RU162213U1 - THERMOELECTRIC ICE SENSOR - Google Patents
THERMOELECTRIC ICE SENSOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU162213U1 RU162213U1 RU2016104432/11U RU2016104432U RU162213U1 RU 162213 U1 RU162213 U1 RU 162213U1 RU 2016104432/11 U RU2016104432/11 U RU 2016104432/11U RU 2016104432 U RU2016104432 U RU 2016104432U RU 162213 U1 RU162213 U1 RU 162213U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- sensor
- thermoelectric
- temperature
- icing
- Prior art date
Links
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 60
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 37
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 description 12
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 6
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 230000001174 ascending effect Effects 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 4
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 4
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D15/00—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
- B64D15/20—Means for detecting icing or initiating de-icing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Термоэлектрический датчик обнаружения обледенения или предрасположенности к обледенению поверхности, содержащий термоэлектрический модуль, выполненный в виде элемента Пельтье, отличающийся тем, что он снабжен соединенным нижней частью с элементом Пельтье термоэлектрическим датчиком теплового потока, противоположная верхняя часть которого образует внешнюю чувствительную к образованию льда поверхность и снабжена датчиком температуры.A thermoelectric sensor for detecting icing or a predisposition to icing on the surface, comprising a thermoelectric module made in the form of a Peltier element, characterized in that it is provided with a lower part connected to the Peltier element with a thermoelectric heat flow sensor, the opposite upper part of which forms an external ice-sensitive surface and is equipped with temperature sensor.
Description
Область техникиTechnical field
Предлагаемая полезная модель относится к средствам сигнализации и контроля и может быть использована для дистанционного обнаружения обледенения и определения условий окружающей среды, схожих с условиями для образования или предрасположенности к образованию обледенения различных поверхностей, например, поверхностей летательных аппаратов, в частности фюзеляжа, крыльев, пропеллеров или лопаток ротора самолетов.The proposed utility model relates to means of signaling and control and can be used for remote detection of icing and determination of environmental conditions similar to conditions for the formation or predisposition to icing of various surfaces, for example, surfaces of aircraft, in particular the fuselage, wings, propellers or aircraft rotor blades.
Уровень техникиState of the art
Появление наледи на полотнах автомобильных дорог, а также на взлетно-посадочных полосах аэропортов или появление условий, приближенных к условиям для образования ледяного покрова ощутимо влияет на безопасность движения автомобилей и соответственно на успешность взлета и посадки самолетов.The appearance of ice on the roads, as well as on the runways of airports or the appearance of conditions close to the conditions for the formation of ice cover, significantly affects the safety of vehicles and, accordingly, the success of take-off and landing of aircraft.
Льдообразование на поверхности летательных аппаратов, в частности, лед, нарастающий на фюзеляже, крыльях, пропеллерах, лопатках ротора и управляющих поверхностях самолетов способен создавать трудности для пилотирования, оказывая неблагоприятное воздействие на управляемость самолета.Ice formation on the surface of aircraft, in particular, ice growing on the fuselage, wings, propellers, rotor blades and control surfaces of aircraft can create difficulties for piloting, adversely affecting the controllability of the aircraft.
Вероятность появления ледяного покрова зависит от условий локальной окружающей среды, таких как температура атмосферы, атмосферное давление, влажность воздуха и др.The probability of occurrence of ice cover depends on local environmental conditions, such as atmospheric temperature, atmospheric pressure, air humidity, etc.
В этой связи, существует потребность в использовании новых современных устройств, сигнализирующих об образовании ледяного покрова или условий для его образования с целью своевременного предупреждения появления ледяного покрова или его оперативного устранения.In this regard, there is a need to use new modern devices that signal the formation of ice cover or the conditions for its formation in order to timely prevent the occurrence of ice cover or its prompt elimination.
В настоящее время применяется большое количество датчиков обледенений, работа которых основана на различных прямых или косвенных методах определения наличия обледенения или предрасположенности к обледенению.Currently, a large number of icing sensors are used, the operation of which is based on various direct or indirect methods for determining the presence of icing or a predisposition to icing.
В основном используются сигнализаторы обледенения, которые, преимущественно, на основе различных физических принципов определяют наличие льда на различных поверхностях таким образом, чтобы генерировать индикацию возникновения льда или предупреждение о существовании условий для образования льда.The icing indicators are mainly used, which mainly determine the presence of ice on various surfaces on the basis of various physical principles in such a way as to generate an indication of the occurrence of ice or a warning about the existence of conditions for the formation of ice.
Так, из уровня техники известна технология для генерирования сигналов о появлении водяной пленки поверхностей на улице (см. WO 9913295, кл. G01B 21/08, публ. 18.03.1999 г. [1]).So, the prior art technology for generating signals about the appearance of a water film of surfaces on the street (see WO 9913295, class G01B 21/08, publ. March 18, 1999 [1]).
