Датчик теплового потока

 

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советск ил

Социалистичесиик

Республик (1и 596049 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 13. 07.?6 (21) 2383100/18-10 с присоединением заявки М(23) П риоритет

Опубликовано 30. 01. 83 ° Бюллетень Юа 4

Дата опубликования описания 30 о1 83 (53)М. Кл.

6 01 К 17/08

Гееударстееккык кемктет

СССР (З) УЛК 536.532 (088.8) N делам кзобретеккй и открытии (72) Авторы изобретения

О.А.Геращенко, Ж.Л.Погурская, И.И.Клименко и А.С.Поник (71) Заявитель

Институт технической теплофизики АН Украинской ССР (54) ДАТЧИК ТЕПЛОВОГО ПОТОКА

Изобретение относится к области тепловых измерений.

Известен датчик теплового потока,, содержащий термочувствительный элемент с выводами, выполненный в виде теплоприемного элемента, составленного из чередующихся термопарных электродов, расположенных под углом к основанию теплоприемного элемен а 11.

Однако такой датчик имеет значительную тепловую инерцию и недоста- точно надежен из-за несовершенства контакта между боковыми поверхностями термоэлектродов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является датчик теплового потока, содержащий термочувствительный элемент с выводами, выполненный в виде теплоприем- о ной пластины, изготовленной из термоэлектродного материала, закрепленной через слой электрической изоляции на теплопроводящей поверхности, и термо2 электродов, распОложенных под углом к основанию пластины, выполненных из термоэлектродного материала противоположного типа проводимости 1 2 J.

Этот датчик имеет недостаточную надежность из-эа низкого качества контактного соединения термоэлектродных материалов и значительную инерционность, обусловленную конструкцией датчика.

Цель изобретения - повышение надежности и снижение тепловой инерции датчика.

Это достигается тем, что в теплоприемной пластине выполнено несколько рядов сквозных отверстий,в которых размещены термоэлектроды, причем отношение толщины пластины к диаметру отверстий составляет О,1 — 3.

На фиг. 1 схематически показан предлагаемый дачтик; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Датчик теплового потока содержит теплоприемную пластину 1, отверстия

3. 59604

2 в теплоприемной пластине,в которых размещены термоэлектроды, электрическую .изоляцию 3, теплоотводящую пластину 4, электрические выводы 5, Датчик теплового потока работает следующим образом.

Тепловой поток 6, проходя через тепловоспринимающую пластину 1, соз дает перепад температуры между ее верхней и нижней поверхностями.Ниж- О няя поверхность пластины 1 через слой электрической изоляции контактирует с теплоотводящей пластиной 4.

При наличии перепада температур в термочувствительном элементе датчика,>5 представляющего собой зональнонеоднородную среду, возникают вихре1 вые термоэлектрические токи и обус- ловленная ими поперечная по отношению к тепловому потоку термоздс, 2О которая пропорциональна величине потока и служит мерой его.

Для данной конструкции датчика теплового потока отверстия 2 выполнены с шагом, равным 50-200 мк. Такой выбор расстояния между отверсти ями объясняется тем, что возникающие в пластине 1 вихревые термоэлектрические токи сосредоточены в узкой пограничной зоне вдоль границы разде" ЗО ла контактирующих материалов. Следовательно, в термоэлектрическом материале рабочей является лишь указанная узкая область, а остальная часть его бесполезно увеличивает З5 тепловую инерцию датчика. При использовании лазерного луча возможно получение отверстий диаметром 50 мк, что определяет минимальный шаг, равный этой величине.

4О

8 зависимости от сочетания термоэлектрических материалов термочувствительного элемента датчика шаг ю изменяется, так как должно соблюдаться условие

45 мальных расстояний между отверс Гня— ми 0-200 мк.

