Устройство для измерения лучистых тепловых потоков Советский патент 1982 года по МПК G01K17/08 

(5) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛУЧИСТЫХ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измере1 1я тепловых потоков в факеле пламени или в высокотемпературных газах при исследовании процессов теп лообмена в топочных устройствах. Известен ленточный тепломер Шмидта использующий в качестве датчика измеряемого теплового потока вспомогательную стенку с известной теплопроводностью, выполненную в виде резиновой ленты, на обеих поверхностях которой расположены батареи дифференциальных термопар 1. Недостатком известного устройства является узкий диапазон его использовайия - в основном дли измерения слабых тепловых потоков, например теплопотерь через изоляцию трубопроводов, обмуровку газоходов. Тепломер Шмидта не пригоден для измерения мощных тепловых потоков, так как по условиях термостойкости он разрушается и выходит из строя. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения теплового потока, содержащее корпус с установленным в нем теплоприемником, концентрично расположенные каналы для подвода и отвода теплоносителя и датчик температуры, размещенный на верхнем торце теплоприемника. У нижнего торца теплоприемника расположена вторая термопара,: Величина измеряемого теплового потока определяется по известному выражениюq (Х/(У)(Ц - д, Вт/м где q - плотность теплового потока, Вт/м; X - коэффициент теплопроводности теплоприемника, Вт/(м-град); (.-V разность температур по толщине теплоприемника (У - толщина теплоприемника в направлении падающего теплового потока, м 23. Недостатком указанного устройства является высокая погрешность измерений, связанная с зависимостью коэффи циента теплопроводности (Х) теплоприемника от температуры,;а также вы зываемая конвективным теплообменом между измеряемой средой и теплоприёмником, не защищенным от воздействия конвективной составляющей теплового потока. Кроме того, при различных значениях плотности теплового потока изменяется значение разности температур (t - t) и в каждом интервале разности (t - t) приходится вычислять значение коэффициента теплопроводности, а затем определять величину плотности измеряемого тепло вого потока. Это усложняет процесс определения искомой величины. Цель изобретения - повышение томности и упрощение процесса измерений тепловых потоков. Указанная цель достигается тем, что теплоприемник выполнен.в виде заполненной расплавленным металлом емкости, снабженной крышкой из материала пропускающего лучистый теплово поток, и расположенной в канале для подвода теплоносителя. Величина плотности теплового пото ка определяется тем же известным выражением (1). В качестве значения (t - 1л) принята разность между показаниями датчика температуры, измеряющего значение температуры расплавленного теплоприемника (t) на поверхности, воспринимающей тепловой поток, и температурой теплоприемника на периферии (t), которая поддерживается равной температуре плавления ввиду расположения стакана с теплоприемником в термостатированной зоне образуемой охлаждающим теплоносителемНа чертеже изображено предлагаемое устройство для измерения лучисты тепловых потоков. Устройство содержит корпус 1 с размещенным в нем теплоприемником, выполненным в виде емкости 2, запояненной расплавленным металлом 3, емкость снабжена крышкой , изготовленной из материала, пропускающего лучистый тепловой потоку и являющейся экраном для koнвeктйвныx тепловых 5

потоков. Теплоноситель поступает по каналу 5, а отводится по каналу6. В днище емкости выполнено отверстие 7

приемник конвективной составляющей теплового потока. Определение плотности теплового потока с использодля установки датч14 а 8 температуры. Емкость 2 расположена в канале 5, т.е. в термостатированной зоне образуемой поступающим теплоносителем. Оптимальные размеры устройства для измерителя лучистых тепловых потоков: диаметр корпуса 60 мм, диаметр и толцину теплоприемника выбирают из соотношения Cf 15D;(2) где (Г- толщина теплоприемника в направлении падающего теплового потока, м; D - диаметр теплоприемника, м. Устройство работает следующим образом. Охлаждающий теплоноситель поступает по каналу 5, а отводится по каналу 6 и образует по периферии емкости 2 термостатированную зону. Температуру и расход теплоносителя регулируют в соответствии с условием поддерживания металла в-расплавленном состоянии. Устройство ориентируют в направлении пёдающего теплового потока. Лучистая составляющая теплового потока, проникая через крышкуэкран Ц, воздействует на расплавленный металл. В результате происходит рост его температуры, контролируемой датчиком 8. Поток тепла, поступающий к теплоприемнику, отводится охлаждающим теплоносителем. При этом температура теплоприемника со стороны теплового потока выше температуры его Периферийной части, равной температуре плавления. Возникающая разность температур является функцией измеряемого теплового потока, который вычисляется по выше приведенному выражения (t). Применение в качестве теплоприемника размещенного в емкости металла в расплавленном состоянии, коэффициент теплопроводности которого не зависит от температуры, повышает ТОЧНОСТЬ измерения, так как исключается необходимость определения коэффициента теплопроводности в каждом диапазоне температур. Экранирование теплоприемника со стороны теплового потока и размещение емкости в термостатированной зоне снижают погрешность измерений, связанную с воздействием на тепло59ванием выражения СПзаметно упрощается, так как коэффициент теплопроводности .(Л), и толщина теплоприемника (У) - величины ПОСТОЯН-. ные и не зависящие от температуры, для определения разности (t - t) температура измеряется t/j датчиком 8 а температура tj. известна и равна температуре плавления металла теплоприемника. Таким образом, при сравни тельной простоте измерений, повышается их точность. Формула изобретения Устройство для измерения лучистых тепловых потоков, содержащее корпус с установленным в нем теплоприемником, концентрично расположенные каналы для подвода и отвода, теплоносителя и датчи к температуры, размещенный на верхнем торце теплоприемника, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерений, теплоприемник выполнен в виде заполненной расплавленным металлом емкости, снабженной крышкой из материала, пропускающего лучистый тепловой поток, и расположенной в канале для подвода теплоносителя . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Геращенко О.А. Основы теплометрии. Наукова думка,.Киев, 197, с. 33-3. 2.Теплотехнический справочник. Под ред. В.Н. К енева и Л.Д. Лебедева. Т. 2, М., Энергия, 1975, |С. 2бО рис. 4-П.