Появление водяной пленки на какой-либо поверхности сопряжено с вероятностью преобразования ее в ледяной покров, а замысел известной технологии [1] заключается в том, что устройство определяет толщину водяной пленки, по которой определяют возможную точку замерзания. В зависимости от параметров определенного участка водной пленки его нагревают или охлаждают, а толщина пленки определяется при условии анализа границ температуры при нагревании или охлаждении. При этом элемент Пельтье используют для нагрева или охлаждения водной пленки, температура, которой измеряется с помощью термоэлемента и вычисляется с помощью микропроцессора.The appearance of a water film on any surface is associated with the likelihood of converting it into ice cover, and the idea of the known technology [1] is that the device determines the thickness of the water film, which determine the possible freezing point. Depending on the parameters of a particular section of the aqueous film, it is heated or cooled, and the film thickness is determined by analyzing the temperature limits during heating or cooling. In this case, the Peltier element is used to heat or cool an aqueous film, the temperature of which is measured using a thermocouple and calculated using a microprocessor.
Известная технология [1] в большей степени относится к прогнозным методам и косвенным образом способна определять обледенение поверхностей на улице, поскольку анализируется толщина жидкой пленки на поверхности без учета иных важных факторов, способных приводить к образованию льда, например, перепада температур, изменения атмосферного давления или влажности воздуха, что в свою очередь отрицательным образом сказывается на точности и как следствие на надежности фиксирования образования ледяного покрова. Помимо этого, данной технологией [1] не предусмотрена возможность прогнозирования появления атмосферных условий, благоприятных для образования льда.The known technology [1] is more relevant to forecast methods and is indirectly able to determine icing of surfaces on the street, since the thickness of the liquid film on the surface is analyzed without taking into account other important factors that can lead to ice formation, for example, temperature drops, changes in atmospheric pressure or humidity, which in turn negatively affects accuracy and, as a consequence, the reliability of fixing the formation of ice cover. In addition, this technology [1] does not provide for the possibility of predicting the appearance of atmospheric conditions favorable for ice formation.
Из уровня техники известно устройство для обнаружения образования льда (см. US 6456200, кл. G08B 19/02, публ. 24.09.2002 г. [2]).The prior art device for detecting the formation of ice (see US 6456200, CL G08B 19/02, publ. 09/24/2002 [2]).
В конструкции известного устройства [2] используется термоэлектрический элемент Пельтье в качестве устройства измерения разницы температуры. Образование льда обнаруживается за счет измерения изменения в тепловом потоке, благодаря освобождению скрытой теплоты во время процесса образования льда, что вызывает генерирование напряжения на концах элемента Пельтье.The design of the known device [2] uses a Peltier thermoelectric element as a device for measuring the temperature difference. Ice formation is detected by measuring changes in the heat flux due to the release of latent heat during the ice formation process, which causes the generation of stress at the ends of the Peltier element.
Недостатком данного устройства [2] является то, что оно способно определять условия для образования обледенения только после того, как ледяная корка сформировалась, и не способно определять насколько близко находятся локальные условия к условиям для образования льда или изменяются ли эти условия и как быстро это происходит.The disadvantage of this device [2] is that it is able to determine the conditions for the formation of icing only after the ice crust has formed, and is not able to determine how close the local conditions are to the conditions for ice formation or whether these conditions change and how quickly this happens .
Данное устройство для обнаружения образования льда [2] становится особенно неэффективным, когда температура воздуха близка к точке замерзания или несколько ниже ее.This device for detecting the formation of ice [2] becomes especially ineffective when the air temperature is close to the freezing point or slightly lower.
Из уровня техники известны способ и система обнаружения вероятности образования природного льда на поверхности транспортного средства (см. US 4570881, кл. B64D 15/20, публ. 18.02.1986 г. [3]).The prior art method and system for detecting the probability of formation of natural ice on the surface of a vehicle (see US 4570881, CL B64D 15/20, publ. 02/18/1986 [3]).
Известный способ подразумевает размещение диафрагмы на поверхности транспортного средства, попеременное охлаждение и нагрев с помощью элемента Пельтье указанной диафрагмы до температур ниже и выше температуры окружающей среды в соответствии с определенным циклом, создающим, а затем растапливающим лед, в случае если температура окружающего воздуха вблизи или ниже точки замерзания. При этом фиксируется любое изменение резонансной частоты вибрации диафрагмы в упомянутом цикле поочередно и многократно охлаждая и нагревая диафрагму, осуществляя подачу сигнала тревоги, если указанное изменение резонансной частоты превышает заданное значение.The known method involves the placement of the diaphragm on the surface of the vehicle, alternately cooling and heating with the Peltier element of the specified diaphragm to temperatures below and above the ambient temperature in accordance with a certain cycle that creates and then melts ice, if the ambient temperature is near or below freezing points. At the same time, any change in the resonant frequency of the vibration of the diaphragm in the mentioned cycle is recorded alternately and repeatedly cooling and heating the diaphragm, providing an alarm if the specified change in the resonant frequency exceeds a predetermined value.