Инерционность датчика теплового потока определяется в основном его толщиной, однако :;a;; у -одно малой зта величина быть не может, так как в этом случае градиент температуры, срабатываемый на пластине настолько мал, что возникают трудности с регистрацией термоздс, которая пропорциональна градиенту температуры.увеличение толщины пластины делает датчик сравнимым с известными датчиками других конструкций, поэтому отношение толщины пластины 1 к диаметру отверстий 2 составялет 0,1-3, В опытных образцах датчика тепло-. вого потока тепловоспринимающие пластины изготавливали из монокристаллических пластин и металлической фольги, В монокристаллической кремниевой пластине толщиной 200 мк лазером получены отверстия диаметром 70 мк с шагом 200 мк, которые выполнены под углом к основанию пластины, равным

60 . В отверстия вводили термозлекто родный материал висмут методом вакуумного напыления. Постоянная времени датчика с таким термочувствительным элементом составляла 0,01 с.

В другом датчике теглового потока в тепловоспринимающей пластине 1, изготовленной из никелевой фольги толщиной 40 мк, отверстия диаметром

50 мк изготавливали лазером. Расстояние между отверстиями равно 200 мк, угол 45 . В отверстия вводили висмут.

Постоянная времени такого датчика составляет 0,01 с.

При изготовлении тепловоспринимаю\ щей пластины из константовой фольги толщиной 6 мк и заполнении отверстий диаметром 0 мк медью постоянную времени удалось снизить до величины

0,001 с.

5О

55 где J - удельное сопротивление материала;

Ъ - диаметр отверстия в пластинеь расстояние между отверстия.ми.

Для наиболее употребительных пар термоэлектрических материалов отношение Pg /p Hàõoäèòcë в пределах

1-4, соответственно диапазон миниТаким образом, предла га емый датчик теплового потока позволяет измерять нестационарные тепловые потоки с повышенной точностью благодаря уменьшению его тепловой инерции.

Кроме того, расположение термоэлектродов в отверстиях пластины обеспечивает требуемый электрический контакт между парными термозлектрич ескими материалами, имеющими различные коэффициенты термического расширения, что обеспечиьает высокую на5 дем(ность да i IM1<а, расо а; виях термического удара. (, )(э р мул 3 oб 0 е (е!-к (я . (с 0 -! - ., (< (i (I-1 <(, 0 р и а ((и и, < 3 С.": (З

< <р (, /

l /р г — 1/.б (.ос а ви т ел ь

Техред Р,. Бабин ец

I 0ppP f

С1

Редактор E.Çóáèåòo-=а

Заказ. 10833,/11 Тира> (8/1 По„писное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений ; OTêobï

113035, Москва, Ж-3), Раушская í=::á=,,,,д, - ;/5

Филиал ППП Патент, г. /; ãîðîg, ул, Пров:Tíàë, 4

ДатЧИК ТЕПЛОВОГО ПОТО,<а э 00 0„ЕР;;;а (ций термОчувст Бит ел ь ный элеме . iT c выводами, выполненный в виде е ик приемной пластины, изготовле, - с †; из термоэлектродного материала .- за крепленной через слой диэлектрика на теплопроводящей поверхности, и термоэлектродовэ располох(енных под углом к основани,о пластинь., вь:полненных из термоэлектродного материал=-, ,па Гроводимости, 0: Л, - " i i, ii ..i С Я ТЕМ. ЧТО, с ве.гь з они:(ения тепловой инеоции, а гЕ ЛОГ. †.: foßÊO", ПЛ-OT(:.i- (:- ВЫПОЛНЕНО

i:20i<,. ii : .."О i)ëgoя (. i<(- Oçны." OT верстии; ко.oobf,. p2ç.",=- .це, †;ы термоэлектродь:,, -,P!,ЧЕ:. 0 НСГ!;Еi -i ТОГ ЦИ:- и ПЛаСТИНЫ ггрИНятЫЗ-.:=0 ВНН.. „-,НИЕ ПрИ ЭКСПЕртИЗЕ

"итс "-" - свидетльсiво СССР 3,"ВО,i,, <л. С1 01 I(, f08, 1969,.

2. Гopапен <с 0. А, и др. Тепловые

-,"--.=-, р -.ь <э измерения, Наукова (г: э — 1 0(э y (- I(P