Датчик для измерения прогрева и уноса теплозащитного материала Советский патент 1989 года по МПК G01K7/02 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, при измерении параметров разрушения (прогрева и уноса) теплозащитного и др. материала.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг. 1 показан датчик, общий вид; на фиг. 2 - то же, вид сверху; на фиг.З - сечения А-А, Б-Б и В-В, на фиг.1.

Датчик имеет цилиндрический корпус 1, торец 2, который подвергается воздействию высокотемпературнога газа, канавку 3 для термоэлектродов, горячий спай 4 термопары, канавку 5 с одним направлением навивки, канавку 6 с противоположным направлением навивки, бокову поверхность 7 корпуса, первый электрод 8 в виде винтовой спирали (уложен в канавку), электроизоляционный материал 9, который может быть

00

О

выполнен на основе алюмоборосиликат- ного стекла со специальными добавками, увеличивающими электропроводность стекла при повышении температуры; оксидных соединений переходных и др. материалов, например, на основе двуокиси титана TiO,окиси мйгния MgO, окиси кобальта ,окиси марганца ,,окиси никеля NiO, окиси алюминия ,,окиси меди СиО и др.; двухфазной композиции полупроводник - диэлектрик, в которой полупроводник выполняет активную роль проводящей фазы, а диэлектрик регулирует степень проводимости изоляции; на основе экспериментальных данных подобраны составы композиции на температуры срабатывания (при которой сопротивление достигает 1 м-м): 650±50, 390+. 30, 275±25, 175+ 25 с.Датчик имеет также второй термоэлектрод 10 в виде винтовой линии (уложен в канавке), внутренний торец 11 корпуса и выходные концы 12 термопары.

Датчик работает следующим образом. На датчик, установленный в исследуемый теппозащитный материал (ТЗМ), воздействует высокотемпературный газ. Когда фронт прогрева материала достигает горячего спая 4 термопары, расположенного в канавке 3 на торце 2 датчика, то с датчика регистрируется выходной сигнал, пропорциональный температуре горячего спая. Затем температура достигает уровня температуры плавления термоэлектродов и горячий спай А разрущается. Это говорит о том, что фронт уноса находится на координате залегания горячего спая термопары, в этот момент выходной сиг нал с датчика пропадает, так как элек троды термопары расположены на значительном расстоянии друг от друга и могут располагаться в электроизоляции например, в жидком стекле, в напыляемой окиси иттрия, в карбонитриде бора и т.д.

По истечении некоторого промежутка времени, когда в первой зоне скрещивания двух термоэлектродов температура достигнет температуры срабатьгеания электроизоляционного материала 9, наступит замыкание электрической цепи термопары и восстановление ее горячего спая. Расстояние между зонами восстановления горячего спая превышает толщину прогретого слоя ТЗМ. С термопары снова регистрируется термоэле0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ктродвижущая сила, с помощью тариро- вочной зависимости, по которой определяют температуру ТЗМ в каждый момент времени. При более высокой температуре, близкой или равной температуре поверхности ТЗМ (это определяет методическую погрешность датчика), восстановленный горячий сЛай разрушается и сигнал пропадает. Так как горячий спай может восстанавливаться при заданной температуре, например, 175 или 275°С, то рассматриваемый датчик позволяет измерять темпы прогрева ТЗМ, начиная с низких температур и до температуры разрушения материала. По истечении небольшого промежутка времени горячий спай снова восстановится при низкой заданной температуре, но на другой стороне датчика. Таким образом, этот цикл восстановления горячего спая термопары и процесса измерения прогрева и уноса ТЗМ повторяется по мере продвижения фронта прогрева и уноса материала.

Датчик может работать и внутри электропроводного материала, например, углепластика, так как термоэлектроды в нем замыкаются через специальный электроизоляционный материал 9 и не контактирует с исследуемым ТЗМ (за счет нанесения на термоэлектроды жидкого или напыляемого электроизоляционного материала). По моментам разрушения восстановленного горячего спая определяют унос ТЗМ. Точность измерения температуры прогрева ТЗМ повышается за счет возможности измерения ее с более низкого уровня, на- прийер, 175 или , причем к максимальной температуре сигнал подходит постепенно с градиентом, который определяется интенсивностью теплового воздействия.

Точность уноса ТЗМ повышается за счет высокой точности выполнения канавок на боковой поверхности корпуса датчика, что приводит к более точному определению координат расположения мест скрещивания термоэлектродов, т.е. участков замьжания и размыкания термопары. При зтом свободная полость канавок после установки электродов может заделываться специальной крошкой из исследуемого ТЗМ, создавая корпус датчика без пустот. Технологичность изготовления датчика улучшается за счет того, что корпус вьшолняется в виде одной детали, а

укЛадка термоэлектродов в канавки и заливка этих канавок поддается механизации с помощью приспособлений. Повышение качества технологии изготовления датчика позволяет повысить и его эксплуатационные характеристики, точность измерения, надежность применения. Измерения прогрева и уноса позволяют точно судить о механизме раз- рушения ТЗМ по времени под действием высокотемпературного газа. Возможность измерения темпов прогрева ТЗМ с температуры 175 или 275°С увеличивает информативность измерений и позволяет оценить и связать изменения в механизме разрушения ТЗМ с изменением в воздействии высокотемпературного газа (например, изменение давления газа, теплового потока и т.п.).

6807

Q5Формула

и

6

3 о б р

е т е н и я

Датчик для измерения прогрева и уноса теплозащитного материала, содержащий цилиндрический корпус с термопарой, термоэлектроды которой расположены с периодически изменяющимся расстоянием меащу ними, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, на боковой поверхности корпуса выполнены канавки с противоположным направлением навивки, в которые уложены термоэлектроды термопары, при этом в местах скрещивания термоэлектроды отделены друг от друга электрически изолированным электропроводным при определенной температуре материалом.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения параметров разрушения (прогрева и уноса) теплозащитного и другого материала в теплофизических исследованиях, доменном и машиностроительном производстве, а также в др. областях науки и техники. Цель изобретения - повышение точности измерения. Датчик состоит из цилиндрического корпуса и термопары, горячий спай которой расположен на переднем торце корпуса. На боковой поверхности корпуса выполнены канавки с противоположным друг к другу направлением навивки. Термоэлектроды термопары выполнены в виде винтовых спиралей и уложены в эти канавки. В местах скрещивания термоэлектродов они отделены друг от друга электроизоляционным материалом, обладающим эффектом резкого увеличения электропроводности при достижении определенной температуры. Электроизоляционный материал может быть выполнен на основе алюмоборосиликатного стекла, оксидных соединений переходных материалов, двухфазной композиции полупроводник-диэлектрик. В случае выбора последнего температура срабатывания материала может составить 650±50, 390±30, 275±25, 175±25°С в зависимости от соотношения составных элементов. В процессе работы датчика после разрушения исходного горячего спая происходит восстановление горячего спая в местах расположения электроизоляционного материала между термоэлектродами в заданном температурном диапазоне. 3 ил.

J

0(/г.З