Датчик теплового потока

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборам для определения величины плотности теплового потока на плоской поверхности. Датчик теплового потока содержит свободно вращающуюся на оси полую многогранную призму, выполненную из материала с высокой теплопроводностью, заполненную веществом со стабильной температурой плавления (например, тающим льдом). К граням полой многогранной призмы через одну грань присоединены своими опорными спаями термоэлектрические модули. Пространство между термоэлектрическими модулями заполнено слоем теплоизолирующего вещества, толщина которого равна высоте термоэлектрических модулей. Слой теплоизолирующего вещества нанесен также на боковую поверхность полой многогранной призмы. Первые электрические выводы всех термоэлектрических модулей связаны с первыми электрическими выводами микрогерконов. Вторые электрические выводы термоэлектрических модулей приведены в электрический контакт со вторым контактным кольцом. К оси посредством механического крепления прикреплен стержень с магнитом. Перемещение датчика теплового потока вдоль поверхности, на которой измеряется значение теплового потока, осуществляется с помощью специальной рукоятки. Величина термо-эдс термоэлектрических модулей регистрируется измерительной системой. Технический результат: повышение точности измерения величины теплового потока. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к приборам для определения величины плотности теплового потока на плоской поверхности.

Прототипом предлагаемого устройства является прибор, описанный в [1]. Прибор содержит термоэлектрические модули и систему снятия термоЭДС с них, при этом термоэлектрические модули расположены по внешней поверхности цилиндра таким образом, что при прокатывании цилиндра по поверхности тела, с которого замеряется тепловой поток, в контакте с поверхностью находится только один модуль, а система снятия построена таким образом, что термо-э.д.с. снимается только с того модуля, который находится в непосредственном контакте с исследуемой поверхностью.

Недостатком устройства является недостаточная точность измерения величины теплового потока вследствие погрешности, связанной с неточным поддержанием температуры опорных спаев термоэлектрических модулей.

Для устранения указанного недостатка предлагается конструкция датчика теплового потока, приведенная на фиг.1-2.

Датчик теплового потока содержит свободно вращающуюся на оси 1 полую многогранную призму 2, выполненную из материала с высокой теплопроводностью, заполненную веществом со стабильной температурой плавления 3 (например, тающим льдом). К граням полой многогранной призмы 2 через одну грань присоединены своими опорными спаями термоэлектрические модули 4, причем площадь каждого термоэлектрического модуля соответствует площади грани полой многогранной призмы 2. Пространство между термоэлектрическими модулями 4 заполнено слоем теплоизолирующего вещества 5, толщина которого равна высоте термоэлектрических модулей 4. Слой теплоизолирующего вещества 5, толщиной несколько меньший, чем заполняющий пространство между термоэлектрическими модулями 4, нанесен также на боковую поверхность полой многогранной призмы 2.

Первые электрические выводы 6 всех термоэлектрических модулей 4 связаны с первыми электрическими выводами расположенных в непосредственной близости от них в слое теплоизолирующего вещества 5 микрогерконов 7, вторые электрические выводы которых присоединены к первому контактному кольцу 8, расположенному в области, близлежащей к оси 1 с одной из боковых плоскостей полой многогранной призмы 2. Вторые электрические выводы 9 термоэлектрических модулей 4 приведены в электрический контакт со вторым контактным кольцом 10, расположенным в области, близлежащей к оси 1 с другой плоскости (противоположной размещению контактного кольца 8) полой многогранной призмы 2.

К оси 1 посредством механического крепления 11, позволяющего осуществлять вращение вдоль боковой поверхности полой многогранной призмы 2, прикреплен стержень с магнитом 12, длина которого соответствует расстоянию от центра боковой поверхности до грани полой многогранной призмы 2, служащий для замыкания и размыкания внутренних контактов микрогерконов 7.

Перемещение датчика теплового потока вдоль поверхности, на которой измеряется значение теплового потока, осуществляется с помощью специальной рукоятки 13. Механическое крепление 11 позволяет менять угол между стержнем с магнитом 12 и ручкой 13 с некоторым усилием, что позволяет фиксировать стержень с магнитом 12 перпендикулярно плоскости измерения теплового потока.

Величина термоЭДС термоэлектрических модулей 4 регистрируется измерительной системой (не показана).

Датчик теплового потока функционирует следующим образом.

Прибор располагается таким образом, чтобы один из термоэлектрических модулей 4 измерительным спаем касался исследуемой поверхности. При этом стержень с магнитом 12, установленный посредством механического крепления 11 на оси 1 перпендикулярно поверхности, замыкает соответствующий данному термоэлектрическому модулю 4 микрогеркон 7, образуя замкнутую электрическую цепь, состоящую из термоэлектрического модуля 4, первого 6 и второго 9 электрического вывода термоэлектрического модуля 4, микрогеркона 7, первого и второго электрического вывода микрогеркона 7, первого 8 и второго 10 контактного кольца, измерительной системы, регистрирующей значение термоЭДС, генерируемой термоэлектрическим модулем 4 вследствие разности температур между его измерительным и опорным спаем.

По приложению некоторого усилия к рукоятке 13 в направлении плоскости, величина теплового потока которой подлежит измерению, происходит перемещение в том же направлении всей измерительной конструкции за счет вращательного движения полой многогранной призмы 2. При этом происходит последовательное соприкосновение следующих друг за другом термоэлектрических модулей 4 с исследуемой поверхностью, замыкание соответсвующих им микрогерконов 7 посредством стержня с магнитом 12 и регистрация последовательных значений термоЭДС измерительной системой, по величине которых судят о значении теплового потока по данной поверхности.

Заполненная веществом со стабильной температурой плавления 3 полая многогранная призма 2 служит для статирования при определенной строго фиксированной температуре опорных спаев термоэлектрических модулей 4. Точная фиксация температуры опорных спаев термоэлектрических модулей 4 повышает точность измерения теплового потока с исследуемой поверхности.

Литература 1. SU 254159 А, 26.12.1969, с.1-2.

Формула изобретения

Датчик теплового потока, содержащий свободно вращающийся на оси вал, по внешней поверхности которого установлены термоэлектрические модули таким образом, что при прокатывании вала по поверхности тела, с которого замеряется тепловой поток, в контакте с поверхностью находится только один термоэлектрический модуль, а система снятия построена таким образом, что термо-эдс снимается только с того термоэлектрического модуля, который находится в непосредственном контакте с исследуемой поверхностью, отличающийся тем, что вал представляет собой полую многогранную призму, выполненную из материала с высокой теплопроводностью, заполненную веществом со стабильной температурой плавления (например, тающим льдом), а термоэлектрические модули присоединены к ее граням своими опорными спаями через одну грань, причем площадь каждого термоэлектрического модуля соответствует площади грани полой многогранной призмы, пространство же между термоэлектрическими модулями заполнено слоем теплоизолирующего вещества, толщина которого равна высоте термоэлектрических модулей, этот же слой теплоизолирующего вещества толщиной несколько меньший, чем заполняющий пространство между термоэлектрическими модулями, нанесен на боковую поверхность полой многогранной призмы, при этом термо-эдс снимается с соответствующего термоэлектрического модуля с помощью микрогерконов, замыкаемых магнитом, расположенным на стержне, закрепленном на оси полой многогранной призмы, причем крепление осуществляется с некоторым усилием так, что стержень с магнитом ориентируется перпендикулярно исследуемой поверхности независимо от ее наклона.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2