Прецизионный термоэлектрический датчик количества теплоты

Прецизионный термоэлектрический датчик количества теплоты

Реферат

Изобретение относится к устройствам прецизионного измерения количества теплоты.

Прототипом этого устройства является устройство для контроля температуры [1].

При точном измерении количества теплоты возникает целый ряд проблем, связанных с погрешностями, обусловленными нелинейностью теплофизических свойств чувствительных рецепторов датчиков. Дополнительная погрешность возникает за счет изменения температуры в результате поступления измеряемой теплоты в датчик.

Целью изобретения является повышение точности измерения количества теплоты.

Цель достигается за счет применения датчика, осуществляющего компенсационный метод измерения, отводя измеряемую теплоту и сохраняя температуру приемного элемента датчика на постоянном уровне. Для повышения точности измерения температуры используется косвенный метод, при котором изменение температуры приводит к изменению геометрических размеров теплоприемника датчика, а измерение с высокой точностью геометрических размеров проводится также косвенным методом по изменению траектории отражаемого измерительного луча лазера. На чертеже изображена конструкция устройства.

Устройство состоит из принимающего тепло материала 1, зеркал 2 и 3 для многократного отражения лазерного луча, фотодатчика 4, 5, 6, для регистрации смещения лазерного луча, термомодуля 7 для отвода тепла в материал 8, находящийся в состоянии фазового перехода, и термомодуля 9, осуществляющего теплообмен с окружающей средой через радиатор 10 для поддержания вещества 8 в состоянии фазового перехода.

Устройство работает следующим образом: измеряемая теплота поступает в приемный элемент датчика 1 и изменяет его геометрические размеры за счет изменения его температуры:

Q=Cm(t-t₀),

L=L_o(1+αt),

где Q - количество теплоты; С - теплоемкость материала датчика; t_o - температура в начальный момент: t - конечная температура; L_o - начальный размер материала теплоприемника; L - конечный размер материала теплоприемника; m - масса теплоприемника; α - температурный коэффициент расширения материла датчика.

При изменении размеров датчика в результате нагревания зеркала 2 и 3 сближаются, и луч лазера смещается, попадая на фотодатчик 6. При отводе тепла от теплоприемника 1 он уменьшается, и расстояние между зеркалами 2 и 3 увеличивается, в результате луч лазера смещается на фотодатчик 4. Точность измерения температуры (размеров) теплоприемника зависит от количества переотражений, расстояний между зеркалами 2 и 3, и расстояний между фотодатчиками 4, 5 и 6. Термомодуль 7 осуществляет теплообмен между теплоприемником 1 и веществом, находящимся в состояние фазового перехода 8. Состояние фазового перехода позволяет стабилизировать температуру на спае термомодуля и обеспечить требуемый режим нагрева или охлаждения. Калибровка теплофизических характеристик термомодуля 7 позволяет с высокой точностью оценить количество измеряемой теплоты.

Термомодуль 9 обеспечивает постоянное поддержание состояния фазового перехода в веществе 8, повышая точность измерения.

Таким образом, предлагаемый прецизионный термоэлектрический датчик количества теплоты позволяет исключить температурные нелинейные погрешности и с высокой точностью проводить оценку подводимых или отводимых тепловых потоков.

Литература

1. А.С. №1206627 А, СССР. Устройство контроля температуры / от 23.01.1986.

Прецизионный термоэлектрический датчик количества теплоты, содержащий две термоэлектрические батареи, принимающий тепло материал, отличающийся тем, что прецизионный термоэлектрический датчик количества теплоты дополнительно содержит лазер, зеркала для многократного отражения лазерного луча, фотодатчики для регистрации смещения лазерного луча, материал, находящийся в состоянии фазового перехода, и радиатор, причем термоэлектрические батареи установлены так, что одна из термоэлектрических батарей осуществляет теплообмен с окружающей средой через радиатор, при этом другая термоэлектрическая батарея осуществляет отвод тепла от принимающего тепло материала в материал, находящийся в состоянии фазового перехода, а зеркала установлены с возможностью сближения при нагреве прецизионного термоэлектрического датчика с обеспечением смещения луча, испускаемого лазером.