Устройство для раздельного определения конвективной и лучистой теплопередач Советский патент 1980 года по МПК G01K17/08 

I

Изобретение относится к области температурных измерений в металлургической промышленности, например, в мартеновских печах.

Известно устройстве для измерения лучистой и конвективной составляющих сложного теплообмена l, содержашее два тепломера, установленные на общэм теплообменника. Один из тепломеров установлен в вакуумированной полости с окном выполненным из лейкосапфира.

Недостагком указанного устройства являются изменение степени черноты тепловоспринимающей поверхности открытого теплоприемника, разгерметизация полости, в которой расположен второй теплоприемник, вследствие чего снижается точность измерения лучистой составляющей.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для раздельного определения конвективной и лучистой теплопередач 2, содержащее водоохлаждаемый корпус, в котором расположены два теплоприемника, имеющие покрытия с различной степенью черноты и термопары.

Воспринимаемое теплоприемниками тепло Qпpeдeляeтcя по перепадам температуры воды, прошедшей через них, изме ряемым дж ферен1шальными термоп ар ами. При этом отношение коэффициентов черноты j/Ej, первоначально определенное в спецкамере и входящее в состав расчетной формулы, считается постоянным на весь период измерений.

Недостаток указанного устройства заключается в том, что воздействие высокотемпературного факела с высокими значениями кинетической энергии на тепловоспринимающие поверхности приводит к изменению состояния поверхности (загрязнению, окисление) и, соответственно, к Изменению полных коэффициентов излучения и их отношения, что увеличивает погрешность измерения, а также к разрушению покрытий этих поверхностей, после чего использование устройства становится невозможным. Целью, изобретения является повышени точности и надежности определения искомых параметров. Указанная цель достигается тем, что каждый тетшоприемник кыполнэн в виде световода, причем покрытия с различной степенью черноты нанесены на торцы Световодов, противоположные тетшовгоспринимающим,- а горячие спаи термопар непосредственно контактируют с этими покрытиями. Тепло воспринимающие поверхности обо их тепломеров находятся все время в идентичных условиях и пропускают через себя равные части суммарной тепловой энерпш, разделение которой производитс уже на противоположной тепловоспринима щей стороне (не подвергающейся воздейс ВИЮ факела) путем отражения и поглощения лучистой составляющей теплопередачи за счет нанесения светоотражающего .слоя на поверхность одной из частей световода и поглощающего слоя на другой. Такое выполнение устройства обеспечивает повышение точности измерений и многократное его использование. На Чертеже изображено предлагаемое устройство. Устройство состоит из двух световодов 1 и 2, разделенных между собой и от держателя 3 теплоизолягшоннным материалом 4. На противоположную тепловоспринимающей поверхность одного из световодов нанесен тонкий зеркальный слой 5 тугоплавкого металла (например вольфрама), а другого - поглощаюпшй слой ламповой сажи 6. К этим же (внут ренним) поверхностям световодов примыкают пятачковые термопары 7. Дер жатель 3 с световодами размещен в вод охлаждаемом корпусе 8. При введении устройства в факел через теиловоспринимающие поверхности обоих световодов вдоль их оптической оси устремятся равные суммарные тепло вые ПОТОК1, состоящие как из конвектив ной, так и лучистой составляющих тепло передачи. Поскольку при небольших длинах (в нашем случае 5-10 мм) коэффициент пропусканияTj-. лучистой энергии лейкосапфйрового световода практически равен 1 (зл исключетгаем далекой инфракрасной области, мощность теплового по тока в которой несоизмеримо мала), то лучистая энергия без потерь достигнет противоположных поверхностей обоих световодов. При этом поверхность световода, покрытая ламповой сажей, коэффициент поглощения KOTOpoftC jf- i будет нагреваться как от конвективнсй составляющей суммарного теплового потока путем теплопроводности, так и от лучистой энергии. Воспринятый этим световодом тепловой поток будет равен ) )«5 A Y-JT (T)dtr Вт. ч. 1 . . гдеЛ- коэффициент теплопроводности лейкосапф фа (Вт/мК), 5,& - площадь сечения и длина световода (м и м), Т, температура регистрируемея термопарой (К), Г - время (ч). Поверхность же световода, покрытая светоотражатопьным слоем вольфрама, коэффициент которого paBeHpgrO,95, бу дет отражать 95% лучистой энергии и нагреваться при этом в основном за счет конвективной составляющей теплового потока Q к , . .,-v( л -р-Гт,Ст)д-и , , -с, (Вт,-г) По разности тепловых потоков, восприлятых обоими световодами,, можно йайти абсолютное значение лучистой тавпяющей Q,jt .Q-Q,.,-Q pl-%pQ A-|-I TCt:)ar; откуда f-jAT(C)dt. V ) Поскольку покрытые поверхности световодов находятся внутри устройства и не подвергаются никаким воздействиям, кроме теплового, то коэффициент поглощения и отражения, а значит, и методическая погрешность, будут оставаться, в процессе измерений постоянными. В связи с тем, что тепловоспринимающая поверхность световода не претерпевает изменений от воздействия факела, устройство можно использовать многократно. i Формула изобретения Устройство для раздельного опрснеления конвективной и лучистой тепяопере57113дач, содержащее водоохпаждаемый корпус, в котором расположены два теплоприемника, имеющие покрытия с различной степенью черноты и термопары, отличающееся тем, что, с целью s повышения точности и надежности определення искомых параметров, каждый тепяоприемник выполнен в виде световода, причем покрытия с различной степенью черноты нанесены на ториы свето- Ю водов, противоположные тепловосприниSмающим, а горячие спаи термопар непосредственно контактируют с этимипокрытиями. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР №345380, 101. Q 01 К 17/20, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР № 2О1732, кл. Q 01 К 17/08 1965 (прототип).

( 4 f f 5 / 7 8