Известный способ [3] обладает расширенной областью функционального применения, поскольку помимо обнаружения сформированного ледяного покрова, фиксируется вероятная предрасположенность к появлению льда, при этом подается соответствующий сигнал тревоги.The known method [3] has an expanded range of functional applications, since in addition to detecting the formed ice cover, a probable predisposition to ice is fixed, and an appropriate alarm signal is given.
Недостатком известного способа является возможное появление вибрации, передающейся непосредственно от известной системы на какую-либо поверхность транспортного средства, которая может нарушать работу иных автоматизированных систем транспортных средств.The disadvantage of this method is the possible occurrence of vibration transmitted directly from the known system to any surface of the vehicle, which may interfere with the operation of other automated vehicle systems.
Кроме того, недостатком данного способа является непостоянство чувствительности известной системы, поскольку использование в ее составе пьезоэлемента потребует ее тарировки.In addition, the disadvantage of this method is the inconsistency of the sensitivity of the known system, since the use of a piezoelectric element in its composition will require its calibration.
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели является, термоэлектрический датчик обледенения (см. RU 2534493, кл. B64D 15/20, публ. 27.11.2014 г. [4]).The closest analogue of the proposed utility model is a thermoelectric icing sensor (see RU 2534493, class B64D 15/20, publ. 11/27/2014 [4]).
Известный термоэлектрический датчик обледенения содержит термоэлектрический модуль, выполненный в виде элемента Пельтье, выполняющим функцию теплового насоса и датчик температур, установленный на внешней чувствительной поверхности.Known thermoelectric icing sensor contains a thermoelectric module made in the form of a Peltier element that performs the function of a heat pump and a temperature sensor mounted on an external sensitive surface.
Элемент Пельтье по заданному алгоритму в зависимости от температуры окружающей среды и ее близости к температуре замерзания нагревает или охлаждает чувствительную поверхность. Температурный датчик отслеживает изменение температуры. В случае наличия льда на поверхности наличия условий для образования льда, температура чувствительной поверхности на период фазового перехода вода-лед стабилизируется и выделяется или поглощается скрытая теплота льдообразования. Известный термоэлектрический датчик фиксирует указанную температуру фазового перехода, определяя тем самым наличие льдообразование, а интенсивность льдообразования оценивается по величине мощности питания теплового насоса (элемент Пельтье) в этот период, так как это коррелирует напрямую с выделяемой или поглощаемой теплотой фазового перехода.According to a given algorithm, the Peltier element, depending on the ambient temperature and its proximity to the freezing temperature, heats or cools the sensitive surface. A temperature sensor monitors temperature changes. If there is ice on the surface, the conditions for ice formation are present, the temperature of the sensitive surface is stabilized during the water-ice phase transition and the latent heat of ice formation is released or absorbed. The well-known thermoelectric sensor captures the indicated temperature of the phase transition, thereby determining the presence of ice formation, and the intensity of ice formation is estimated by the power supply of the heat pump (Peltier element) during this period, since this correlates directly with the released or absorbed heat of the phase transition.
Из недостатков известного термоэлектрического датчика обледенения можно отметить, следующие:Among the disadvantages of the known thermoelectric icing sensor, the following can be noted:
- недостаточная чувствительность при малой интенсивности льдообразования, точность определяется точностью термодатчика и алгоритмом слежения изменения температуры, при малой величине ступеньки температуры или большой скорости ее прохождения не обеспечится требуемый уровень точности для фиксации льдообразования;- insufficient sensitivity at low intensity of ice formation, the accuracy is determined by the accuracy of the temperature sensor and the algorithm for tracking temperature changes; with a small temperature step or a high speed of its passage, the required level of accuracy for fixing ice formation will not be provided;
- в цикле охлаждения льдообразование определяется удовлетворительно стабилизацией температуры фазового перехода (кристаллизация воды) на определенное время, а в цикле нагрева, данная стабилизация (таяние слоя льда) менее заметна, поэтому в цикле нагрева определение льдообразования весьма затруднительно;- in the cooling cycle, ice formation is determined satisfactorily by stabilization of the phase transition temperature (water crystallization) for a certain time, and in the heating cycle, this stabilization (melting of the ice layer) is less noticeable, therefore, in the heating cycle, the determination of ice formation is very difficult;
- оценка величины интенсивности льдообразования по энергии, затраченной элементом Пелтье, является косвенным методом, не учитывающим значительную зависимость затраченной мощности элементом Пельтье от температуры окружающей среды, теплоотдачи и др., таким образом, данный способ лишен метрологической точности и по существу является оценочным методом определения льдообразования.- estimation of the intensity of ice formation by the energy spent by the Peltier element is an indirect method that does not take into account the significant dependence of the power consumed by the Peltier element on the ambient temperature, heat transfer, etc., thus, this method is devoid of metrological accuracy and is essentially an evaluation method for determining ice formation .
Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure
Задачей предлагаемой полезной модели является создание многофункционального эффективного и надежного средства для обнаружения обледенения или предрасположенности к обледенению различных поверхностей непосредственно прямым и точным путем.The objective of the proposed utility model is to create a multifunctional efficient and reliable means for detecting icing or a predisposition to icing of various surfaces directly in a direct and accurate way.
Техническим результатом предлагаемого термоэлектрического датчика, является повышение чувствительности льдообразования или предрасположенности к нему при одновременном повышении метрологической точности определения льдообразования или предрасположенности к его появлению.The technical result of the proposed thermoelectric sensor is to increase the sensitivity of ice formation or predisposition to it while increasing the metrological accuracy of determining ice formation or predisposition to its occurrence.
Указанный технический результат, который объективно проявляется в результате использования предлагаемой полезной модели, достигается за счет того, что термоэлектрический датчик обнаружения обледенения или предрасположенности к обледенению поверхности содержит термоэлектрический модуль, выполненный в виде элемента Пельтье, при этом термоэлектрический датчик снабжен соединенным нижней частью с элементом Пельтье термоэлектрическим датчиком теплового потока, противоположная верхняя часть, которого образует внешнюю чувствительную к образованию льда поверхность и снабжена датчиком температуры.The specified technical result, which is objectively manifested as a result of using the proposed utility model, is achieved due to the fact that the thermoelectric sensor for detecting icing or predisposition to icing of the surface contains a thermoelectric module made in the form of a Peltier element, while the thermoelectric sensor is equipped with a connected lower part to the Peltier element thermoelectric heat flow sensor, opposite upper part, which forms an external sensitive formation of ice surface and is provided with a temperature sensor.
Предлагаемый многофункциональный термоэлектрический датчик для определения обледенения или предрасположенности к обледенению содержит термоэлектрический датчик теплового потока, внешняя поверхность верхней части, которого чувствительна к образованию льда, а также чувствительна к формированию погодных условий, образующих ледяной покров. Нижней частью датчик теплового потока соединен (взаимодействует) с термоэлектрическим модулем, выполненным в виде элемента Пельтье, который в зависимости от направления приложенного тока может, как нагревать, так и охлаждать датчик теплового потока и, соответственно, его внешнюю чувствительную поверхность верхней части. К верхней части датчика теплового потока подключен датчик температуры.The proposed multifunctional thermoelectric sensor for determining icing or a predisposition to icing contains a thermoelectric heat flow sensor, the outer surface of the upper part, which is sensitive to the formation of ice, and is also sensitive to the formation of weather conditions that form the ice cover. The lower part of the heat flux sensor is connected (interacts) with a thermoelectric module made in the form of a Peltier element, which, depending on the direction of the applied current, can both heat and cool the heat flux sensor and, accordingly, its external sensitive surface of the upper part. A temperature sensor is connected to the top of the heat flux sensor.
Термоэлектрический модуль, выполненный в виде элемента Пельтье обеспечивает режим циклического нагрева - охлаждения чувствительной внешней поверхности верхней части датчика теплового потока в температурном диапазоне образования ледяного покрова.The thermoelectric module, made in the form of a Peltier element, provides cyclic heating - cooling of the sensitive outer surface of the upper part of the heat flux sensor in the temperature range of ice formation.
Термоэлектрический датчик теплового потока в случае наличия льда или предрасположенности к льдообразованию на чувствительной внешней поверхности верхней части фиксирует выделение или поглощение скрытой теплоты льдообразования появлением сигнала соответствующего тепловому потоку через него, а датчик температуры при этом фиксирует температуру льдообразования.In the case of ice or a predisposition to ice formation on the sensitive outer surface of the upper part, a thermoelectric heat flow sensor detects the generation or absorption of latent heat of ice formation by the appearance of a signal corresponding to the heat flux through it, while the temperature sensor detects the ice formation temperature.
Дополнительно предлагаемый термоэлектрический датчик обнаружения обледенения имеет возможность расчета интенсивности льдообразования и толщины слоя льда путем интегрирования тепла прошедшего через датчик теплового потока за период времени льдообразования при известной удельной теплоте льдообразования.Additionally, the proposed thermoelectric icing detection sensor has the ability to calculate the intensity of ice formation and the thickness of the ice layer by integrating the heat of the heat flux passed through the sensor over the time period of ice formation at a known specific heat of ice formation.
