям. Пространственные координаты расположения терморезисторов определяют по. математическим зависимостям, а параметры теплового потока - по известным уравнениям . 1 ил. i (Л 4 СП САЭ

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1453193 А1 (511 4 С 01 К 17/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHSIM

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4158781/31-10 (22) 10. 12. 86 (46) 23.01 ° 89. Бюл. 9 3 (71) Красноярский политехнический институт (72) Ю.А.Пшеничнов (53) 536.6(088 ° 8) (56) Хаяси M., Сакуран А., Асс К., Асс С. Изготовление опытных образцов многослойного тонкопленочного датчика теплопередачи.- Касю дайчаку кочаку сюхо. Япония, 1982, т. 55, У 1, с. 63-69.

Бакум Б.И., Новиков Л.В., Яхлаков. Ю.В.. Преобразователь теплового потока. — Измерительная техника, 1968, У 3, с. 18-19. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОГО

ПОТОКА (57) Изобретение относится к тепловым измерениям, а именно к способам измерения нестационарных во времени и многомерных в пространстве потоков тепла. Цель изобретения — повышение точности измерения двухмерных нестационарных потоков тепла. При измерении составляющих (продольной и поперечной) теплового потока в каждый фиксированный момент времени регистрируют электрическое сопротивление термореэисторов. Терморезисторы расположены с заранее рассчитанной топологией в теле датчика теплового потока и с однозначно соответствующими значениями температур на тех линиях пересечения продольных и поперечных поверхностей, вдоль которых размещены терморезисторы. После чего определяют составляющие теплового потока по известным уравнениям. Пространственные координаты расположения тер- M Г морезисторов определяют по математическим зависимостям, а параметры теплового потока - по известным уравне- Д ниям. 1 ил.

1453193

О, если и Ф k, с. . ы(х1,y.) Р„(х;,у ) P„(x;,ó .)

- » " " 1 1, если и = k;

Изобретение относится к области тепловых измерений и может быть использовано для изучения нестационарного теплопереноса и многомерных тем- 5 пературных полей.

Цель изобретения — повьппение точности измерения двухмерных нестационарных тепловых потоков.

На чертеже схематически изображена 10 схема реализации способа. (Для измерения двухмерного теплово" го потока чувствительный элемент 1 составляют из 12 терморезисторов, каждый из которых размещают вдоль ли- 15 ний пересечения трех продольных поверхностей 2 с четырьмя поперечными поверхностями 3. Тепловой поток измеряют в виде двух составляющих (продольных или поперечных) на линии пе- 20 ресечения продольной 5 и поперечной

n k — целые величины, принимающие значение от 1 до N

N I "J — количество используемых функций Р „(х,у), (= х и = у, если измеряются соответственно поперечная и продольная составляющие теплового потока, х и у — соответственно поперечная и продольная коор-, динаты, j u i — порядковые номера расположения соответственно поперечной и продольной поверхностей в подложке датчика теплового потока, х, у — значения соответственно

D поперечной и продольной 45 координат линии, на которой измеряется тепловой поток; х;, у. " значения координат соответственно продольной и поперечной поверхностей с порядковыми номерами и ).

Операции согласно способа проводятся в следующей последовательности.

Располагают датчик теплового потока в зоне измерения. Измеряют поперечную и продольную составляющие двухмерного нестационарного теплового

6 поверхностей. Величины электрических сопротивлений R ° выбирают в со11 ответствии с выражением К; = 1G.;j(R s где Ra — постоянная величийа, одинаковая для всех терморезисторов, G;. коэффициент, определяемый из выражения

pJ

G . =ю(х,у ) 2 P(x. у ) — "— - — Pn(xe о)

1!» )», -» где м(х,у) — весовая функция, удовлетворяющая условию

ы(х,у) О при x c x 4 х. иу yc y

Т, J — количество йоверхностей соответственно продольных и поперечных, Р„(х,у) — последовательность функций, удовлетворяющих условию потока, проходящего через датчик.

