Устройство для измерения тепловых потоков Советский патент 1979 года по МПК G01K17/08 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения тепловых потоков, в том числе и лучистых, в факеле пламени или в высоконагретых газах при исследовании процессов теплообмена в топочных устройствах парагенерато|зов, камерах сгорания газотурбинных установок и других агрегатах того же назначения. Известно устройство для измерения теплонлх потоков, защищенное основным авт.св. 297875, содержгицее медный корпус с встроенным в него кремниевым диском с присоединенным к его центру электродом. Основной недостаток этого устройства заключается в тем, что выполненные из меди электроды с индиевой пайкой не выдерживают по термостойкости в рабочей среде, где температура пламени достигает 1800-1900С, и наличие окислительной среды, снижая точность, чувствительность и надежность измерений. Целью изобретения является увеличе ние чувствительности,и повышение точности измерений. В предалагаемом устройстве, усовершенствованном по сравнению с известным, защищенным авт.св 297875, указанная цель достигается тем, что в него введен дополнительный электрод, нанесенный на брковую поверхность кремниевого диска, выполненный из материала основного электрода. На чертеже показан предлагае1«ый датчик. Он содержит корпус 1 цилиндрической из меди с отверстием в центре причем в верхней части имеет расточку, а нижняя часть по наружному диаметру имеет пазы, выполняющие функции радиатора. Чувствительный элемент 2 выполнен в Форме 1. диска из кремния. В центре диска 2 укреплен платиновый проводник 3, ко-, торый размацен в свободном пространстве корпуса 1. На боковую поверхность кремниевого диска 2 нанесен кольцевЬй электрод 4 из платины. Чувствительный элемент - диск 2 вмонтирован в теплоотводящую пластину 5, которая укреплена концёнтрйчно в расточке корпуса 1. Теплоотводящая пластина 5 поджата гайкой-диафрагмой 6 с отверстием - окном, которое фиксирует лучистую энергию на центр кремниевого диска. В окно диафрагмы б вставлен материал 7, пропускающий инфракрасное лучи (например, слюда), защищающий чувствительный элемент-диск 2 от пов реждения и уменьшающий погрешности, вызываемые конвективными тепло.выми потоками. Система - корпус 1, диск 2 из крем ния, платиновые кольцевой 4 и укрепленный по центру электроды образуют дифференциальную термопару, которая выполняет функцию чувствительного элемента. .Опытный образец имеет размеры: корпус 1 диаметром 10 мм и длиной 18 уы, чувствительный диск 2 - диаметром 5 мм и толщиной 0,1 мм, электрод 3 проволочный 0,02 мм, электрод 4 пленочный-толщиной 0,005 мм.Электроды 3 и 4 закреплены на кремниевом диске 2 при помсвди платинирующей пас ты, которая получена в результате растворения платинохлористоводородной кислоты (HjPCg) в нитроцеллюлозе. Тон кой кисточкой пасту наносят на поверхностб по окружности кремниевого диска. Т лектроды из платины, восстан ленные при отжиге в печи из пасты, хорошо соединяются с диском из кремния. Для обеспечения надежности отвода тепла от холодного спая по окружност чувствительного элемента теплоотводя щая шайба 5 йыполнена с термоэлементом - микрохолодильником И электроиз лирована от чувствительного элемента В качестве изоляции применена окись алюминия АГдО., которая имеет высоки коэффициейт теплопроводности и высок электроизоляционные свойства. Нанесение окиси произведено методом газо плазменного напыления. Из корпуса выводятся соединительные провода со стороны радиатора, по ле этого для герметизации заливают компаунд через отверстие в нижней части корпуса. Далее чувствительное устройство в сборе монтируют в стволе зондирующего водоохлаждаемого устройства, подключают вторичную регистрирующую аппаратуру и проводят тарировку. Энергия излучения по достижении поверхности кремниевого диска 2 поглощается. Поток тепла отводится к ох лаждаемому корпусу 1. В результате этого температура в центре приемного чувствительного элемента - выше, чем на его периферии. Эта разность тем678345пературы является функцией интенсивности излучения тепловой энергии, падающей на приемную поверхность, и измеряется термопарой, холодным спаем которой является место соединения кремниевого диска 2 с платиновым кольцевым электродом 4, а горячим спаем - соединение платинового электрода 3 с кремниевым диском. Для измерения ствол-зонд устройства вводят в измеряемую среду через лючок и погружают на заданную глубину. Через тубус-диафрагму на кремниевого диска фокусируют тепловую лучистую энергию, которая преобразуется в термо-ЭДС, прямо пропорционально падающему тепловому потоку. По величине эдс, зафиксированной вторичной аппаратурой, с помощью рабочей характеристики чувствительного устройства, полученной в результате тарировки, определяют величину лучистого потока. Изменяя глубину погружения зондирующего устройства, можно проводить подобные измерения в разных точках топочного устройства. .Опытный образец данного устройства для измерения теплового излучения применяли при измерениях теплового излучения в топочном устройстве парагазовой установки ПГУ-200 Невинномысской ГРЭС. Как показали результаты, устройство работоспособно в условиях агрессивной среды и высоких температур, обладает чувствительностью более, чем в 2 раза выше, чем известное устройство и позволяет надежно и с высокой точностью измерять лучистый тепловой поток величиной до 110 ккад/м ч, т.е. практически во всех современных высокофорсированных топочных устройствах и камерах сгорания ПГУ и ГТУ. Формула изобретения Датчик теплового потока по авт. св. № 297875, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности и повышения точности измерения, в него введен дополнительный электрод, нанесенный на боковую поверхность кремниевого диска, выполненный из материала основного электрода.