Датчик для измерения прогрева и уноса теплозащитного материала

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров разрушения (прогрева и уноса) теплозащитного и другого материала в теплофизических исследованиях, доменном и машиностроительном производстве, а также в др. областях науки и техники. Цель изобретения - повышение точности измерения. Датчик состоит из цилиндрического корпуса и термопары, горячий спай которой расположен на переднем торце корпуса. На боковой поверхности корпуса выполнены канавки с противоположным друг к другу направлением навивки. Термоэлектроды термопары выполнены в виде винтовых спиралей и уложены в эти канавки. В местах скрещивания термоэлектродов они отделены друг от друга электроизоляционным материалом, обладающим эффектом резкого увеличения электропроводности при достижении определенной температуры. Электроизоляционный материал может быть выполнен на основе алюмоборосиликатного стекла, оксидных соединений переходных материалов, двухфазной композиции полупроводник-диэлектрик. В случае выбора последнего температура срабатывания материала может составить 650±50, 390±30, 275±25, 175±25°С в зависимости от соотношения составных элементов. В процессе работы датчика после разрушения исходного горячего спая происходит восстановление горячего спая в местах расположения электроизоляционного материала между термоэлектродами в заданном температурном диапазоне. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (И) А1,(51) 4 G О1 К 7/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4381374/24-10 (22) 22,02.88 (46) 23.10.89. Бюл. Р 39 (72) Л.А.Кокурин, В.Г.Корнеев, В.Д.Полунин, В.М.Сушков, А.Д.Куликов и М.П.Крючков (53) 536.6 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1157370, кл. G 01 К 7/02 ° 1983.

Авторское свидетельство СССР

М 885823, кл. G 01 К 7/02, 1980. (54) ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОГРЕВА

И УНОСА ТЕПЛОЗАЩИТНОГО МАТЕРИАЛА (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров разрушения (прогрева и уноса) теплозащитного и другого материала в теплофиэических исследованиях,,доменном и машиностроительном производстве, а также в др. областях науки и техники, Цель изобретения — повышение точности измерения. Датчик состоит из цилиндрического корпуса и термопары, горячий спай которой расположен на переднем торце корпуса. На боковой поверхИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано,при измерении параметров разрушения (прогрева и уноса) теплозащитного и др. материала.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На фиг. 1 показан датчик, общий вид; на фиг. 2 — то же, вид сверху; на фиг.3 — сечения А-А, Б-Б и В-В. на фиг.1. ности корпуса выполнены канавки с противоположным друг другу направлением навивки, Термоэлектроды термопары выполнены в виде винтовых спиралей и уложены в эти канавки. В местах г скрещивания термоэлектродов они отделены друг от друга электроизоляционным материалом, обладающим эффектом резкого увеличения электропроводности при достижении определенной температуры. Электроизоляционный материал может быть выполнен на основе алюмоборосиликатного стекла, оксидных соединений переходных материалов, двухфазной композиции полупроводник — диэлектрик, В случае выбора последнего тем- ф пература срабатывания материала может составить 650+50) 390+30, 275+25

175+25 С в зависимости от соотношения о составных элементов. В процессе работы датчика после разрушения исходного горячего спая происходит восстановление горячего спая в местах располо@ М жения электроиэоляционного материала между термоэлектродами в заданном тем- ©" пературном диапазоне. 3 ил.

Датчик имеет цилиндрический корпус 1, торец 2, который подвергается воздействию высокотемпературного. гаэа, канавку 3 для термоэлектродов, горячий спай 4 термопары, канавку 5 с одним направлением навивки, канавку 6 с противоположным направлением навивки, бокову поверхность 7 корпуса, первый электрод 8 в виде винтовой спирали (уложен в канавку), электроизоляционный материал 9, который может быть

1516807 выполнен на основе алюмоборосиликатного стекла со специальными добавками, увеличивающими электропроводность стекла при повышении температуры; оксидных соединений переходных и др. материалов, например, на основе двуокиси титана ТiО,окиси магния Mg0, окиси кобальта Со Оз,окиси марганца

Mn,окиси никеля NiO, окиси алюминия А1 О окиси меди СиО и др.; двухфазной композиции полупроводник — диэлектрик, в которой полупроводник выполняет активную роль проводящей фазы, а диэлектрик регулирует степень проводимости изоляции; на основе экспериментальных данных подобраны составы композиции на температуры срабатывания (при которой сопротивление достигает 1 10 О м м): 650+50, 390+

30, 275+25, 175+ 25 С.Датчик имеет также второй термоэлектрод 10 в виде винтовой линии (уложен в канавке), внутренний торец 11 корпуса и выходные концы 12 термопары.

