Устройство для измерения лучистых тепловых потоков

 

О П И С А Н И Е (877365

ИЗОБРЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социапмстнческик

Ресмубпнм (61) Дополнительное к авт. свмд-ву(22) Заявлено и . 02;80 (21) 2880329/18-10 с присоединением заявки М (28) Приоритет(51)М . Кл.

G 0l К 17/06

9вударственвый кемитет

СССР ав делам нэабретенкй и открытнй (53) УДК 536. .629.7 (088,8) Опубликовано 30, 10. 81. Бюллетень ЭВ 40

Дата опублмкования описания 30. 10. 8l

В,Г. Горшенев, Л.Я. Падерин, В.М. Литвинов. и В.П. Суворов „-4 яз, . с (72) Авторы изобретения

I I ( (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО, ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛУЧИСТЫХ ТЕПЛОВЫХ

ПОТОКОВ

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано, преимущественно, для измерения лучистых тепловых потоков с углом расходимости в диапазоне 0--17 о

Известно устройство для измерения лучистых тепловых потоков, содержащее корпус с приемником тепла, измеритель температуры и вспомогательный источник тепла, воздействующий на приемник и подключенный к.регулирующему блоку fl ).

Однако зто устройство обладает низкой точностью измерения тепловых потоков (4-6X) из-за большой тепловой инерционности вспомогательного источника тепла и интенсивного теплообмена между теплоприемником и корпусом, что затрудняет определение равновесной температуры теплоприемника с высокой точностью IX.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее цилиндрический корпус с зеркальной внут(2 ренней поверхностью, приемник тепла, выполненный в виде диска с зеркальной тыльной поверхностью, установленной на входе корпуса с зазором по периферии, дифференциальную термопару, ,спаи которой размещены на диске и кори усе (2 ).

Недостаток устройства заключается в том, что при измерении, в частности конических лучистых тепловых потоков, часть теплового потока, прошедшая через зазор между диском и корпусом, отражаясь от зеркальных стенок внутренней поверхности корпуса, попадает на приемник тепла, изменяя его равновесную температуру, что приводит к уменьшению. точности измерения величины тепловых потоков. Кроме этот го, при измерении параллельных лучистых тепловых потоков, точность измерения снижается из-за погрешности ориентации и установки известного уст- . ройства относительно направления падающего лучистого потока.

8773

Устройство работает следующим образом

На пути лучистого теплового потока, плотность которого необходимо измерить, устанавливают предлагаемое устройство. При этом тепловой поток

Цель изобретения — повьппение точности измерения лучистых тепловых потоков с учетом расходимости,в диапазоне 0-17

О

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее цилиндрический корпус с зеркальной внутренней поверхностью, приемник тепла,выполненный в виде диска с зеркальной тыльной поверхностью, установленный на входе корпуса с зазором по периферии, дифференциальную термопару, спаи которой размещены на диске и корпусе, дно корпуса выполнено в виде усечен-. ного конуса, направленного вершиной к диску, Диаметр меньшего основания конуса составляет 0,8-0,95 диаметра диска, с высотой конуса, равной 0,1-0,6 от высоты корпуса, и углом наклона образующего конуса не меньше заданного угла расходимости измеряемого лучистого потока, причем сумма указанных углов не превышает величины (4+ .,4 Й Id где h — высота корпуса;

d — величина зазора между диском и корпусом.

На чертеже приведена схема устрой- ЗО ства для измерения лучистых тепловых потоков.

Устройство содержит цилиндричес- кий корпус 1 с зеркальной внутренней поверхностью, приемник 2 тепла, который обладает высокой поглощательной и излучательной способностью (а= =

=0,95) и выполнен так же, как и корпус 1, из материала q большой теплопроводностью, например из меди, и 40 имеет форму диска с зеркальной .тыльной поверхностью. При этом приемник

2 тепла установлен на входе корпуса с зазором по периферии на изолированных подвесках, например их стеклони- 45 тей. Кроме того, устройство содержит дифференциальную термопару 3 и нагреватель 4 корпуса, расположенный на внешней. боковой поверхности корпуса. Дно корпуса 1 выполнено в виде gg усеченного конуса, направленного вершиной к диску.

65 . 4 попадает на приемник 2 тепла и через зазор между корпусом 1 и приемником

2 тепла во внутреннюю полость корпуса

1,.Лучи, попавшие на приемник 2 тепла нагревают его, а лучи, прошедшие во внутреннюю полость корпуса 1, отражаются наружу от зеркальной образующей конуса; форму которого имеет основание корпуса 1. С помощью дифференциальной хромель-копелевой термопары 3 измеряют разность температур приемника 2 тепла и корпуса 1, а с помощью нагревателя 4 корпуса устанавливают и поддерживают, например с помощью автоматической следящей системы, температуру корпуса, равную температуре приемника тепла. При условии надежной теплоизоляции приемника тепла мерой плотности лучистого теплового потока в стационарном режиме является равновесная температура приемника тепла, по которой опредеЛяется плотность лучистого потока Е из соотношения:

Е =6 т4 (1) где 6 — постоянная Стефана-Больцмана;

Т вЂ” равновесная температура чувствительного элемента.

