СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА Советский патент 1973 года по МПК G01K7/02 

1

Изобретение относится к области измерения температур поверхностей твердых тел и может быть использовано как в лабораторных, так и в производственных условиях.

Известен способ измерения температуры поверхности твердых тел контактными тер.моприемниками, в которых для .повышения точности измерения за счет исключения погрешности, вызванной оттоком тепла по тер.моприемнику, применяется компенсация теплоотвода дополнительным подогревом термоприемника. Указанный теплоотвод проявляется как в перепаде температур на контактном тер.мическом сопротивлении, так и в искажении температурного поля объекта при соприкосновении его поверхности с термоприемниКО(М. В существующих способах измерения наличие теплоотвода определяют, как правило, по перепаду температур на контактном термическом сопротивлении. Для повышения точности измерения на поверхности тела устанавливают основную термопару, помещенную в подогреватель вместе с вспомогательной термопарой, фиксируют разность температур между чувствительными элементами, компенсируют теплоотвод (для чего изменяют мощность подогревателя до равенства показаний основной и вспомогательной термопар) и затем измеряют температуру поверхности по показанию одной из них. Необходимым условием правильного измерения температуры термоприемником является идентичность основной и вспомогательной терлюпар. Кроме того, они должны находиться в услоВИЯХ одинаковой тепловой связи с нагревателем, а их спай - в одинаковых условиях теплообмена со средой (в момент компенсации теплоотвода). Проверка выполнения этих условий требует дополнительного исследования конкретной конструкции термоприемника, что солряНСено с большими экспериментальными трудностями. Таким образом, основным недостатком известного способа является то, что точность измерения во многом зависит от

степени соблюдения в данной конструкции термоприемника указанных выше условий.

Цель изобретения - повышение точности измерения. Это достигается тем, что момент ко.мпенсации уста1на1вли:вают не по равенству температур основного и вспомогательного термоприемника (что соответствует отсутствию перепада температур на контактном термическо.м сопротивлении), а непосредственно по отсутствию искажения температурного поля поверхности объекта. Для этого термоприемнмк помещают в подогреватель, осуществляют его контакт с поверхностью. На поверхности, вблизи места контактирования, размещают

вспомогательный зонд, по его показаниям

фиксируют искажения температурного поля поверхности, изменяя мощность подогревателя, подогревают термоприемник до нулевого показания вспомогательного зонда и затем измеряют температуру поверхности по показанию термопрнемника.

Способ поясняется чертежом.

При соприкосновении термоприемника, например термолары 1, с поверхностью возникают искажения температурного поля объекта, .которые можно обнаружить по наличию градиента температуры на поверхности вблизи места контакта термопары с поверхностью. Кривая а показывает изменение темлературы поверхности при удалении в радиальном направлении от места теплового контакта термолриемника с поверхностью объекта. Для определения указанного grad Т применяют вспомогательный зонд 2, расположенный вблизи спая термопары. Таким зондом, например, в случае измерения температуры поверхности металла, могут являться две идентичные иглы из одного термоэлектродного материала, образующие вместе с поверхностью объекта дифференциальную термопару с рабочими концами в точках А н В поверхности. Термо-з. д. с. A2g такой дифференциальной термопары будет пропорциональна перепаду температур АО в точках Л и В, который вызван оттоком тепла по термоэлектродам термопары /. Эта термо-э. д. с. .может быть усилена и использована для управления мощностью нагревателя 3, компенсирующего теплоотвод по термопаре 1. В случае перегрева термопары 1 (кривая Ь) мощность подогревателя должна быть уменьщена. Момент компенсации устанавливается по нулевому показанию дифференциальной термопары ( при , кривая с). Температура поверхности измеряется по термо-э. д. с. основной термопары 1 в момент компенсации теплоотвода.

Применение игл обеспечивает минимальность температурных искажений при размещенин зонда на поверхности объекта. Поскольку иглы зонда являются термоэлектродами дифферепциальной термопары, то одинаковые искажения от каждой из игл будут

взаимно компенсироваться при измерении перепада температур Ав.

Для повыщения точности компенсации проводится несколько измерений как с различной ориентацией зонда вблизи места контакта спая основной темлературы с поверхностью, так и с различными расстояниями АВ между иглами. При этом наибольщая чувствительность достигается при расположении игл зонда на кривой, ортогональной изотермическим кривым на исследуемой .поверхности. Предлагаемый способ не вызывает практических затруднений, связанных с автоматизацией процесса измерения. Так, например, мощность подогревателя может регулироваться с помощью следящей системы, состоящей из фазочувствительного усилителя (ФЧУ) и реверсивного двигателя в качестве исполнительного механизма (ИМ), кинематически связанного с подвижным контактом делителя напряжения.

Описанный выще дифференциальный зонд, одним из термоэлектродов которого является сам объект, может быть применен в ограниченных случаях. Поэтому в качестве вспомогательного зонда в общем случае применяется дифференциальная термопара. Важным преимуществом предлагаемо.го способа является то, что при его реализации не требуется жесткая конструктивная и тепловая связь подогревателя с термоприемником.

Предмет изобретения

Способ измерения температуры поверхности твердого тела, например металла, путем измерения, например, термо-э. д. с. термопары и компенсации теплоотвода по ее термоэлектродам, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности измерения, термопару подогревают, на поверхности вблизи места контактирования размещают вспомогательный зонд, по его показаниям фиксируют искажения температурного поля поверхности и компенсируют теплоотвод изменением мощности подогревателя до нулевого показания вспомогательного зонда и затем судят о температуре поверхности по показанию термопары.

О О

Y/////Y/// f /// /