Датчик теплового потока

 

Изобретение может быть применено в тепловых испытаниях и системах регулирования технологических процессов. По сравнению с датчиком Гардона обеспечивается повышенная точность измерения тепловых потоков в диапазоне температур 300÷1200°С. На внутренней поверхности измерительной мембраны применяется теплозащитный теплопроводный колпачок, установленный в головной части гильзы. Температура стенки корпуса (гильзы) датчика в процессе измерений поддерживается равной или близкой к температуре стенки объекта испытаний. При определении коэффициентов теплоотдачи возможно исключить погрешности в определении коэффициента теплоотдачи, связанные с перестройкой пограничного слоя. Датчик может быть выполнен с малыми габаритами (*220 1÷6 мм и толщиной δ = 2-5 мм), что позволяет его использовать при модельных испытаниях и в промышленных образцах без нарушения целостности элементов конструкций. В связи с отсутствием системы охлаждения установка и эксплуатация датчика проста и удобна. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (111 ц11 4 С Ol К 1?/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И OTHPblTHRM

ПРИ ГКНТ СССР (2l) 4296276/40-10 (22) 17.08.87 (46) 23.09.89. Бюл. Ф 35 (72) Г.И.Смирнов (53) 536,6(088,8) (56) Дыбан С,П., Мазур А,И. Конвективный теплообмен при струйном обтекании тел. — Киев: Наукова думка, 982, с. 20.

Авторское свидетельство СССР . Р 875222, кл, G Ql К 17/06, 1980. (54) ДАТЧИК ТЕПЛОВОГО ПОТОКА (57) Изобретение может быть применено в тепловых испытаниях и системах регулирования технологических процессов. По сравнению с датчиком Гардона обеспечивается повышенная точность измерения тепловых потоков в диапаО зоне температур 300-1200 С. На внутИзобретение относится к средствам измерений и может быть испольэова" но для измерения количества тепла в тепловых устройствах, используемых во всех областях народного хозяйства.

Целью из эбретения является повышение точности."

На чертеже показан датчик теплового потока, общий вид.

Датчик содержит теплопроводную гильзу. I в головной торцовой части .,которой установлена мембрана 2, выполненная из теплопроводного мате2 ренней поверхности измерительной мембраны применяется теплозащитный теплопроводный колпачок, установленный в головной части гильзы, Температура стенки корпуса (гильзы) датчика в процессе иэмерений поддерживается равной или близкой к температуре стенки объекта испытаний. При определении коэффициентов теплоотдачи возможно исключить погрешности в определении коэффициента теплоотдачи, связанные с перестройкой пограничного слоя, Датчик может быть выполнен с малыми габаритами (ф1-6 мм и толщиной

3=2-5 мм) что позволяет его исполь1 зовать при модельных испытаниях и в промьппленных образцах без нарушения целостности элементов конструкций.

° В связи с отсутствием системы охлаждения установка и эксплуатация датчика проста и удобна. 1 ил. риала. Мембрана 2 выполнена в виде тонкостенного диска толщиною 0 и по периферии соединена с торцовой частью гильзы 1 с обеспечением теплового контакта.

С внутренней стороны мембраны 2 установлены датчики для измерения температуры поверхности мембраны 2, ! например термоэлектрические: датчик 3 в центре диска мембраны; датчик 4 - у основания мембраны; датчик 5 — у периферийной части мембраны.

При изготовлении мембраны 2 иэ ма— териала хромель в качестве дифферен3 1509635 циальной термопары для измерения разницы температуры между точками установки датчиков 3 и 4 используются термоэлектроды из материала. копель и

5 или алюмель, В головной части гильзы 1 размещен теплоправодный колпачок 6, выполненный из теплопроводного материала, например молибдена, меди, l0

Колпачок 6 установлен с обеспечением теплового контакта с головной части гильзы, обращенной к источнику теплового потока. Тепловой контакт обеспечен в головной наиболее нагре- 15 той части датчика применением посадочных поясков 7. Колпачок 6 не имеет теплового контакта с мембраной 2.

Толщина стенки колпачка 6 связана с теплофизическими характеристиками материала и эффективностью теплового контакта в месте соединения с .гильзой 1. Толщину колпачка 6, местоположение пояска 7 выбирают из Решения уравнений теплопрородности и теплово- 2 го баланса для головной части датчика, исходя из условия, что перепад температуры между основанием мембраны 2 в точке установки датчика 4 и центральной частью колпачка был мини- 30 мален и составлял величину порядка

1-20 С.

На поверхность колпачка 6 со стороны, противоположной мембране 2, нанесено теплоотражающее покрытие, например из золота, никеля, В колпачке 6 установлен теплоизоляционный вкладыш 8, на внешней поверхности которого, обращенной в сторону мембраны 2, размещен тонкий теп- 40 лоотражаюший слой 9, выполненный в виде напыленного слоя золота, никеля, Теплоизоляционнь1й вкладыш 8 может быть составным, В сборке деталей 7-9 выполнена 45 система отверстий 10-12, предназначенных для вывода соединительных проводников от датчиков 3-5 измерения температуры.

Для обеспечения надежности работы датчика проводники от датчиков 3-5 температуры механически соединяют с вкладышем 8, например термоцементом, Однако при этом должно быть обеспечено гидравлическое соединение полос- 55 ти, Расположенной под мембраной внутренней полостью гильзы 1. В нижней части гильзы размещен теплоэлектроизоляционный стержень 13, через который выводятся проводники от датчиков 3-5 измерения температуры.

Гильза 1 может быть соединена с элементами конструкции (на показаны ) объекта исследований и снабжена системой охлаждения или нагрева.

Датчик работает следующим образом °

На внешнюю поверхность мембраны 2 действует тепловой поток и тепло, протекая по мембране 2, поступает к гильзе 1, по которой и отводится, например, к системе охлаждения, Одновременно тепло через боковую поверхность пояска 7 поступает к колпачку 6 и í".ãðåâàåò его до температуры, близкои к температуре внутренней поверхности мембраны 2, При этом нагревается вкладыш 8 и теплоотражающий слой 9. При действии теплового потока нагревание мембраны происходит неравномерно: в центре имеет место зона повышения температуры. Аналогично происходит нагревание и внешней поверхности вкладыша 8.

Датчик позволяет свести до минимума потери тепла с внутренней стороны мембраны и обеспечить организован" ный теплоотвод по мембране к гильзе.

Предлагаемый датчик теплового потока позволяет производить измерения с точностью 2-3 .

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Датчик теплового потока, содержащий теплопроводную мембрану, установленную на торце теплопроводной гильзы,. датчик разности температур между центром мембраны и местом соединения мембраны с гильзой, расположенный с внутренней стороны мембраны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет снижения теплопотерь, на внутренней стенке гильзы под мембраной с зазором закреплен колпачок из теплопроводного материала, выполненный в виде стакана, с установленным в нем со стороны мембраны вкладышем из теплоизоляционного материала.

l2

Составитель У.Исакаев

Р едактор Г. Волкова Т ехред А, Кравчук Корректор И. Муска

Заказ 5793/33 Тираж 573 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101