ПРЕЦИЗИОННЫЙ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДАТЧИК КОЛИЧЕСТВА ТЕПЛОТЫ
PRECISION THERMOELECTRIC DETECTOR OF HEAT AMOUNT

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:
0
Q=Cm(t-t),
o
L=L(1+αt),
o
o
где Q - количество теплоты; С - теплоемкость материала датчика; t - температура в начальный момент: t - конечная температура; L - 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.