Датчик теплового потока Советский патент 1983 года по МПК G01K17/20 

Изобретение относится к теплометрии. и может быть использовано в датчиках теплового потока, предназначенных преимущественно для эксплуатации в условиях повышенных вибрационных и ударных нагрузок.

Известен датчик теплового потока, содержащий корпус, тонкий тепловоспринимающий диск и два электрода. Тепловоспринимающий диск выполнен из низкотеплопроводного материала, например константана ,а корпус и электроды - из высокотеплопроводного материала, например меди. Тепловосиринимакндий диск укреплен своей периферийной частью на корпусе датчика, который служит одновременно и теплоотводом. Один из электродов укреплен в центральномотверстии тепловоспринимающего диска с помощью пайки, а ДРУГОЙ - в корпусе 1 i

Недостатками известного датчика теплового потока являются низкая точность измерения конвективных, тепловых потоков, обусловленная большой контактной поверхностью центрального электрода, образующейся; после пайки электрода к диску, а также низкая механическая прочность соединения диска с термоэлектродом и сложность обеспечения достаточного уровня герметичности. Последнее объясняется тем, что из-за требуемых малых толщин диска (0,05-0,1 мм), используемых в конструкциях высокочувствительных датчиков, механическая прочность контакта тепловоспринимающего диска и электрода мала.

Кроме того, недостатком датчика является значительный (до 40%) разбрЬс его чувствительности в партии, обусловленный неконтролируемой массой припоя в месте контакта диска и электрода, шунтирующего выходной сигнал датчика.

Наиболее близким по технической

сущности и достигаемому результату к. предлагаемому является датчик теплового потока, содержащий корпус с присоединенным к нему электродом, тепловйсприниманвдий элемент в форме диска с углублением, в котором укреплен второй электрод. Тепловоспринимакяций диск приварен своей периферийной частью к корпусу датчика, который служит одновременно теплоотводом. Электрод укреплен в центральном отверстии тепловоспринимающего диска, которое выполнено с отбортовкой в сторону электрода. Наличие от верстия с отбортовкой позволяет путем изменения формы электрода в месте его соединения с диском установить электрод заподлицо с поверхностью диска и повысить механическую прочность контакта t23.

Недостатком известного да:тчика теплового потока является низкая чувствительность, которая обусловлена относительно большой площадью контактной поверхности, занимаемой центральным электродом на тепловоспринимающей поверхности диска..

Так, например, при диаметре диска 1,5 мм и диаметре контактной площадки 0,8 мм снижение чувствительности датчика по этой .причине достигает 63%.

Цель изобретения - повышение чувствительности датчика теплового потока при эксплуатации в условиях повышенных вибрационных и ударных нагрузок.

Для достижения поставленной цели в датчике теплового потока, содержащем корпус с присоединенным к нему электродом и тепловоспринимакяций элемент в форме диска с углублением, .в котором укреплен второй электрод, углубление диска выполнейо в форме полусферы, диаметр которой в 4-5 раз больше толщины диска, причем контактная поверхность второго электрода выполнена сферической.

На фиг. 1 изображен датчик теплового потока, ойций вид; на фиг.2 узел I на фиг. 1 (место соединения второго электрода с тепловоспринимающим элементом.).

Датчик теплового потока содержит корпус 1, выполненный из меди, с присоединенным к нему электродом 2, Тепловоспринимающий элемент 3 в форме диска, в центре которого закреплен второй елёктрод 4, Тепловоспри.нимающий элемент 3 укреплен своей периферийной частью на корпусе датчика 1, а вторбй электрод 4 укреплен в углублении в центральной части диска, а углубление 5 выполнено в . сторону электрода и поверхность его имеет форму полусферы, диаметр которой в 4-5 раз больше толщины диска.

Датчик теплового потока работает следующим образом

При воздействии теплового потока на тепловосприниманщем элементе 3 возникает радиальный температурный перепад, который измеряется дифференциальной термопарой, образованной корпусом 1, тепловосприниманлцим элементом и электродом 4. Выходной сигнал прямо пропорционален измеряемой плотности теплового потока.

Углубление в сторону электрода в форме полусферыг в которое при изготовлении запрессовывается электрод, в отличие от других форм позволяет полунить оптимальное сочетание минимального дигилетра площадки электрода в плоскости диска с высокой механической прочностью и герметичностью неразъемного соединений электрода с диском вследствие того, что образукидая полушария перпендикулярна епловоспринимак11цей плоскости диска и направление запрессовываМия металла электрода перпендикулярно к поверхности полусферы в каждой точке контакта термоэлектрода с диском.

Проведенные сравнительные испытйния известного и предлагаемого датчиков теплового потока показали, что оптимальное отношение диаметра сферического углубления в центре диска к его- толщине составляет 4-5, при этом одновременно удается обеспечить повышенную устойчивость датчика к вибрационным и ударным нагрузкам. Выбор этого отношения менее 4 приводщт к резкойу снижению механической прочности и герметичности соединения центрального электрода с диском. Выбор же указанного отношения более 5 приводит к снижению чувствительности при той же механической прочностио

Поскольку чувствительность датчика теплового потока пропорциональна разности квадратов диаметра диска и диаметра плсяцадки электрода в центральной части диска (а в предлага0 емом датчике теплового потока удается обеспечить диаметр центральной площадки электрода 0,25 мм), то чувствительность предлагаемого датчика теплового потока увеличивается

5 по сравнению с чувствительностью

известного датчика более чем на 30%. Одновременно повышается устойчивость датчика теплового потока к вибрационным и ударным нагрузкам.

ДАТЧИК ТЕПЛОВОГО ПОТОКА, содержащий корпус с присоединенным к нему электродом, тепловоспринимающий элемент в форме диска с углублением, в котором укреплен второй электрод, отличающи йся тем, что( с целью повышения чувствительности при эксплуатации в условиях повышенных вибрационных и ударных Haj-pysoK, углубление диска выполнено в .форме полусферы, диаметр которой в 4-5 раз больше толщины диска, причем контактная поверхность ВТОРОГО электсода выполнена сферической. 4 а со