Указанные признаки предлагаемой полезной модели обеспечивают создание многофункционального эффективного и надежного средства для обнаружения обледенения или предрасположенности к обледенению различных поверхностей и соответственно достижение технического результата, заключающегося в повышении чувствительности льдообразования или предрасположенности к нему при одновременном повышении метрологической точности определения льдообразования или предрасположенности к его появлению.The indicated features of the proposed utility model provide the creation of a multifunctional effective and reliable means for detecting icing or a predisposition to icing of various surfaces and, accordingly, achieving a technical result consisting in increasing the sensitivity of ice formation or predisposition to it while increasing the metrological accuracy of determining ice formation or predisposition to ice formation.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг. 1 представлена конструкция предлагаемого термоэлектрического датчика;In FIG. 1 shows the design of the proposed thermoelectric sensor;
На фиг. 2 представлено циклическое изменение температуры датчика теплового потока с помощью элемента Пельтье (а - цикл охлаждения, в - цикл нагрева);In FIG. 2 shows the cyclic change in temperature of the heat flow sensor using the Peltier element (a - cooling cycle, c - heating cycle);
На фиг. 3 представлено изменение температуры на поверхности элемента Пельтье и на чувствительной поверхности датчика теплового потока при разной толщине слоя воды, по возрастанию (цикл охлаждения);In FIG. 3 shows the temperature change on the surface of the Peltier element and on the sensitive surface of the heat flux sensor at different thicknesses of the water layer, in increasing order (cooling cycle);
На фиг. 4 представлены показания датчика теплового потока, при разных толщинах слоя льда, по возрастанию (цикл охлаждения);In FIG. 4 shows the readings of the heat flux sensor, at different thicknesses of the ice layer, in increasing order (cooling cycle);
На фиг. 5 представлено изменение температуры на поверхности элемента Пельтье и на чувствительной поверхности датчика теплового потока при разной толщине слоя воды, по возрастанию (цикл нагрева);In FIG. 5 shows the temperature change on the surface of the Peltier element and on the sensitive surface of the heat flux sensor at different thicknesses of the water layer, in increasing order (heating cycle);
На фиг. 6 представлены показания датчика теплового потока, при разных толщинах слоя льда, по возрастанию (цикл нагрева).In FIG. 6 shows the readings of the heat flux sensor, at different thicknesses of the ice layer, in increasing order (heating cycle).
Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation
Полезная модель поясняется конкретным примером выполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядным образом демонстрирует достижение данной совокупностью существенных признаков заданного технического результата.The utility model is illustrated by a specific implementation example, which, however, is not the only possible, but clearly demonstrates the achievement of a given set of essential features of a given technical result.
На фиг. 1 отображены следующие элементы и параметры предлагаемого термоэлектрического датчика:In FIG. 1 displays the following elements and parameters of the proposed thermoelectric sensor:
1 - термоэлектрический датчик теплового потока;1 - thermoelectric heat flow sensor;
2 - термоэлектрический модуль, выполненный в виде элемента Пельтье;2 - thermoelectric module made in the form of a Peltier element;
3 - датчик температуры;3 - temperature sensor;
UD - сигнал датчика теплового потока;U D is the signal of the heat flux sensor;
Q - измеряемый тепловой поток;Q is the measured heat flux;
I - ток питания термоэлектрического модуля, выполненного в виде элемента Пельтье;I is the supply current of the thermoelectric module, made in the form of a Peltier element;
UT - сигнал датчика температуры;U T - temperature sensor signal;
Т - измеряемая температура.T is the measured temperature.
