СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВЫДЕЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК G01K17/08 

Изобретение относится к измерению тепла и может быть использовано при измерении тепловыделения в деталях камер сгорания (КС) тепловых машин.

Известен способ определения количества тепла, при котором испытуемый объект приводят в контакт с тепломером, имеющим спаи дифференциальной термопары на истоке и стоке, измеряет градиент температуры в тепломере между истоком и стоком и вычисляют искомую величину. Температуру истока тепломера поддерживают постоянной путем изменения температуры его стока (1).

Недостаток известного способа заключается в том, что он может быть использован лишь при конкретно задаваемой температуре испытуемого объекта. При расширении диапазона температур измерений испытуемых объектов изменяются теплофизические свойства тепломера и термоэлектрические свойства дифференциальной термопары, что вносит погрешность при измерений температурного градиента и снижает точность.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ определения тепловыделения, заключающийся в установке на испытуемом объекте тепломера в виде плоскостной дифференциальной термопары и измерении разности потенциалов Е_и между ее спаями и температуры t_и. При определении количества тепла в расчетную формулу вносится поправка, учитывающая температурную зависимость теплопроводности материала тепломера.

Недостатком известного способа является низкая точность при расширении диапазона температур испытуемых объектов, обусловленная изменением термоэлектрических свойств дифференциальной термопары.

Технический результат, получаемый от использования заявленного способа, состоит в повышении точности определения тепловыделения объектов, работающих при повышенных температурах.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе перед установкой на объект через тепломер пропускают тепловой поток q_т одного порядка с тепловыделением q объекта и измеряют температуру t_т тепломера между истоком и стоком, а искомое тепловыделение вычисляют по соотношению:
q=K•λ_и/λ_т•[1+α(t_т-t_и)]•e_и/e_т•E_и,
где К коэффициент пропорциональности;
λ_и- коэффициент теплопроводности тепломера при контактировании с испытуемым объектом;
λ_т- коэффициент теплопроводности тепломера перед контактированием с используемым объектом;
α- средний температурный коэффициент линейного расширения материала тепломера;
е_т дифференциальная термо-эдс термопары при температуре t_т;
е_и, дифференциальная термо-эдс термопары при температуре t_и.

На чертеже приведена схема устройства, реализующего способ определения количества тепла.

Устройство содержит тепломер 1 со спаями 2 дифференциальной термопары 3 на истоке И и стоке С, подключенной к прибору 4 измерения разности потенциалов. Между истоком и и стоком С тепломера установлен преобразователь температуры 5, соединенный с прибором 6 измерения температуры. Тепломер 1 установлен на испытуемый объект 7.

Сущность способа определения тепловыделения заключается в следующем.

Перед контактированием с объектом 7 через тепломер 1 с помощью калориметра с компенсационной изоляцией пропускают тепловой поток q_т одного порядка с тепловыделением объекта, обеспечивая предварительный нагрев тепломера до некоторой температуры t в интервале t_ст<t<t_ит, где t_ит и t_ст соответственно температуры истока и стока тепломера при нагреве его тепловым потоком q_т. Измеряют разность потенциалов Е_т между ними прибором 4 и температуру t_т тепломера 1 между истоком и и стоком С преобразователем температуры 5 и прибором 6, и вычисляют коэффициент пропорциональности по формуле:

Испытуемый объект 7 приводят в контакт с тепломером 1, измеряют разность потенциалов Е_и между спаями 2 дифференциальной термопары 4 на истоке И и стоке C прибором 4 и температуру t_и тепломера 1 между истоком И и стоком С преобразователем температуры 5 и прибором 6, и вычисляют тепловыделение по соотношению:
q=K•λ_и/λ_т•[1+α(t_т-t_и)]•e_и/e_т•E_и (1)
Пример. Предложенным способом определялось тепловыделение в головку цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

Используемый тепломер представляет собой сплющенную дифференциальную термопару с промежуточным электродом, выполненным из костантана.

На промежуточный электрод гальваническим методом были нанесены медные токосъемные пластины.

Перед контактированием с головкой цилиндров через тепломер пропускали тепловой поток q_т= 200• 10³ Вт/м². Разность потенциалов между спаями дифференциальной термопары на истоке и стоке тепломера составляла Е_т 392 мкВ, а температура тепломера между истоком и стоком t_т= 150^oС.

Коэффициент пропорциональности тепломера равен:

При контактировании головки цилиндров двигателя внутреннего сгорания с тепломером разность потенциалов между спаями дифференциальной термопары на истоке и стоке не изменилась Е_иE_т 392 мкВ, а температура тепломера между истоком и стоном повысилась до t_и 350^oС.

Для температур тепломера перед контактированием t_т и при контактировании t_и с головкой цилиндров определялись коэффициенты теплопроводности и дифференциальная термо-эдс термопары.

Коэффициенты теплопроводности тепломера λ_т=23 Вт/(м•^°C) при температуре Т_т 150^oС; λ_и=31,25 Вт/(м•^°C) при температуре Т_и 350^oС.

Дифференциальная термо-эдс термопары
е_т 50,1 мкВ/^oС при температуре t_т 150^oC
е_и 60,1 мкВ/^oС при температуре t_и 350^oC. Средний температурный коэффициент линейного расширения костанана α=15,6•10^-6°C^-1 (в диапазоне температур 20-400^oС).

Искомое тепловыделение

Точность определения тепловыделения при исследовании тепловыделений в головку цилиндров двигателя внутреннего сгорания в интервале температур от 150 до 350^oС повысилась и составила

Сущность изобретения: перед установкой на испытуемый объект через тепломер со спаями дифференциальной термопары на истоке и стоке пропускают тепловой поток одного порядка с тепловыделением объекта, измеряют температуру тепломера между истоком и стоком до и после установки его на объект и разность потенциалов между спаями дифференциальной термопары, нагреваемой теплом объекта. Искомое тепловыделение вычисляют по приводимой расчетной зависимости с учетом теплофизических свойств материала тепломера и температурного коэффициента ТЭДС термопары при измеренных температурах. 1 ил.

Способ определения тепловыделения, заключающийся в установке на испытуемом объекте тепломера со спаями дифференциальной термопары на истоке и стоке и измерении разности потенциалов Е_и и температуры t_и тепломера между истоком и стоком, отличающийся тем, что перед установкой на объект через тепломер пропускают тепловой поток q_т одного порядка с тепловыделением q объекта и измеряют температуру t_т тепломера между истоком и стоком, а искомое тепловыделение вычисляют по соотношению
q=K•λ_и/λ_т[1+α•(t_т-t_и]•e_и/e_т•E_и,
где К коэффициент пропорциональности;
λ_и коэффициент теплопроводности тепломера при контактировании с испытуемым объектом;
λ_т коэффициент теплопроводности тепломера перед контактированием с испытуемым объектом;
α средний температурный коэффициент линейного расширения материала тепломера;
e_т дифференциальная термо-ЭДС термопары при температуре t_т;
e_и дифференциальная термо-ЭДС термопары при температуре t_и.