РАДИОМЕТР Советский патент 1973 года по МПК G01J5/12 

1

Изобретение относится к устройствам для измерения радиационного теплового потока в спокойной и движущейся средах.

Известно устройство для измерения радиационного теплового потока с углом раскрытия приемника, отличным от 180°, содержащее охлаждаемый корпус с размещенными в нем чувствительными элементами.

Недостатком известного устройства является невозможность применения его для измерения радиационной составляющей Ё ограниченном пространстве при изменении давления в широком диапазоне, так как изменение давления приводит к изменению расхода сухого воздуха, а следовательно, и к изменению режима работы тепловоспринимающего элемента (из-за изменения числа Рейнольдса).

Цель изобретения - измерение радиационной составляющей теплового потока в движущихся и неподвижных средах.

Для достижения указанной цели радиометр снабжен закрепленной на лолых пилонах охлаждаемой .пластиной, выполненной в виде ОСесимметричного плоского тела, заподлицо с поверхностью которой расположены чувствительные элементы, и охлаждаемым экраном, укрепленным над пластиной на расстоянии не менее 1,2 ее толщины, причем телесный угол, направленный из центра пластины на экран, составляет не менее 150°. Полости

лилонов соединены с системой охлаждения корпуса.

На фиг. 1 изображен радиометр, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез но А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 2. Радиометр содержит фланец / для крепления к изделию, охлаждаемую водой пластину 2, изготовленную из меди или другого материала С высокой теплопроводностью (поверхность пластины хромируется и полируется), чувствительный элемент - термостолбик 3, включающий эталонные элементы 4а и 46, изготовленные с большой точностью по толщине из хромеля или константана и впаянные серебром или серебряным припоем между медными шайбами 5а и 56 и медным столбиком 6, охлаждаемым водой.

Над пластиной 2 расположен охлаждаемый водой экран 7 из меди или другого материала

с высокой теплопроводностью. Поверхность экрана 7, обращенная к пластине 2, хромирована матово.

Пластина 2 крепится к фланцу / при помощи пилонов 8 и 9 (см. фиг. 3), через которые осуществляется подвод и отвод охлаждающей воды. Экран 7 также установлен на пилонах 10 и //, через которые производится подача и отвод охлаждающей воды. Термоэлектродныеприводы 12 и 13, изготовленные

из того же материала, что и эталонные элементы 4а и 46, соединены с последними путем сварки. Медные термоэлементы 14 и 15 зачеканены в медные шайбы 5а и 56 соответственно.

Радиометр включает также фланец 16 для крепления экрана 7, термоцемент 17, клеммы 18-21 (см. фиг. 2), соответствующие термоэлектродным приводам 12-15, клемму 22 корпуса пластины 2 или медного столбика 6, патрубки 23 и 24 лодвода и отвода охлаждающей воды к пластине 2, патрубки 25-26 подвода и отвода охлаждающей воды к экрану 7, электроизоляторы 27-29, трубки 30, экранирующие термоэлектродные провода, и термопары 31, регистрирующие температуру экрана 7. Термостолбик 5 устанавливается в пластине 2 и пропаивается по боковой поверхности медного столбика 6.

Поверхность термостолбика 5 должна быть выполнена заподлицо с поверхностью пластины 2. Зазоры между термостолбиком 5 и пластиной заполняются высокотемпературной термоизоляцией. Термоэлектродные проводы 12-15 изолированы, уложены в -пазы и залиты высокотемпературным термоцементом.

Для увеличения надежлости от измерительных элементов прокладывается два термоэлектропровода.

В ограниченном пространстве и при интенсивном охлаждении фланца датчик можно изготовить без экрана, роль которого будет выполнять фланец.

Телесный угол от измерительного элемента в сторону экрана должен быть не менее 150°.

При соединении термоэлектропроводов 14 н 15 с прибором будет измеряться разность термо-э. д. с. на двух поверхностях пластины, при соединении проводов 12 и 14 - термоэ. д. с. на поверхности элемента со стороны экрана, при соединении проводов 13 и 15 термо-э. д. с. со стороны газа, наконец, при соединении проводов 12 и медного столбика 6 - термо-э. д. с. между шайбой элемента 4а и столбиком 6, а при соединении провода 13 и медного столбика 6 - термо-э. д.с. между щайбой 46 и столбиком 6.

Радиометр работает следующим образом.

При течении газа в ограниченном и неограниченном пространстве газ, набегая на переднюю кромку пластины 2, обтекает ее с двух сторон. Условия обтекания практически одни и те же, а следовательно, и условия конвективного теплообмена одинаковы, отличия лищь в радиационных составляющих. Чувствительный элемент, направленный в сторону источника излучения, регистрирует более высокий суммарный тепловой поток, 60 чем .направленный на экран, т. е. 7а - 7конва Ь лучд i Яб - конвб + 7лучб

В силу того, что конва конвб. измеренное значение будет

i

изм -- лучд 7луЧа - Г )

где А °изм- измеренный перепад температур

между двумя поверхностями, К - коэффициент теплопроводности эталонных элементов, значение которого берется по средним значениям замеренных температур

6 + 6

fa + f.

+

tc,

где / и f -температуры поверхности эталонных элементов со стороны охлаждающей воды; б - толщина двух эталонных элементов, т. е. б .... (5) Но так как лучистый тепловой поток между газом и твердым телом выражается зависимостью

Z, .f.4

rw ™ rv-o 100 V100

где е -эффективная степень черноты стенки

. т + 1 . ,

ЕЮ - табличное значение черноты стенки, зависящее от материала и состояния поверхности;

Ej -эффективная степень черноты газа / т

я I w

1 -

УГ

Вгд Af - табличные значения (берутся по

температуре и составу газа); Г„ -температура поверхности твердого

тела;

Тг - температура газа; Со - постоянная Стефана - Больцмана, то для рассматриваемого случая

.y.,,Co(.y-(Ig-y (9)

а для

,.„. ....;. с. fiy-(b) + (ш)-( (1) 65 гдевторое слагаемое (10) ZkiVГ..к У 100 у J характеризует теплообмен между экраном и поверхностью измерительного элемента, но так как температуры и TwaK будут близки, то этим слагаемым можно пренебречь. Решая совместно уравнения 3, 9 и 10, лучим: 7дуЧд изм Е IТ Га (Т - Г, ЕТ - Т 4 I «-6гб г - даб j а так как материал измерительных элемен один и тот же, их степени черноты равны Т т г та 7 4 у 4 г -к1б - ИЗМ Предмет изобретения Радиометр, содержащий охлаждаемый корпус с размещенными в нем чувствительными элементами, отличающийся тем, что, с целью измерения радиационной составляющей теплового потока в движущихся и неподвижных средах, он снабжен закрепленной на полых .пилонах, полости которых соединены с системой охлаждения корпуса, пластиной, выполненной iB виде Осесимметричного плоского тела, заподлицо с поверхностью -которой расположены чувствительные элементы, и охлаждаемым экраном, укрепленным над пластиной на расстоянии не менее 1,2 толщины пластины, причем телесный угол, направленный из центра пластины на экран, составляет не менее 150°.

: ::-™:r:::rrJiiZ kv:i