Способ определения температуры поверхности твердого тела Советский патент 1989 года по МПК G01K7/16 G01K7/00 

Изобретение относится к контактной термометрии и может быть использовано для измерения температуры поверхности твердых тел в условиях воздействия на их поверхность теплового излучения

Целью изобретения является повышение точности измерения температу- | ры поверхности в условиях воздействия на нее теплового излучения путем учета влияния разных -поглощательных способностей термопреобразователей и поверхности,,

На чертеже представлена схема реализации способа

При воздействии потока излучения плотности д.под на исследуемую поверхность, на которой установлены

термопреобраяователи, плотность потоков, поглощенных свободной поверхностью тела qn и поверхностью в зоне контакта с термопреобразователем qT, определяется выражениями:

lh A Ч-под ;

1т - Ат- дпол

При этом должны выполняться следующие условия измерений: температура источника теплового излучения значительно выше температуры поверхности объекта; спектр излучения стабилен, коэфЛици- енты поглощения в диапазоне исследуемых температур поверхности объекта не зависят от температуры.

Отличие коэффициентов поглощения поверхности А и термопреобразователя Ат приводит к появлению в обл-асти контакта результирующего потока q равного разности плотностей потоков, входящих в тело до и после установки термопреобразователя. Под действием этого потока в теле возникает локальное искажение температуры. Учитывая, что при использовании термопреобразователей искаженная температура по- верхности тела на участке контакта с термопреобразователем (например, для пленочных термопреобразователей - ввиду их малой толщины и термического сопротивления) соответствует измеренной термопреобразователем температуре, то зависимость между результирующим потоком и искажением температуры на площадке контакта имеет следующий вид:

q -4-(U - UT),

О

где Я - коэффициент пропорциональности, зависящий только от теплопроводности тела и размера площадки (радиуса R);

S - поверхность контакта; U - истинная температура поверхности;Ur - температура, измеренная

термопреобразователем. При установке на поверхность двух одинаковых термопреобраэователей, имеющих различные коэффициенты погло щения, разности температуры поверхности на площадке контакта до и пос- ле установки термопреобразователей

,определяются из следующих соотношений:

U - J,, (А - AT,) qnOA;

10

jr2025 Q40

50

.,

55

и - UT,- (А-АТ) qnoA.

После преобразования соотнощение для определения истинной температуры поверхности по показаниям двух термопреобразователей имеет вид

- « I -1-т С - -8 1где К - поправочный коэффициент,

Uo - Пц равный К -Гт

Uo - и-Н

U0 - заданная температура поверхности при калибровке;

UT, ,

UT - температуры, измеренные первым и вторым термопреобразователями.

Способ осуществляют следующим образом.

При калибровке на поверхности 1 на расстоянии друг от друга не менее пяти диаметров термопреобразователя устанавливают одинаковые термопре- обраэователи 2, 3 (например, пленочные термометры сопротивления с эффективным диаметром чувствительного элемента 5,640 м и толщиной 0,2 х х 10 м) и подключают к прибору 40 Кроме того, термопару 5 подключают к прибору 6 о Включают источник 7 излучения (может быть использована галогенная лампа типа КГ-110-1000), иммитирующий условия эксплуатации Фиксируется наступление стационарного тешлового режима и с помощью термопары 5 измеряется действительная температура поверхности U0. Снимают показания термопреобразователя 2 и сравнивают соответствующее ему значение температуры UT, со значением температуры U0 Если разность (UT, - Uo) болыпе нуля, то у термопреобразователя коэффициент поглощения больше, чем у поверхности. Тогда на термопреобразователь 3 наносят отражающее покрытие, в частности наклеивают полированную фольгу. Если разность (UT, - Uo) меньше нуля, то на термопреобразователь 3 наносят поглощающее покрытие, например наклеивают

черненую фольгу. После нанесения покрытия с термопреобразователя 3 снимают показания. Проведение калибровки возможно и без достижения стационарного состояния температуры иссле- дуемой поверхности,, Для этого показания с термопреобразователя 2 и термопары 5 снимают одновременно, В усволяет использовать термопреобразовя- тели различного принципа действия, более удобные при монтаже и надежные в эксплуатации.