Предлагаемое устройство, по сравнению с известными, позволяет измерить плотность как параллельного лучисто- го потока, так и лучистого потока с углом расходимости до 17 с большой точностью 17. Это достигается тем, что часть лучистого теплового потока, попадающая во внутреннюю полость корпуса через зазор между корпусом и приемником тепла, полностью отражается наружу через указанный зазор и влияние дополнительного теп-. лового потока на величину равновесной температуры приемника тепла исключается. Для осуществления полного отражения указанного выше теплового потока, как следует, из анализа работыустройства, необходимо, чтобы угол наклона образующей конуса, в форме которого выполнено дно корпуса, был равен или больше угла расходимости измеряемого лучистого теплового потока, а сумма указанных углов не превьппала величину угла фо, равного где h — высота корпуса;

d — зазор между диском и корпусом.

При этом величина диаметра верхнего основания конуса должна составлять

877365

0,8-0,9 диаметра диска чувствительного элемента, а высота конуса — 0,10,6 от высоты корпуса. Таким образом, величина угла Q наклона- образующей конуса определяется геометрическими размерами устройства (зазором d и высотой корпуса h) и величиной угла расходимости лучистого потока 11 .

Условие полного отражения лучистого потока от наклонной зеркальной поверхности конуса можно записать следующим образом.

oLTig 14 d+f < (Ъ (3/

Из приведенных соотношений видно, что величина угла Я"максимальна в случае, когда 1г = (., при этом 11

В частности, например, при значении h/d=l, величина Ро составляет 22 и устройство обеспечивает измерение лучистых потоков с углом расходимости )" в диапазоне О = 011 . При этом иэ условия (ck+f)=Pg=22 следует,что минимальная величина угла наклона образующей конуса о составляет + = 110 (при = 11 ) а максимальная — 22о (при Я"= О). Минимальная высота конуса при этом равна h =gtg =htg ™=0,2lh а ди2 2. аметр верхнего основания конуса составляет 0,8 от диаметра диска, Необходимо отметить, что при больших значениях параметра h/dÌ1, получаются слишком малые углы наклона о образующей конуса (3 =0 1-1 ) и изго.товление корпуса в этом случае затруднено. С другой стороны, условие

h/d(

Предлагаемое устройство для измерения лучистых тепловых потоков является абсолютным, не требует градуиров ки в процессе эксплуатации и может быть использовано в качестве контрольного устройства при градуировке других типов измерителей в диапазоне. тепловых потоков плотностью от 5 до

3000 Вт/м . По сравнению с известным устройством, предлагаемое устрой ство позволяет измерять как параллельные лучистые потоки, так и лучистые о потоки с углом расходимости до 17,0 С точностьюл 1%.

10 Таким образом, точность измерения тепловых потоков повьппается в

3-5 раз.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения лучистых тепловых потоков, содержащее ци . линдрический корпус с зеркальной щ внутренней поверхностью, приемник тепла, выполненный в виде диска с зеркальной тыльной поверхностью, установленный на входе корпуса с sa-. зором по периферии, дифференциальную термопару, спаи которой размещены на диске и корпусе, о т л и;ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения лучистых тепловых потоков с углом расходимости в диапазоне 0-17О, дно корпуса вьг полнено в виде усеченного конуса, направленного вершиной к диску.

2. Устроиство по п. l, о т л ич а ю щ е е с я тем, что диаметр меньшего основания конуса составляет 0,8-0,95 диаметра диска, с высотой конуса, равной 0,1-0,6 от высоты корпуса, и углом наклона образующей конуса не меньше заданного угла расходимости измеряемого лучистого пото40 ка, при этом сумма укаэанных углов не ревьппает величины а сМ (+ ь а ), 45 где h - -высота корпуса;

d — величина зазора между диском и корпусом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

50 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 117089, кл. G 01 J 5/12, 1858.

2. Авторское свидетельство СССР № 386283, кл. G 01 К 17/06, опублик.

1973 год. (прототип). 877365

О о о о

Составитель Е. Цанкратов

Редактор С. Крупенина Техоед А.Бабинец Корректор М. Шароши

Заказ 9602765 Тираж 910 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москвад Ж-35 Раушская наб. О;. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4