При изменении поперечной составляющей

{продольная измеряется аналогично), которая для данного примера осуществляется на линии пересечения продольной поверхности 5 с поперечной цоверхностью 6, в каждый момент фиксированного времени регистрируют элек-! трические сопротивления терморезисторов 4, однозначно соответствующих значениям температур на тех линиях пересечения продольных 2 и поперечных 3 поверхностях, вдоль которых размещены терморезисторы 4, Определяют разность электрических сопротивлений, а затем тепловой поток, в частности его поперечной составляющей q „из выражения

ЗТГ 1

q = -М вЂ” )-(R» — 1? «) + r 1

Х грЬ х э где A - -коэффициент теплопроводности материала датчика теплового потока (подложки);

3Т/ Зр- производная, представляющая собой наклон градуировочной характеристики терморезисторов Т = Т(9); 9 - удельное сопротивление материала подложки, зависящее от температуры Т;

1453193 с целью повышения точности измерения двухмерных нестационарных тепловых потоков, терморезисторы располагают

5 вдоль линий пересечения продольных поверхностей с непересекающимися между собой поперечными поверхностями и соединяют их в электрические цепи так, чтобы в одной были терморезнсторы, размещенные вдоль линий пересечения продольных и поперечных поверх" ностей с такими порядковыми номерами, для которых коэффициент G положи1 J телен, а в другую — отрицателен, при

15 этом электрические сопротивления терморезисторов при одинаковой температуре выбирают так, чтобы их отношение электрического сопротивления термореэистора Р; к абсолютной величине коэффициента С,, было одинаковым для всех терморезисторов, а величины коэффициентов G;, определяемых по формуле

25 С у(х1 у где у(х,у)—

I JР„(х,y) 35

О, еслибы 9k

K ы(х;,у. ) Р„(х,,у ) Р„(х;,у )

j=t

1, еслип=k, n k датчика теплового потока, х, у — значения соответственно поперечной и продольной координат линии, на которой измеряется тепловой поток;

50 х . у. — значения координат соот;Э ветственно продольной и поперечной поверхностей с порядковыми номерами

3у после чего определяют составляющие

55 .теплового потока по известным соотноN (I-J =хи хи у

jи1. шениям.

b = К /у(Т ) — константа, зависящая от температуры среды Т .и отношения R к удельному электрическому сопротивлению материала датчика теплового потока, r — погрешность численного дифференцирования функции

ЯТ(х,у,c)) по х, Т(х,у," ) и

g; = р (Т(х;,y, )).

Погрешности численного дифференцирования т„ и r > уменьшаются с ростом

Т и J.. Поэтому, увеличивая число продольных и поперечных поверхностей, в которых располагают терморезисторы, можно повышать точность измерения двумерных нестационарных потоков тепла.

Преимущество способа проявляется тогда, когда необходимо измерять нестационарный тепловой поток, пронизывающий различные по конфигурации продольные и поперечные поверхности исследуемых объектов.

Формула изобрет,ения

Способ определения теплового потока, основанный на топологическом размещении терморезисторов в слоях материалов и соединении их последовательно в две электрические цепи, а т л и ч а ю шийся тем, что, — целые величины, принимающие значение от 1 до N; — количество используемых функций Р „(х,у); = у, если измеряется соответственно поперечная или продольная составляющие теплового потока; — соответственно .поперечная и продольная координаты; — порядковые номера расположения соответственно поперечной и продольной поверхностей в подложке 4

) P (х у ) «й и весовая функция, удов« летворяющая условию

ld(x,ó) > О при х c x (х и у„ у у количество поверхностей соответственно продольных и поперечных; последовательность функций, удовлетворяющих условию

1453193

Составитель А.Глушко

Техред Л.Олийнык Корректор Э.Лончакова

Редактор М.Бланар

Заказ 7272/35 Тираж 573 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям. при ГКНТ СССР

113035, Москва) Ж-35, Раушская.наб.„ д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r- Ужгород, ул. Проектная, 4