Тепломер

 

О П И С А Н И Е (1)474707

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 28.02.73 (21) 1887823 18-10 (51) М. Кл. G 01k 17 00 с присоединением заявки— (32) Приоритст—

Опубликовано 25.06.75. Бюллетень х"е 23

Дата опубликования описания 19.05.76

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 536.5(088.8) (72) Авторы изобретения И. М. Пилат, А. А. Ащеулов, А. Б. Беликов, E. Ф. Корнеев, А. Д. Шевченко и Л. Ф. Потыкевич (71) Заявитель

Черновицкий государственный университет (54) ТЕПЛ ОМЕР

Е =- а(Т. — Т,)

1 а

Изооретение относится к тепловым приборам и может найти применение в калориметрии для измерения тепловых потоков и в различных тепловых измерительных устройствах. 5

В известных тепломерах в качестве датчиков применены термопары или термобатареи, заделанные в фокусирующую пластину и теплостабилизирующий элемент. Такие тепломеры обладают недостаточной чувствитель- 1Ц ностью и нестабильностью характеристик изза старения термопар вследствие взаимной диффузии материала термопар. Кроме того, эти тепломеры обладают большим временем релаксации, равным 10 — 15 сек. Лучшие оди- 15 ночные датчики, изготовленные на основе термопар, имеют рабочий коэффициент

К, = 5 10 вт м в. Применение батареи последовательно соединенных термопар приводит к уменьшению рабочего коэффициента 20

Ко = 104 вт, лРв, »о при этом число термопарных спаев достигает 2000 на слез, что, в свою очередь, снижает надежность.

Цель изобретения — уменьшение рабочего коэффициента, времени релаксации, повышение точности измерения.

Для этого в предлагаемом устройстве датчика для измерения разности температур выполнен в виде пластины из термоэлектрически анизотропного монокристалла, рабочие грани которой находятся в тепловом контакте с фокусирующей пластиной и теплостабилизирующим элементом.

На фиг. 1 изображен предлагаемый тепломер; на фиг. 2 — датчик для измерения разности температур.

Тепломер состоит нз теплоприемной фокусирующей пластины I, термоэлектрически анизотропного монокристалла 2, выполненного, например, из сурмянистого кадмия, сурмянистого цинка пли твердых растворов на их основе и теплостабилизирующего элемента 8. Между пластинами и 3 и датчиком 2 расположены тонкие электроизолирующие прокладки 4 большой теплопроводности, выполненные, например, пз бернллиевой керамики или сапфира.

3.д.с., возникающая на торцах oíèçoòðîïного датчика, определяется формулой Томсона и имеет следующий вид: где Ла — параметр материала анизотропного датчика (анизотропия термоэ.д.с.), л кв;

Т,, T2 — температуры рабочих граней анпзотропного датчика, С;

474707

? .) — 7 х

b (2) 10

К = . "=K,— .

2а S, S — оо (б) Т,— Т,=

2ЕЬ аЛа

2х

КО= -— аЛа

Q-=-)qS=х $, Т,— T (5) и — длин l датчика, л;

b — высота датчика, л.

Определяют рабочий коэффициент тепломера, у которого площадь теплоконтактной пластины равна площади датчика. Тепловой поток через анизотропный датчик равен где м — теплопроводность материала апнзотропного датчика.

Пользуясь формулой (1), можно определить разность температур на рабочих граня. ; датчика:

Тогда рабочий коэффициент тепломера определяется следующей формулой: и таким образом зависит не только от физических свойств материала, но и от его длины.

Если анизотропный датчик изготовить из монокристалла CdSb, то вблизи комнатной температуры х = 1 вт)и град, Ло. = 200 1и:.в град и при длине датчика а = !,5 . 10 — м получают рабочий коэффициент Ко — — б,б. 10 вт м в, что на два порядка превосходит данные известных тепломеров с одиночным датчиком на основе обычных термопар.

Если анизотропный датчик расположен между теплоконтактными пластинками, площадь которых намного больше площади соприкосновения их с анизотропным датчиком, то количество тепла, прошедшее через датчик, определяется следующим выражением: где P — коэффициент, характеризующий потерю тепла в окружающую среду;

$„=ас — площaëü соприкосновения анизотропного датчика с теплоконтактной пластиной, лР

$ — площадь теплоконтакт:юй пластины, лР; с — толщина анпзотропного датчика, я.

В этом случае рабочий коэффициент определится следующим выражением:

Величина параметра f3 зависит от конструкции тепломера. и можно добиться, чтобы потери в окружающую среду не превышали 20Я, тогда fl = 0,8. При этом отношение $/S„ìîæåò оыть порядка 2 . 10 . Таким образом, эта конструкция тепломера обеспечивает уменьшение рабочего коэффициента еще на два порядка, благодаря своеооразному фокусирующему действию приемной теплоконтактной площадки, т. е. К,=4,1 . 10 вт)лРв.

Предлагаемые тепломеры обладают постоянной времени, равной 1 — 2 сек, что на порядок меньше постоянной времени термопарных тепломеров.

Таким образом, предлагаемый тепломер обладает малым значением рабочего коэффициента и меньшим временем релаксации.

Предмет изобретения

Тепломер, содержащий приемную фокусирующую пластину, датчик для измерения разности температур, а также теплостабилизирующий элемент, отличающийся тем, что, 40 с целью уменьшения рабочего коэффициента, времени релаксации, повышения точности измерений, датчик для измерения разности температур выполнен в виде пластины из термоэлектрически анизотропного монокристалла с

45 электрическими выводами на боковых гранях, рабочие грани которой находятся в тепловом контакте с фокусирующей пластиной и теплостабилизнрующим элементом.

474707

Дог.2

Составитель В. Афонькин

Текрел Л. Казачкова

Редактор Т. Иванова

Корректор В. Гутман

Заказ 236/697 Изд. ¹ 841 Тираж 740 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, 5К-35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»