На фиг. 2 представлены следующие параметры при циклическом изменении температуры датчика теплового потока элементом Пельтье (а - цикл охлаждения, в - цикл нагрева):In FIG. Figure 2 shows the following parameters during cyclic changes in the temperature of the heat flux sensor using a Peltier element (a - cooling cycle, c - heating cycle):
А - вода;A is water;
В - лед;In - ice;
Та - температура окружающей среды;T a - ambient temperature;
T1 - температура на поверхности слоя воды (а) или льда (в);T 1 - temperature on the surface of a layer of water (a) or ice (c);
Т2 - температура на поверхности датчика теплового потока, которая измеряется датчиком температуры 3 (термодатчиком) (фиг. 1);T 2 is the temperature on the surface of the heat flux sensor, which is measured by the temperature sensor 3 (thermal sensor) (Fig. 1);
Т3 - температура на поверхности элемента Пельтье 2;T 3 - temperature on the surface of the
Q - тепло, поглощаемое или выделяемое термоэлектрическим датчиком теплового потока 1 в зависимости от работы элемента Пельтье 2, как охладителя (а - цикл охлаждения) или как нагревателя (в - цикл нагрева).Q is the heat absorbed or generated by the thermoelectric
На фиг. 3 показано изменение температуры на поверхности элемента Пельтье 2 Т3 и на чувствительной поверхности датчика теплового потока 1 при разной толщине слоя воды, по возрастанию - Т2-1, Т2-2, Т2-3 (цикл охлаждения).In FIG. Figure 3 shows the temperature change on the surface of the Peltier element 2 T 3 and on the sensitive surface of the
На фиг. 4 приведены показания датчика теплового потока 1 в цикле охлаждения. Q0 - тепловой поток при отсутствии слоя льда на поверхности, при разных толщинах слоя льда, по возрастанию - Q1, Q2, Q3.In FIG. 4 shows the readings of the
На фиг. 5 показано изменение температуры на поверхности элемента Пельтье 2 Т3 и на чувствительной поверхности датчика теплового потока 1 при разной толщине слоя воды, по возрастанию Т2-1, Т2-2, Т2-3 (цикл нагрева).In FIG. Figure 5 shows the temperature change on the surface of the Peltier element 2 T 3 and on the sensitive surface of the
На фиг. 6 приведены показания датчика теплового потока 1 в цикле нагрева. Q0 - тепловой поток при отсутствии слоя льда на поверхности, при разных толщинах слоя льда, по возрастанию - Q1, Q2, Q3.In FIG. 6 shows the readings of the
Термоэлектрический датчик обнаружения обледенения или предрасположенности к обледенению содержит термоэлектрический модуль, выполненный в виде элемента Пельтье 2.The thermoelectric sensor for detecting icing or a predisposition to icing contains a thermoelectric module made in the form of a
Термоэлектрический датчик обнаружения обледенения или предрасположенности к обледенению снабжен соединенным нижней частью 1б с элементом Пельтье 2 термоэлектрическим датчиком теплового потока 1, противоположная верхняя часть 1а, которого образует внешнюю чувствительную к образованию и предрасположенности к образованию льда поверхность.The thermoelectric sensor for detecting icing or a predisposition to icing is equipped with a thermoelectric
Верхняя часть 1а термоэлектрического датчика теплового потока 1 снабжена датчиком температуры 3.The
Работает предлагаемый термоэлектрический датчик обнаружения обледенения или предрасположенности к обледенению поверхности, следующим образом.The proposed thermoelectric sensor detects icing or predisposition to icing of the surface, as follows.
А. Цикл охлаждения (фиг. 2а)A. Cooling cycle (Fig. 2a)
На фиг. 3 и 4 приведены типичные показания датчика температуры 3 и термоэлектрического датчика теплового потока 1, соответственно при цикле охлаждения элементом Пельтье 2. Причем приведены три временные зависимости для случаев разных интенсивностей льдообразования на поверхности термоэлектрического датчика теплового потока 1, а конкретно на внешней чувствительной к образованию льда поверхности верхней части 1а.In FIG. Figures 3 and 4 show typical readings of a
В случае температур окружающей среды выше типичного диапазона температур льдообразования, элемент Пельтье 2 начинает работать как охладитель и охлаждает термоэлектрический датчик теплового потока 1. Соответственно внешняя чувствительная поверхность верхней части 1а, на которой может быть слой воды, охлаждается.In the case of ambient temperatures above a typical range of ice formation temperatures, the
Поскольку вода склонна к переохлаждению, то в начале температура внешней чувствительной поверхности верхней части 1а термоэлектрического датчика теплового потока 1 падает ниже температуры льдообразования, а затем быстро возвращается к значению температуры льдообразования. Образуется температурное "плато", длительность которого зависит от количества воды, которая кристаллизуется в лед (фиг. 3, Т2-1, Т2-2, Т2-3, соответственно).Since water is prone to overcooling, at the beginning the temperature of the external sensitive surface of the
При этом через термоэлектрический датчик теплового потока 1 протекает тепло кристаллизации воды. Так как данный тепловой поток значительно выше обычного теплового потока теплопроводности, то термоэлектрический датчик теплового потока 1 фиксирует начало льдообразования значительно более чувствительно, чем датчик температуры 3.Thus through the thermoelectric sensor of the
Это позволяет по показанию датчика теплового потока 1 с высокой точностью фиксировать момент времени начала льдообразования. А по показанию датчика температуры 3 определять температуру льдообразования в момент времени максимального показания датчика теплового потока 1.This allows, according to the indication of the
Суммарное значение прошедшей теплоты кристаллизации Q зависит от количества воды на внешней чувствительной поверхности верхней части 1а термоэлектрического датчика теплового потока 1. Чем больше воды, тем больше это суммарное тепло (фиг. 4, Q1, Q2, Q3, соответственно).The total value of the passed heat of crystallization Q depends on the amount of water on the outer sensitive surface of the
Термоэлектрический датчик теплового потока 1, как правило, имеет калибровку измеряемого сигнала к плотности мощности проходящего теплового потока (единицы Вт/м2) или полной мощности теплового потока (единицы Вт). Это означает, что интеграл мощности теплового потока за фиксируемый период времени льдообразования, позволяет установить полную теплоту Q этого процесса в единицах Дж/м2 и Дж. А по известной удельной теплоте льдообразования Ср=335 Дж/кг и плотности льда ρ=917 кг/м3 возможно достаточно точно установить толщину h слоя льда или полное количество (массу) льда g на чувствительной поверхности верхней части 1а термоэлектрического датчика теплового потока по формулам 1 или 2, соответственно.The thermoelectric
В. Цикл нагрева (фиг. 2в).B. The heating cycle (Fig. 2B).
