Тепломер Советский патент 1975 года по МПК G01K17/00 

Изобретение относится к теиловым ириборам и может найти применение в калориметрии для измерения тепловых потоков и в различных тепловых измерительных устройствах. В известных тепломерах в качестве датчиков применены термопары или термобатареи, заделанные в фокусирующую пластину и теплостабилизирующий элемент. Такие тепломеры обладают недостаточной чувствительностью и нестабильностью характеристик изза старения термопар вследствие взаимной диффузии материала термопар. Кроме того, эти тепломеры обладают большим временем релаксации, равным 10-15 сек. Лучшие одиночные датчики, изготовленные на основе термопар, имеют рабочий коэффициент Ко 5 10 . Применение батареи последовательно соединенг1ых термопар приводит к уменьшению рабочего коэффициента /Со Ш , но при этом число термопарных снаев достигает 2000 на слг, что, в свою очередь, снижает надежность. Цель изобретения - уменьшение рабочего коэффициента, времени релаксации, новышение точности измерения. Для этого в предлагаемом устройстве датчика для измерения разности температур выполнен в виде пластины из термоэлектрически анизотропного монокристалла, рабочие грани которой находятся в тепловом контакте с фокусирующей пластиной и теплостабилизирующим элементом. На фиг. 1 изображен предлагаемый тепломер; на фиг. 2 - датчик для измерения разности температур. Тепломер состопт з теплоприемной фокусирующей пластины У, термоэлектрически ан 13отропного монокристалла 2, выполненного, например, из сурмянистого кадмия, сурмянистого цинка или твердых растворов на их основе и теплостабилизирующего элемента 3. Между пластинами / и 5 и датчиком 2 расноложены тонкие электроизолирующие прокладки 4 больщой теплопроводности, выполненные, например, из бериллиевой керамики или сапфира. Э.Д.С., возникающая на торцах анизотропного датчика, определяется формулой Томсона и имеет следующий вид: |А.(Г.,7,)| где Аа - параметр материала анизотропного датчика (анизотропия термоЭ.Д.С.), МКв TI, Т - температуры рабочих граней анизотропного датчика, °С; а - длина датчика, м , b - высота датчика, м. Определяют рабочий коэффициент теплоiMepa, у которого площадь теплокоптактной пластины равна площади датчика. Тепловой поток через aF изoтpoпный датчик равен где X - теплопроводность материала аи;;зотропного датчика. Пользуясь формулой (1), можно определить разность температур па рабочих гранях датчика: Т Т /91 I (2ia Тогда рабочий коэффициент тепломера определяется следующей формулой: Л- - 2 «-«Ааи таким образом зависит не только от физических свойств материала, но и от его длины. Если анизотропный датчик изготовить 1з монокристалла CdSb, то вблизи комнатной те:мпературы вт1л1-град, Да 200 мкв/град и при длине датчика а 1,5 получают рабочий коэффициент ,6 10 , что на два порядка превосходит дапные известных тепломеров с одиночным датчиком на основе обычных термопар. Если анизотропный датчик расположен между теплоконтактными пластинками, площадь которых намного больше площади соприкосновения их с анизотропным датчиком, то количество тепла, прошедшее через датчик, определяется следующим выражением: ,2.S,, где р - коэффициент, характеризующий потерю тепла в окружающую среду; площадь соприкосновения анизотропного датчика с теплокоптактной пластиной, S - площадь теплоконтактлой пластины, с - толщина анизотропного датчика, м. В этом случае рабочий коэффициент опреится следующим выражением: сс -, ГУ- ,65 « 5 Величина параметра р зависит от конструкции тепломера, и можно добиться, чтобы потери в окружающую среду не превышали 20%, тогда р 0,8. При этом отнощение 5/5, может быть порядка 2 10. Таким образом, эта конструкция тепломера обеспечивает уменьшение рабочего коэффициента еще на два порядка, благодаря своеобразному фокусирующему действию приемной теплокоптактиой площадки, т. е. /С,, 4,1 10 вт/м в. Предлагаемые тепломеры обладают постоянной времени, равной 1-2 сек, что на порядок меньше постоянной времени термопарных тепломеров. Таким образом, предлагаемый тепломер обладает малым значением рабочего коэффициента и меньшим временем релаксации. Предмет изобретения Тепломер, содержащий приемную фокусирующую плаетииу, датчик для измерения разности температур, а также теплостабилизирующий элемент, отличающийся тем, что, с целью уменьшения рабочего коэффициента, времени релаксации, повышения точности измерений, датчик для измерения разности температур выполнен в виде пластины из термоэлектрически анизотропного монокристалла с электрическими выводами на боковых гранях, рабочие грани которой находятся в тепловом контакте с фокусирующей пластиной и теплостабилизпрующим элементом.

/ kVVVVXXX//W/W

---.... Pg V b S Sftftu6g OC-fyX t XK

Y/////////////7/V//////////y//////////////y/A

2

-f

CQQg Stfe

;y QQQgvv5QQOOvvwS

-0 f 0