Способ измерения температуры поверхности твердого тела
О Il И С А Н И Е 36850I
ИЗОБРЕТЕНИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Зависимое от авт. свидетельства №
М. Кл. С 01k 7/02
Заявлено 08 11.1971 (№ 1И7195/18-10) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 26.1.1973. Бюллетень ¹ 9
Дата опубликова нетя описания 27.ПI.1973
Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров
СССР
УДК 536,532(088.8) Авторы изобретения
В. Пак и В. Я. Черепанов
Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии
Зая,витель
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ
ТВЕРДОГО ТЕЛА
Изобретение относится к области измерения температур поверхностей твердых тел и может быть использовано как в лабораторных, так и в производственных условиях.
Известен способ измерения температуры поверхности твердых тел контактными термоприемниками, в которых для,повышения точности измерения за счет исключения погрешности, вызванной оттоком тепла по термоприемнику, применяется компенсация теплоотвода дополнительным подогревом термоприемника. Указанный теплоотвод проявляется как в перепаде температур на контактном термическом сопротивлении, так и в искажении температурного поля объекта при соприкосновении его поверхности с термоприемником. В существующих способах измерения наличие теплоотвода определяют, как правило, по перепаду температур на контактном термическом сопротивлении. Для повышения точности измерения на поверхности тела устанавливают основную термопару, помещенную в подогреватель вместе с вспомогательной термопарой, фиксируют разность температур между чувствительными элементами, компенсируют теплоотвод (для чего изменяют мощность подогревателя до равенства показаний основной и вспомогательной термопар) и затем измеряют температуру поверхности по показанию одной из них. Необходимым условием правильного измерения температуры термоприемником является идентичность основной и вспомогательной термопар.
Кроме того, они должны находиться в усло5 виях одинаковой тепловой связи с нагревателем, а их спай — в одинаковых условиях теплообмена со средой (в момент компенсации теплоотвода). Проверка выполнения этих условий требует дополнительного исследова10 ния конкретной конструкции термоприемника, что сопряжено с большими экспериментальными трудностями. Таким образом, основным недостатком известного способа является то, что точность измерения во многом зависит от
15 степени соблюдения в данной конструкции термоприемника указанных выше условий.
Цель изобретения — повышение точности измерения.
Это достигается тем, что момент компенса20 ции уста на вливают |не по,равенству температур основного и вспомогательного термоприемника (что соответствует отсутствию перепада температур на контактном термическом сопротивлении), а непосредственно по отсут25 ствию искажения температурного поля поверхности объекта. Для этого термоприемник помещают в подогреватель, осуществляют его контакт с поверхностью. На поверхности, вблизи места контактирования, размещают
30 вспомогательный зонд, по его показаниям
368501 фиксируют искажения температурного поля поверхности, изменяя мощность подогревателя, подогревают термоприемник до нулевого показания вспомогательного зонда и затем измеряют температуру поверхности по показа нию термоприемника, Способ .поясняется чертежом.
При соприкосновении термоприемника, например термопары 1, с поверхностью возникают искажения температурного поля объекта, которые можно обнаружить по наличию градиента температуры на поверхности вблизи места контакта термопары с поверхностью.
Кривая а показывает изменение температуры поверхности при удалении в радиальном направлении от места теплового контакта термоприемника с поверхностью объекта. Для определения указанного grad Т применяют вспомогательный зонд 2, расположенный вблизи спая термопары. Таким зондом, например, в случае измерения температуры поверхности металла, могут являться две идентичные иглы из одного термоэлектродного материала, образующие вместе с поверхностью объекта дифференциальную термопару с рабочими концами в точках А и В поверхности, Термо-э.д.с. ЛХд такой дифференциальной термопары будет пропорциональна перепаду температур ЛО в точках А и В, который вызван оттоком тепла по термоэлектродам термопары 1. Эта термо-э.д. с.,может быть усилена и использована для управления мощностью нагревателя 8, компенсирующего теплоотвод по термопаре 1. В случае перегрева термопары 1 (кривая 6) мощность подогревателя должна быть уменьшена. Момент компенсации устанавливается по нулевому показанию дифференциальной термопары (ЛХд — — О при ЛО=О, кривая с). Температура поверхности измеряется по термо-э.д. с, основной термопары 1 в момент компенсации теплоотвода.
Применение игл обеспечивает минимальность температурных искажений при размещении зонда на поверхности объекта. Поскольку иглы зонда являются термоэлектродами дифференциальной термопары, то одинаковые искажения от каждой из игл будут
45 взаимно компенсироваться при измерении перепада температур ЛО.
Для повышения точности компенсации проводится несколько измерений как с различной ориентацией зонда вблизи места контакта спая основной температуры с поверхностью, так и с различными расстояниями АВ между иглами. При этом наибольшая чувствительность достигается при расположении игл зонда на кривой, ортогональной изотермическим кривым на исследуемой .поверхности. Предлагаемый способ не вызывает практических затруднений, связанных с автоматизацией процесса измерения. Так, например, мощность подогревателя может регулироваться с помощью следящей системы, состоящей из фазочувствительного усилителя (ФЧУ) и реверсивного двигателя в качестве исполнительного механизма (ИМ), кинематически связанного с подвижным контактом делителя напряжения.
Описанный выше дифференциальный зонд, одним из термоэлектродов которого является сам объект, может быть применен в ограниченных случаях. Поэтому в качестве вспомогательного зонда в общем случае применяется дифференциальная термопара. Важным преимуществом предлагаемого способа является то, что при его реализации не требуется жесткая конструктивная и тепловая связь подогревателя с термоприемником.
Предмет изобретения
Способ измерения температуры поверхности твердого тела, например металла, путем измерения, например, термо-э. д. с. термопары и компенсации теплоотвода по ее термоэлектродам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, термопару подогревают, на поверхности вблизи места контактирования размещают вспомогательный зонд, по его показаниям фиксируют искажения температурного, поля, поверхности и компенсируют теплоотвод изменением мощности подогревателя до нулевого показания вспомогательного зонда и затем судят о температуре поверхности по показанию термопары.
368501
Составитель И. Дубсон
Редактор В. Фельдман Техред Л. Грачева Корректоры: В. )Колудева и Е. Сапунова
Заказ 621/12 Изд. № 182 Тираж 755 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, пр. Сапунова, 2
