Способ измерения нестационарного теплового потока и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК G01K17/08 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НЕСТАЦИОНАРНОГО ТЕПЛОВОГО ПОТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

1

Изобретение относится к тепловым измерениям и может быть применено при исследовании теплообмена и управления тепловыми процессам в металлургии, энергетике и др. отраслях народного хозяйства.

Известен способ измерения теплового потока, основанный на использовании метода вспомогательной стенки, сущность которого заключается в измерении температур на границах этой стенки и расчета теплового потока проходящего через нее, который принимается эквивалентным падающему тепловому потоку 1.

Недостатком способа является низкая точность измерения при измерении нестационарнЫХ тепловых потоков.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ измерения нестационарного теплового потока посредством датчика теплового потока, заключающийся в измерении величины теплового потока, проходящего через термочувствительный элемент датчика теплового потока измерении температуры лицевой поверхности термочувствительного элемента и вычислении величины нестационарного теплового

потока. В этом способе величину нестационарного теплового потока вычисляют по формуле

q + Kto.

()

где К - постоянный коэффициент;

to - скорость изменения температуры приемной (лицевой) поверхности термочувствительного элемента;

10

А - коэффициент теплопроводности;

b -толщина чувствительного элемента;

At - перепад температур на чувствительном элементе.

Этот способ осуществляют устройством, содержащим датчик теплового потока с тер15мочувствительным элементом, подключенным через усилитель к первому входу сумматора, термоэлектрический преобразователь, закрепленный на лицевой поверхности термочувствительного элемента и подклю20 ценный через дифференциатор ко второму входу сумматора 2.

Недостатком способа является то, что при измерении существенно нестационарных тепловых потоков информация от основного термочувствительного элемента и вспомогальных устройств имеет случайную погрешность за счет наличия высокочастотной составляющей в суммарном сигнале. При дифференцировании такого сигнала погрешность выходной величины во много раз превосходит погрешность входной информации и может быть существенно больше, чем погрешность сигнала основного термочувствительного элемента. Цель изобретения - повышение точности измерения нестационарного теплового потока путем исключения случайных погрешностей измерения. Поставленная цель достигается тем, что дополнительно измеряют температуру обратной поверхности термочувствительного элемента, а величину нестационарного теплового потока определяют по формуле 4 qo + b-(2to-t,.«. -значение теплового потока, измеренное термочувствительным элементом;0 ,Ц температура лицевой и обратной поверхностей термочувствительного элемента; Л,С,/,Ь- соответственно коэффициент теплопроводности, теплоемкость, удельная плотность и толщина термочувствительного элмента; -текущий момент времени. Способ реализуется устройством для измерения нестационарного теплового потока, содержащим датчик теплового потока с термочувствительным элементом, подключенньш через усилитель к первому входу сумматора, термоэлектрический преобразователь, закрепленный на лицевой поверхности термочувствительного элемента, введены два дополнительных термоэлектрических преобразователя, закрепленных на лицевой и обратной поверхностях термочувствительного элемента, блок нелинейности, интегратор и масштабирующий усилитель, выход которого соединен со вторым входом сумматора, причем все термоэлектрические преобразователи соединены между собой последовательно и подключены ко входам масштабирующего усилителя и блока нелинейности, выход которого через интегратор соединен с третьим входом сумматора. На чертеже приведена блок-схема устройства. Устройство содержит датчик теплового потока 1 с термочувствительным элементом. выполненным в виде гипертермопары, последовательно соединенные термоэлектрические преобразователи 2, 3 и 4, прикрепленные к лицевой и обратной поверхностям термочувствительного элемента, масцгтабирующий усилитель 5 с коэффициентом усиления 2i/b, блок нелинейности 6, усилитель 7, интегратор 8 и сумматор 9. Устройство работает следующим образом. При воздействии на термочувствительный элемент i теплового потока образуется сигнал, имеющий какую-то случайную погрешность, которая накладывается на выходной сигнал термочувствительного элемента. Температура лицевой и обратной поверхностей термочувствительного элемента 1 измеряется термоэлектрическими преобразователями 2, 3 и 4. Суммарный сигнал с этих преобразователей, пропорциональный величине (2to + + t), поступает на вход масштабирующего усилителя 5, в котором он усиливается в 2Д/Ь раз, и на вход блока нелинейности, формирующий сигнал, пропорциональный величине (2to + iz)exp(). С выхода блока нелинейности этот сигнал поступает на интегратор 8, в котором он интегрируется от О до t. Сигнал с датчика теплового потока, пропорциональный величине (to -t), усиливается усилителем 7 в Jt /Ь раз и далее поступает на первый вход сумматора. Сумматор 9 осуществляет суммирование выходных сигналов усилителей 5, 7 и интегратора 8 в соответствии с уравнением (2), в результате чего выходной сигнал сумматора оказывается пропорциональным величине теплового потока. При измерении величины теплового потока предлагаемым способом не требуется проведения операции дифференцирования. Замена некорректной операции дифференцирования на корректную операцию интегрирования позволяет исключить из результата измерения методические и случайные погрешности и, следовательно, повысить точность измерения величины нестационарного теплового потока. Формула изобретения 1. Способ измерения нестационарного теплового потока посредством датчика теплового потока, заключающийся в измерении величины теплового потока, проходящего через термочувствительный элемент датчика теплового потока, измерении температуры лицевой поверхности термочувствительного элемента и вычислении величины нестационарного теплового потока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения нестационарного теплового потока путем исключения случайных погрешностей измерения, дополнительно измеряют температуру обратной поверхности термочувствительного элемента, а величину нестацио