Датчик теплового потока Советский патент 1989 года по МПК G01K17/06 

Изобретение относится к средствам измерений и может быть использовано для измерения количества тепла в тепловых устройствах, используемых во всех областях народного хозяйства.

Целью изхэбретения является повышение точности.

На чертеже показан датчик теплового потока, общий вид.

Датчик содержит теплопроводную гильзу. I, в головной торцовой части соторой установлена мембрана 2, выполненная из теплопроводного материала. Мембрана 2 вьтолнена в виде тонкостенного диска толщиною о и по периферии соединена с торцовой частью гильзы 1 с обеспечением теплового контакта.

С внутренней стороны мембраны 2 установлены датчики для измерения :, температуры поверхности мембраны 2, например термоэлектрические: датчик З в центре диска мембраны; датчик 4 - у основания мембраны; датчик 5 - у периферийной части мембраны.

При изготовлении мембраны 2 из ма- териала хромель в качестве дифферсн00 СП

,3J509

циальной термопары для измерения разницы температуры между точками установки датчиков 3 и 4 используются термоэлектроды из материала, копель и или алюмель.

В головной части гильзы 1 размещен теплопроводный колпачок 6, выполненный из теплопроводного материала, например молибдена, меди,

Колпачок 6 установлен с обеспечением теплового контакта с головной части гильзы, обращенной к источнику теплового потока. Тепловой контакт обеспечен в головной наиболее нагре- той части датчика применением посадочных поясков 7. Колпачок 6 не имеет теплового контакта с мембраной 2.

Толщина стенки колпачка 6 связана с теплофизическими характеристиками материала и эффективностью теплового контакта в месте соединения с :гиль- зой 1. Толщину колпачка 6, местоположение пояска 7 выбирают из решения уравнений теплопрородности и теплового баланса для головной части датчика, исходя из условия, что перепад температуры между основанием мембраны 2 в точке установки датчика 4 и центральной частью колпачка был мини- мален и составлял величину порядка 1-2Г/С.

На поверхность колпачка 6 со сто- роны, противоположной мембране 2, нанесено теплоотражающее покрытие, на- пример из золота, никеля,

В колпачке 6 установлен теплоизоляционный вкладыш 8, на внешней поверхности которого, обращенной в сторону мембраны 2, размещен тонкий теплоотражаюший слой 9, выполненный в виде напыленного слоя золота, никеля Теплоизоляционный вкладьпл 8 может быть составным,

В сборке деталей 7-9 вьтолнена система отверстий 10-12, предназначенных для вывода соединительных проводников от датчиков 3-5 измерения температуры.

Для обеспечения надежности работы датчика проводники от датчиков 3-5 температуры механически соединяют с вкладьачем 8, например термоцементом. Однако при этом должно быть обеспечено гидравлическ-ое соединение полос

25

с

10

15

; 35

40.

45 -

ти, расположенной под мембраной 2 со внутренней полостью гильзы 1. В нижней части гильзы размещен теплоэлек- троизоляционный стержень 13, через который выводятся проводники от датчиков 3-5 измерения температуры.

Гильза 1 может быть соединена с элементами конструкции ()ie показаны) объекта исследований и снабжена системой охлаждения или нагрева.

Датчик работает следующим образом.

На внешнюю поверхность мембраны 2 действует тепловой поток и тепло, протекая по мембране 2, поступает к гильзе 1, по которой и отводится, например, к системе охлаждения.

Одновременно тепло через боковую поверхность пояска 7 поступает к колпачку 6 и нагревает его до температуры, близкой к температуре внутренней поверхности мембраны 2, При этом нагревается вкладьпп 8 и теплоотражаю- 1иий слой 9, При действии теплового потока нагревание мембраны происходит неравномерно: в центре имеет место зона повьйчения температуры. Аналогично происходит нагревание и внешней поверхности вкладыша 8,

Датчик позволяет свести до минимума потери тепла с внутренней стороны мембраны и обеспечить организованный теплоотвод по мембране к гильзе.

Предлагаемый датчик теплового потока позволяет производить измерения с точностью 2-3%,

Формула изобретения

Датчик теплового потока, содержащий теплопроводную мембрану, установленную на торце теплопроводной гильзы,, датчик разности температур между центром мембраны и местом соединения мембраны с гильзой, расположенный с внутренней стороны, мембраны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет с.нижения теплопотерь, на внутренней стенке гильзы под мембраной с зазором закреплен колпачок из теплопроводного материала, выполненный в виде стакана, с установленным в нем со стороны мембраны вкладышем из теплоизоляционного материала.

Изобретение может быть применено в тепловых испытаниях и системах регулирования технологических процессов. По сравнению с датчиком Гардона обеспечивается повышенная точность измерения тепловых потоков в диапазоне температур 300÷1200°С. На внутренней поверхности измерительной мембраны применяется теплозащитный теплопроводный колпачок, установленный в головной части гильзы. Температура стенки корпуса (гильзы) датчика в процессе измерений поддерживается равной или близкой к температуре стенки объекта испытаний. При определении коэффициентов теплоотдачи возможно исключить погрешности в определении коэффициента теплоотдачи, связанные с перестройкой пограничного слоя. Датчик может быть выполнен с малыми габаритами (*220 1÷6 мм и толщиной δ = 2-5 мм), что позволяет его использовать при модельных испытаниях и в промышленных образцах без нарушения целостности элементов конструкций. В связи с отсутствием системы охлаждения установка и эксплуатация датчика проста и удобна. 1 ил.