SU1515075A1 - Датчик теплового потока - Google Patents

Abstract

Изобретение касаетс  измерени  тепловых величин и может быть использовано в энергетике, металлургии, авиации дл  измерени  тепловых потоков большой плотности в широком интервале температур. Цель изобретени  - повышение точности измерений. Датчик теплового потока содержит вспомогательную стенку и резистивные элементы, расположенные на двух ее сторонах. Вспомогательна  стенка выполнена трехслойной с возможностью продольного относительного смещени  слоев, при этом крайние слои выполнены из материала с положительным, а средний - с отрицательным коэффициентом линейного расширени , причем отношение суммы толщин крайних слоев к толщине среднего сло  обратно пропорционально отношению абсолютных величин коэффициентов теплового линейного расширени  этих материалов, а резистивные элементы выполнены из термонезависимого материала. 1 ил.

Description

Изобретение касаетс  измерени  тепловых величин и может найти применение в энергетике, металлургии, авиации дл  измерени  тепловых лотоков большой плотности в широком интервале температур.

Целью изобретени   вл етс  повьш1е- ние точности измерени  тепловых потоков большой плотности в широком интервале температур.

На чертеже представлен датчик теплового потока.

Датчик содержит трехслойную тепло- провод щую стенку, состо щую из крайних 1 и среднего 2 слоев, вьшолненных

соответственно из материалов с положительным (например, алюминий) и отрицательным (например, инвар) коэффициентами линейного расширени . Резистивные чувствительные элементы 3 (на чертеже виден только верхний чувствительный элемент) расположены на двух поверхност х вспомогательной стенки и представл ют собой равномерно распре деленные на них продольные и поперечные полосы, выполненные из тонкой I пластины или фольги из термонезависимого материала, например константана. ) Толщины слоев теплопровод щей стенки выбирают из услови  .

сл

ел

о

сл

1, 1,

21,/1, (vL /Ы,,(1)

- толщина крайних слоев.

Ln - толщина среднего сло , ot, Al,.t T P/l,, oia MI T-P/I,;,

(здесь Т - изменение средней по толщине температуры стенки; Р - давление, одинаковое дл  всех ее поверхностей , d,,6in коэффициенты теплового линейного расширени  крайних и среднего слоев соответственно, которые дл  алюмини  и инвара практически посто нны в широком интервале температур, причем ei имеет отрицательное значение) . Тогда

20

ы,, р

&1,

.-6i &T l z -р

При выполнении услови  (1) 2М

или 21, + 1 const.

-а,

Последнее равенство дл  указанных материалов имеет место в широком интервале температур

Датчик теплового потока работает следующим образом

При прохождении через стенку измер емого теплового потока по ее толщине возникает градиент температуры. Слои 1 и 2 стенки претерпевают тепловое расширение (сжатие), пропорциональное их температурам и коэффициентам oi. В термонезависимых резистивных элементах 3, механически жестко св занных с крайними сло ми 1, про вл - етс  тензорезистивный эффект, т,е„ электрическое сопротивление R резистивных элементов 3 измен етс  пропорционально тепловому линейному расширению слоев 1:UR kR-E, где k - чув- ствительность; iL/L oi,-uT - относительное линейное расширение крайних слоев. Дан таких материалов, как константан, нихром k 10 и остаетс  посто нным в широком интервале температур . Кроме того, R этих материалов практически не зависит от температуры (материал термонезависимый), что исключает возникновение дополнительной погрешности измерений при изменении температуры среды, в которой находитс  датчик.

Таким образом, разность электрических сопротивлений резистивных элемпн

10

,

20

25

35

ЗО

40 д 50

55

тон, расположенных на крайних сло х стенки, пр мо пропорциональна разности их температур, а следовательно, плотности проход щего через датчик теплового потока и зависит от него линейно в широком температурном интервале . При этом толщина стенки датчика , равна  , не зависит от температуры среды, в которой он находитс , и плотности проход щего через него теплового потока в широком интервале изменени  этих величин.

Дп  повьш1ени  чувствительности датчика крайние слои следует выполн ть из материала с возможно большим ci , так как AR o, iT.

Измерение разности сопротивлений резистивных элементов производитс , например, по разности падений напр - же1шй на них при прохождении через них измерительного тока или включении резисторов в мостовую электрическую схему.

В примере конкретного исполнени  датчик теплового потока размером 30x30 мм содержит трехслойную вспомогательную стенку, крайние слои 1 которой вьтолнены из алюминиевой фольги ( оС 22,810 ) толщиной 0,04 мм, средний слой - из инвара Fe-Ni-Co (oL -0,3-10 -град ) толщиной 3,05 мм, так что выполн етс  условие (1)о

Алюминиева  фольга оксидировалась. Затем методом электронно-вакуумного напылени  на нее нанесен слой кон- стантана толщиной 0,001 мм заданной конфигурации. При этом ширина каждой полосы элементов 3 и промежутки между ними равны 0,3 и 0,2 мм соответственно . Обща  длина каждого резистив- ного элемента равна 1800 мм, электри ческое сопротивление R 1,5 кОм„

Алюминиевую фольгу с нанесенными на нее резистивньми элементами наклеивали на средний слой вспомогательной стенки с помощью кле  на основе крем- нийорганических каучуков марки ЛЭТСАР, способного сохран ть эластичность (липкость) в интервале температур от -60 до

В качестве варианта организации теплового контакта и механического соединени  крайних и среднего слоев использованы их взаимна  фиксаци  с помощью специального прижимного устройства , достаточно плотно сжимающего

151

слои в нескольких точках по поверхнос ти и по всему периметру и допускающего их относительное продольное смещение на 0,5 мм.

Технологи  изготовлени  и сборки датчика теплового потока проста, обес печивает возможность повтор емости его характеристик и взаимозамен емости элементов конструкции.

Перечисленные преимущества датчика теплового потока позвол ют рекомендовать его дл  широкого использовани  в народном хоз йстве.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Датчик теплового потока, содержащий теплопровод щую стенку и датчики температур, расположенные на противо5075

   - положных сторонах, отличающийс  тем, что, с целью повьппе- ки  точности измерени  тепловых потоков большой плотности в широком интервале температур, теплопровод ща  стенка выполнена трехслойной с возможностью продольного относительного смещени  слоев, при этом крайние слои

   10 выполнены из материала с положительным , а средний - с отрицательным коэффициентами теплового линейного расширени , причем отношение суммы толщины крайних слоев к толщине среднего сло 

   обратно пропорционально отношению абсолютных величин коэффициентов теплового линейного расширени  этих материалов , а датчики температур выполнены в виде тензорезистивных элементов

   из термонезависимого материала

   f/

   Составитель С.Василевский Редактор А.Маковска  Техред Л.Олийнык Корректор Н.Король

   Заказ 6269/42

   Тираж 573

   ВНИИПИ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   Подписное