Датчик работает следующим образом.

На датчик, установленный в исследуемый теппоэащитный материал (ТЗМ), воздействует высокотемпературный газ. Когда фронт прогрева материала достигает горячего спая 4 термопары, расположенного в канавке 3 на торце

2 датчика, то с датчика регистрируется выходной сигнал, пропорциональный температуре горячего спая. 3атем температура достигает уровня температуры плавления термоэлектродов и горячий спай 4 разрушается. Это говорит о том, что фронт уноса находится на координате залегания горячего спая термопары, в этот момент выходной сиг. .40 нал с датчика пропадает, так как электроды термопары расположены на значительном расстоянии друг от друга и могут располагаться- в электроизоляции, например, в жидком стекле, в напыляе45 мой окиси иттрия, в карбонитриде бара и т.д.

По истечении некоторого промежутка времени, когда в первой зоне скрещивания двух термоэлектродов температу- 50 ра достигнет температуры срабатывания электроизоляционного материала 9, наступит замыкание электрической цепи термопары и восстановление ее горячего спая. Расстояние между зонами восстановления горячего спая превышает толщину прогретого слоя ТЗМ. С термопары снова регистрируется термоэлектроцвижущая сила, с помощью тарировочной зависимости, по которой определяют температуру Т3М в каждый момент времени. При более высокой температуре, близкой или равной температуре поверхности Т3М (это определяет методическую погрешность датчика), восстановленный горячий сйай разрушается и сигнал пропадает. Так как горячий спай может восстанавливаться при заданной температуре, например, 175 о или 275 С, то рассматриваемый датчик позволяет измерять темпы прогрева ТЗМ, начиная с низких температур и до температуры разрушения материала. По истечении небольшого промежутка времени горячий спай снова восстановится при низкой заданной температуре, но на другой стороне датчика. Таким образом, этот цикл восстановления горячего спая термопары и процесса измерения прогрева и уноса ТЗИ повторяется .по мере продвиженич фронта прогрева и уноса материала.

Датчик может работать и внутри электропроводного материала, например, углепластика, так как термоэлектроды в нем замыкаются через специальный электроизоляционный материал 9 и не контактирует с исследуемым ТЗМ (за счет нанесения на термоэлектроды жидкого или напыляемого электроизоляционного материала). По моментам разрушения восстановленного горячего спая определяют унос ТЗМ. Точность измерения температуры прогрева ТЗМ повышается эа счет возможности измерения ее с более низкого уровня нао

Э пример, 175 или 275 С, причем к максимальной температуре сигнал подходит постепенно с градиентом, который определяется интенсивностью теплового воздействия.

Точность уноса ТЗМ повышается эа счет высокой точности выполнения канавок на боковой поверхности корпуса датчика, что приводит к более точному определению координат расположения мест скрещивания термоэлектродов, т.е. участков замыкания и размыкания термопары. При этом свободная полость канавок после установки электродов может заделываться специальной крошкой иэ исследуемого ТЗМ, создавая корпус датчика беэ пустот. Технологичность изготовления датчика улучшается за счет того, что корпус выполняется в виде одной детали, а

5 15168 укладка термоэлектродов в канавки и заливка этих канавок поддается механизации с помощью приспособлений. Повышение качества технологии изготовления датчика позволяет повысить и его эксплуатационные характеристики, точность измерения, надежность применения. Измерения прогрева и уноса позволяют точно судить о механизме разрушения ТЗМ по времени под действием высокотемпературного газа. Возможность измерения темпов прогрева ТЗМ с температуры 17S или 275 С увеличивает информативность измерений и позволяет оценить и связать изменения в механизме разрушения ТЗМ с изменением в воздействии высокотемпературного газа (например, изменение давления газа, теплового потока и т.п.).

07 6

Формула изобретения

Датчик для измерения прогрева и уноса теппоэащитного материала, содержащий цилиндрический корпус с термопарой, термоэлектроды которой расположены с периодически изменяющимся расстоянием между ними, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений, на боковой поверхности корпуса выполнены канавки с противоположным направлением навивки, в которые уложены термоэлектроды термонары, при этом в местах скрещивания термоэлектроды отделены друг от друга электрически изолированным электропроводным при определенной температуре материалом.

1516807

4-А

6-5

Составитель М. Исакаев по

Корректор О.Ципле

- "

Редактор Е. Папп Техред А. Кравчук

Закаэ 6375/40 Тира к 573 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Проиэводственно-иэдательский комбинат "Патент", r. Ултород, ул. Гагарина, 101