На фиг. 5 и 6 приведены типичные показания датчика температуры 3 термоэлектрического датчика теплового потока 1 соответственно при цикле нагрева элементом Пельтье 2. Причем приведены временные зависимости для случаев разных интенсивностей льдообразования на чувствительной поверхности верхней части 1а термоэлектрического датчика теплового потока 1.In FIG. Figures 5 and 6 show typical readings of the
В случае, когда температура окружающей среды уже ниже предполагаемой температуры льдообразования, элемент Пельтье 2 начинает цикл нагрева термоэлектрического датчика теплового потока и, соответственно, его чувствительной внешней поверхности верхней части 1а.In the case where the ambient temperature is already lower than the assumed ice formation temperature, the
При наличии слоя льда и достижения температуры льдообразования, лед начинает таять. При этом изменение температуры в этом слое останавливается (фиг. 5) и поглощается теплота плавления льда (фиг. 6). Через термоэлектрический датчик теплового потока 1 протекает указанное тепло. Так как данный тепловой поток значительно выше обычного теплового потока теплопроводности, то термоэлектрический датчик теплового потока 1 фиксирует начало таяния льда значительно более чувствительно, чем датчик температуры 3. Это позволяет по показанию термоэлектрического датчика теплового потока 1 с высокой точностью фиксировать начало таяния льда. А по показанию датчика температуры 3 определять температуру льдообразования в момент времени, максимального показания термоэлектрического датчика теплового потока 1.If there is an ice layer and ice formation temperature is reached, the ice begins to melt. In this case, the temperature change in this layer stops (Fig. 5) and the heat of melting of the ice is absorbed (Fig. 6). The indicated heat flows through the thermoelectric
Суммарное значение прошедшей теплоты таяния льда показывает количество льда на внешней чувствительной поверхности верхней части 1а термоэлектрического датчика теплового потока. Чем больше льда, тем больше это суммарное тепло (фиг. 6, Q1, Q2, Q3, соответственно).The total value of the passed heat of melting ice shows the amount of ice on the outer sensitive surface of the upper part 1A of the thermoelectric heat flow sensor. The more ice, the greater is the total heat (Fig. 6, Q 1 , Q 2 , Q 3 , respectively).
Термоэлектрический датчик теплового потока 1, как правило, имеет калибровку измеряемого сигнала к плотности мощности проходящего теплового потока (единицы Вт/м2) или полной мощности теплового потока (единицы Вт). Это означает, что интеграл мощности теплового потока за фиксируемый период времени льдообразования, позволяет установить полную теплоту Q этого процесса в единицах Дж/м2 и Дж. А по известной удельной теплоте льдообразования Ср=335 Дж/кг и плотности льда ρ=917 кг/м3 возможно достаточно точно установить толщину h слоя льда или полное количество (массу) льда g на чувствительной поверхности верхней части 1а термоэлектрического датчика теплового потока по формулам 1 или 2, соответственно.The thermoelectric
С. Непрерывный мониторингC. Continuous monitoring
Непрерывный мониторинг обледенения включает последовательные циклы нагрева и охлаждения с метрологически точным определением обледенения или предрасположенности к обледенению поверхности в обеих фазах (кристаллизация воды и таяние льда).Continuous icing monitoring includes successive heating and cooling cycles with a metrologically accurate determination of icing or a predisposition to icing on the surface in both phases (water crystallization and ice melting).
