Датчик для измерения скорости уноса теплозащитного материала Советский патент 1992 года по МПК G01N21/88 

сл С

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано при отработке и эксплуатации теплозащитных материалов. Цель изобретения - расширение функциональных возмож- ностей путем определения режима прогрева по толщине теплозащитного материала. Указанная цель достигается тем, что в светопроэодном стержне датчика по его высоте выполнены выемки. Проекции выемок на торец стержня расположены симметрично и не перекрывают друг друга. Выемки заполнены материалом с эффектом просветления при фиксированной температуре, например фторопластом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано при измерении параметров разрушения асбопластиков, стеклопласти ков, углепластиков и других теплозащитных материалов, применяемых в машиностроении, теплофизике, доменном производстве и других областях науки и техники с использованием метрологии, где материалы выполняют функцию пассивной тепловой защиты.

Известны датчики для измерения уноса теплозащитного материала (ТЗМ), содержащие датчик на основе сапфирового стержня с фотопреобразователем, который позволяет в момент засветки стержня регистрировать унос ТЗМ. Для измерения скорости уноса ТЗМ требуется несколько стержней или световодов.

Известен датчик измерения толщшы находящегося в высокотемпературном газе ТЗМ. который содержит световод (светооптический стержень) с размещенными по его высоте поперечными вые мками (проточками), полость которых заполнена светорассе- ивающим материалом, например, пористой керамикой. Датчик позволяет уменьшить требуемое количество световодов, так как обеспечивает получение информации не только в момент выхода световода в га°, но и позволяет измерять унос в процессе совместного разрушения световода с ТЗМ. Датчик с проточками подвергается длительное время воздействию высокой температуры, при этом может изменяться прозрачность световода за счет появления пузырей, помутнения и т.д., вызывая дополнительную погрешнбеТБ ТИз мерекй я: Кроме того, известный датчик не позволяет измерять прогрев ТЗМ, что также является недостатком в свете общих требований к датчиковрй аппаратуре. Одновременное измерение уноса и прогрева ТЗМ с помощью одного датчика повышает эффективность

ч

сл

со

о

системы измерения и позволяет более точно сравнивать данные методик расчета с экспериментальными результатами,

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем определения режима прогрева по толщине теплозащитного материала.

Указаннаятдель достигзется тем, что выемки в светоподе выполнены таким образом, что их проекции на торец стержня расположены равномерно по окружности без пересечений и равны между собой, при этом полости выемок заполнены материалом с эффектом просветления при фиксированной температуре. В датчике профиль выемок в сечении, перпендикулярном оси стержня, выполнен лункообразным, образованным внутренней и наружной дугами окружности с радиусом, равными радиусу стержня. В датчике в качество материала с эффектом просветления при фиксированной температуре использован фторопласт.

ha фиг. 1 иображен датчик, введенный в ТЗМ; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Датчик для измерения скорости уноса теплозащитного материала содержит исследуемый теплозащитный материал 1, поверхность 2 разрушения ТЗМ. свето- прозрачный стержень 3, лункообразные выемки 4 в стержне, например, в виде части круга одного радиуса с равной площадью, материал 5, изменяющий свою светопроз- рачность при фиксированной температуре (фотопласт, замутненное органическое стекло и другие), защищаемую конструкцию 6, фотоэлектрический преобразователь 7и электрические провода 8.

Датчик работает следующим образом.

По мере воздействия на ТЗМ высокотемпературного газа он начинает прогреваться, а когда температура на поверхности 2 достигнет температуры разрушения, материал начинает уноситься, уменьшаясь по толщине. Постепенно поверхность разрушения приближается к торцу световода. В момент выхода торца световода в газовый поток световая энергия, передаваемая на фотопреобразователь 7, достигает максимального значения, при этом с фотопреобразователя 7 снимается максимальный выходной сигнал. По мере продвижения фронта прогрева и уноса по ТЗМ сигнал с датчика уменьшается, так как от интенсивного прогрева, например, свыше 1000°С, часть световода под его торцом потеряют свои свегопрозрачные свойства за счет помутнения, расплава, появления пузырей и т.д. Однако, когда фронт прогрева достигнет первой выемки и на ней температура достигнет температуры, при которой ее материал становится прозрачным в инфракрасной области спектра, то произойдет увеличение световой энергии и рост выходного сигнала с датчика. После этого к выемке

начинает приближаться фронт уноса и в момент выхода ее на поверхность ТЗМ сигнал дополнительно увеличится за счет уноса непрозрачного слоя стержня и дополнительного увеличения световой энергии в

0 ультрафиолетовой области спектра. В последующем, нижняя поверхность выемки оплавится и потеряет светопрозрачные свойства и сигнал с датчика уменьшится пропорционально уменьшению интенсив5 ности света от световода.

Проходя последовательно все выемки, фронты прогрева (с заданной изотермической температурой) и уноса вызывают скачкообразное изменение выходного сигнала.

0 Таким образом, повышается точность измерения уноса ТЗМ, производительность контроля за счет выполнения специальных выемок, заполненных материалом с эффектом просветления. Если в качестве такого

5 материала используется фторопласт, то имеется возможность регистрации прохождения по толщине ТЗМ изотерм с температурой 327°С. Чтобы качество измерения было достаточно высоким, необходимо шаг

0 размещения выемок в световоде и их толщину выполнить из условия падения температуры разрушения и прогрева ТЗМ, исключив одновременное срабатывание двух выемок с материалом или оплавление двух стенок

5 одной выемки.

Чтобы добиться высокой степени по.вто- ряемости сигналов, и, измерений профиль выемок в сечении, перпендикулярном оси световода (стержня), выполнен лункообраз0 ным, образованным внутренней и наружной дугами окружности с радиусами, равными радиусу стержня. При этом повышается удобство компоновки выемок.

Дополнительная информация о темпе5 ратуре прогрева ТЗМ позволяет качественно сравнивать методики расчета разрушения материала тепловой защиты. При этом сохраняются габариты датчиков. Кроме того, повышается эффективность измерений и конкурентноспособность систе0 мы измерения с использованием датчиков на основе световодов,

Формула изобретения 1. Датчик для измерения скорости уноса теплозащитного материала, включающий

5 круглый светопрозрачный стержень с размещенными по его высоте поперечными выемками и фотоэлектрический преобразователь, оптически сопряженный с одним из торцов стержня, отличающийся

гем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем определения режима прогрева по толщине теплозащитного материала, выемки выполнены таким образом, что их проекции на торец стержня расположены равномерно по окружности без пересечений и равны между собой, при этом полости выемок заполнены материалом с эффектом просветления при фиксированной температуре.

;

1

Фиг.1