Датчик теплового потока
Патент 773448
Авторы
Классы МПК
Датчик теплового потока
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик (61) Дополнительное н авт. саид-ву (22) Заявлено 151277 (21) 2555685/26-25 с присоединением заявки Ио (23) Приоритет
Опубликовано 231080, Бюллетень М 39
Дата опубликования описания 231080
G 61 3 5/38
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (53) УДЫ 536. 522 (088.8) (72) Авторы изобретения
Н.В.Антонишин, М.A.Ãåëëåð и A.Ë.HãðHàñ (71) Заявитель
Институт тепло- и массообмена им. A.Á.Ëûêoâà
AH CCP (54) ДАТЧИК ТЕПЛОВОГО ПОТОКА
Изобретение относится к устройствам для измерения тепловых потоков и может быть использовано в теплометрии, в .особенности в энергетике.
Известны приборы, .использующие в 5 качестве чувствительного элемента биметаллическую пластину, деформация изгиба которой служит мерой теплово.го потока (1) . В этих приборах деформация изгиба закрепленной биметал- 10 лической пластины зависит от величины ее абсолютной температуры, геометрических размеров, а также от степени различия термических и механических свойств металлов, из которых выполнена пластина.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является датчик теплового потока, содержащий корпус, вмонтированный в него 20 чувствительный элемент в виде своболнодеформирующейся пластины и измеритель деформации чувствительного элемента, пропорциональной величине теплового потока 121. 25
Работа устройства основана на способе измерени:. величины теплового потока по деформации изгиба свободнодеформирующейся пластины. Прогиб такой свободнодеформирующейся пластины 30 не зависит от величины абсолютной температуры, а только от перепада температуры по ее сечению, коэффициентов теплопроводности и температурного расширения, геометрического раз— мера. Прогиб пластины не зависит также от ее толщины и механических свойств.
Недостатком такого прибора является невозможность его работы при измерении тепловых потоков в агрессивных средах, когда на поверхности пластины образуется устойчивая окисная пленка.
В этих случаях свободнодеформирующаяся пластина становится- биметаллической и ее показания зависят от разницы в коэффициентах линейного расширения пластины и пленки, их геометрических размеров и механических свойств.
Цель изобретения — увеличение точности и надежности измерения.
Рта цель достигается тем, что пластина выполнена из трех слоев, причем -.îëùèíà слоев определяется из условия отсутствия изгиба при изотермическом нагреве
773448
1 Де у — поперечная координата, ),)и.... и„ вЂ” коэффициенты Пуассона
Е,Е,...Е, — модули упругости слоев;
p+9, 4 h>>.,Ъ„-H — толщина пластины;
1 п — число слоев;
h,, h<,... h — толщины слоев пластины.
Слои пластины, расположенные симметрично относительно центральной плоскости пластины, имеют одинаковую толщину и выполнены из одного материала. Расстояния-р и q определяют положение нейтральной оси многослойной пластины и находятся из условия, что алгебраическая сумма продольных сил в пластине равна нулю
Р Е Р,. g %4> — — ) убу+ — (цыц+„.+ f у *о
Для практических целей в большинстве случаев достаточно применять трехслойную пластину с наружными слоями, изготовленными из материалов, устойчивых к коррозионному илй эрозионному воздействию внешней среды.
Для трехслойной пластины условие отсутствия изгиба упрощается и имеет вид () (Ь)(. 1) ."1 "3. 3) (- )(q 1 )(1-yÚ)
4)
E,b, где 4,,4,4> — коэффициенты термического расширения слоев.
Если число слоев пластины нечетное и слои, расположенные симметрично по обе стороны от центрального слоя, одинаковы по размерам и свойствам (например выполнены из одного 45 материала), то условие отсутствия изгиба при иэотермическом нагреве выполняется автоматически при хгэбых толщинах пластин.
На чертеже представлен предлагае- $p мый датчик.
Устройство содержит чувствительный элемент 1, который выполнен в виде круглой трехслойной пластины. B корпусе 2 датчика выполнено круглое отверстие с кольцевым пазом 3, в которое встроен чувствительный элемент 1.
Для создания герметичности между корпусом и чувствительным элементом вставлены гибкие. прокладки 4, например из паралона. Измерение прогиба пластины 1 под .,ействием теплового потока производят, например оптическим интерферометром или любым другим прибором 5 подобного назначения. Тепловой поток падает на пластину 1, которая охлаждается, например воздухом или водой. Так как между корпусом датчика и пластиной оставлены зазоры, то пластина имеет воэможность свободно деформироваться в рабочем интервале температур. Изотермический нагрев пластины не создает прогиба. Изгиб пластины происходит только за счет перепада температуры по ее сечению.
Деформацию изгиба пластины измеряют прибором 5 и по ней вычисляют тепловой поток. Дополнительная незначительная жесткость, вносимая гибкими прокладками, может быть учтена предварительной тарировкой. Влияние зависимости теплофиэических характеристик пластины от температуры также может быть учтено предварительной тарировкой датчика или устранено стабилизацией температуры пластины путем ее охлаждения.
Формула изобретения
1..Датчик теплового потока, содержащий корпус, вмонтированный в него чувствительный элемент в виде свободнодеформирующейся пластины и измеритель деформации чувствительного элемента, пропорциональной величине теплового потока, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения точности и надежности измерения, пластина выполнена из трех слоев, причем толщина слоев определяется из соотношения
), Е; где h,h,h — толщины слоев;
Е,Е,,Š— модули упругости слоев;
4,,4<,d — коэффициенты температурного расширения слоев;
81laq,Py — коэфФициенты Пуассона.
2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что слои пластины, расположенные симметрично относительно центральной плоскости пластины, имеют одинаковую толщину и выполнены из одного материала.
Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе
1. Геращенко О.A. Основы теплометрии. К., 1971, с.15.
2. Авторское свидетельство СССР
Р 600402, кл. G 01 2 5/38, 1976 (прототип).
773448
Охлождоющий
aeeam
Составитель Н. Дроздова
Редактор Т. Кугрьиаева Техред С. Мигунова Корректор Л ван
Заказ 7489/53 Тираж 713 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал IIIIII "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4