Причем усреднение значения температуры льдообразования, а также количества воды или льда (формулы 1 и 2) по фазам охлаждения и нагрева, соответственно, позволит дополнительно повысить точность работы предлагаемого термоэлектрического датчика обнаружения обледенения или предрасположенности к обледенению поверхности.Moreover, averaging the temperature of ice formation, as well as the amount of water or ice (
Таким образом, заданный технический результат достигается благодаря сформулированной совокупности существенных признаков, наглядным образом представленной ниже:Thus, the desired technical result is achieved due to the formulated set of essential features, clearly presented below:
- термоэлектрический датчик обнаружения обледенения содержит элемент Пельтье 2;- thermoelectric icing detection sensor contains a
- термоэлектрический датчик обнаружения обледенения снабжен соединенным нижней частью 1б с элементом Пельтье 2 термоэлектрическим датчиком теплового потока 1, противоположная верхняя часть 1а, которого образует внешнюю чувствительную к образованию льда поверхность и снабжена датчиком температуры 3.- the thermoelectric icing detection sensor is equipped with a connected lower part 1b to the
Предлагаемый термоэлектрический датчик обнаружения обледенения или предрасположенности к обледенению поверхности может найти широкое применение в области дистанционного обнаружения обледенения или предрасположенности к обледенению различных поверхностей.The proposed thermoelectric sensor for detecting icing or predisposition to icing of the surface can be widely used in the field of remote detection of icing or predisposition to icing of various surfaces.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016104432/11U RU162213U1 (en) | 2016-02-10 | 2016-02-10 | THERMOELECTRIC ICE SENSOR |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016104432/11U RU162213U1 (en) | 2016-02-10 | 2016-02-10 | THERMOELECTRIC ICE SENSOR |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU162213U1 true RU162213U1 (en) | 2016-05-27 |
Family
ID=56096374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016104432/11U RU162213U1 (en) | 2016-02-10 | 2016-02-10 | THERMOELECTRIC ICE SENSOR |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU162213U1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2779247C1 (en) * | 2021-12-16 | 2022-09-05 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микролаб" | Method for determining the phase transition temperature and the volume of a liquid sample using a thermoelectric icing sensor |
| WO2023113647A1 (en) * | 2021-12-16 | 2023-06-22 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микролаб" | Method for detecting icing using a thermoelectric sensor |
-
2016
- 2016-02-10 RU RU2016104432/11U patent/RU162213U1/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2779247C1 (en) * | 2021-12-16 | 2022-09-05 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микролаб" | Method for determining the phase transition temperature and the volume of a liquid sample using a thermoelectric icing sensor |
| WO2023113647A1 (en) * | 2021-12-16 | 2023-06-22 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микролаб" | Method for detecting icing using a thermoelectric sensor |
| RU2809466C1 (en) * | 2023-08-25 | 2023-12-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Микролаб" | Methods for determining crystallization temperature and sample weight of aqueous-salt solutions |
| RU2812120C1 (en) * | 2023-10-09 | 2024-01-23 | Обществом с ограниченной ответственностью "МикроЛаб" | Method for determining sample volume of water-salt solutions using thermolelectric icing sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9156557B2 (en) | Icing sensor system and method | |
| US20120266669A1 (en) | Sensor Arrangement | |
| US6560551B1 (en) | Liquid water content measurement apparatus and method | |
| US8028959B2 (en) | Automatic recycling ice detector | |
| US8704181B2 (en) | Device and method for detecting ice deposited on an aircraft structure | |
| EP0229858B1 (en) | Process for detecting the likelihood of ice formation, ice warning system for carrying out the process and utilization thereof | |
| US9676485B2 (en) | Ice detection system and method | |
| CN102407942B (en) | icing condition detector | |
| US8485473B2 (en) | Method and device for detecting rime and/or rime conditions on a flying aircraft | |
| RU2419772C2 (en) | Method of determining aircraft ambient airflow temperature | |
| US20040024538A1 (en) | Liquid water content measurement apparatus and method using rate of change of ice accretion | |
| IL197429A (en) | Detecting ice particles | |
| RU162213U1 (en) | THERMOELECTRIC ICE SENSOR | |
| RU2763473C1 (en) | Method and device for determining ice thickness on the working surface of ice-formation sensor | |
| WO2017138846A1 (en) | Thermoelectric ice-formation sensor | |
| RU2341414C1 (en) | Method of helicopter rotor icing detection | |
| RU209777U1 (en) | thermoelectric sensor | |
| WO2023080810A1 (en) | Thermoelectric icing sensor | |
| Kimura et al. | Evaluation of ice detecting sensors by icing wind tunnel test | |
| RU2341413C1 (en) | Method of detection of presence and intensity of aircraft icing | |
| RU2809466C1 (en) | Methods for determining crystallization temperature and sample weight of aqueous-salt solutions | |
| ES2390551A1 (en) | Antifreeze concentration conductivity measuring device | |
| Harrison et al. | Wind-tunnel measurements of sensible turbulent heat fluxes over melting ice | |
| WO2023113647A1 (en) | Method for detecting icing using a thermoelectric sensor | |
| EP2290630A1 (en) | Method and system for detecting freezing of a liquid on a road |