Формула изобретения Способ определения температуры

Изобретение относится к контактной термометрии и может быть использовано для измерения температуры поверхности твердых тел в условиях воздействия теплового излучения. Целью изобретения является повышение точности измерения температуры поверхности в условиях воздействия на нее теплового излучения путем учета влияния разных поглощательных способностей термопреобразователя и поверхности. При воздействии на поверхность потоком излучения изменяют коэффициент поглощения одного из двух одинаковых термопреобразователей. Для этого калибруют термопреобразователи в условиях, идентичных эксплуатационным, при известном потоке излучения и температуре поверхности, для чего снимают показания одного из двух одинаковых термопреобразователей, определяют знак отклонения от заданного значения температуры, изменяют коэффициент поглощения другого термопреобразователя. Для положительного отклонения наносят отражающего покрытие, а при отрицательном - поглощающее и снимают показание этого термопреобразователя. По результатам калибровки определяют поправочный коэффициент. Проводят натурные измерения с помощью обоих термопреобразователей и, используя поправочный коэффициент, учитывающий различие поглощательных способностей термопреобразователей и поверхности, определяют истинную температуру исследуемой поверхности по зависимости. 1 ил.

ловлях эксплуатации термопреобразова- ю поверхности твердого тела, заключаю

тели 2 и 3 с нанесенным покрытием устанавливают на поверхность исследуемого тела. Регистрируют показания обоих термопреобразователей. По их показаниям и с учетом калибровки вы- числяют истинную температуру исследуемой поверхности

Способ определения температуры поверхности твердых тел с использованием двух термопреобразователей позволяет исключить влияние на показания одиночного термопреобразователя - площадь поверхности контакта термопреобразователя, материал объекта, плотность поглощенного теплового потока Коэффициенты поглощения термопреобразователей и поверхности,величина контактного термического сопротивления между термопреобразователями и поверхностью учитываются в калибровочном опыте. Оценка эффективности способа, проведенная по расчету систематической погрешности измерения температуры поверхности из теплоизоляционного материала при использовании: двух термопар (медь-констан тан и нихром-конетантан); пленочного термометра сопротивления (резистор из гетероэпитаксиальной пленки кремния , расположенный на пластине из сапфира и покрытый слоем двуокиси кремния); двух термопреоб- разователей с разными поглощательны- ми способностями (пленочные измерения сопротивления), показывает,что систематическая погрешность измерения температурь поверхности с использованием двух термопреобразователей значительно ниже указанной систематической погрешности и находится на уровне инструментальной погрешности используемых термопреобразователей.

Кроме того, данный способ универсальнее и технологичнее, так как поз

щийся в предварительной калибровке двух контактных термопреобразователей и определении поправочного коэффициента при заданной температуре поверхности, измерении температуры поверхности с помощью термопреобразователей и расчете искомой температуры с учетом поправочного коэффициента по математической зависимости, отличающийся тем,что, с целью повышения точности измерения путем учета влияния разных поглоща- тельных способностей термопреобразователей и поверхности, предваритель- нуто калибровку осуществляют в условиях идентичных эксплуатационным, при этом измеряют температуру с помощью одного из двух термопреобразователей, сравнивают с заданной температурой и определяют отклонение, изменяют коэффициент поглощения другого термопреобразователя в зависимости от знака отклонения, причем для положительного отклонения погло- щательную способность уменьшают, а для отрицательной увеличивают, после чего измеряют температуру этим термопреобразователем и определяют истинную температуру по зависимости

UT, И

1

К -1

(1 - -)

IJT.J

UQ-UT,

де К -г -г/1-

о т , поправочный коэффициент;заданная температура поверхности при каттиб- ровке;

темперлтуры,измеренные первым и вторым преобразователями ,

M I 1 I 1 I i

X

5