ДАТЧИК ТЕПЛОВОГО ПОТОКА

Полезная модель относится к области измерительной техники, в частности, к созданию преобразователей тепловой энергии в термоэдс, например, для теплосчетчиков теплометрического типа.
Известны датчики теплового потока (Геращенко О.А. Основы теплометрии. Издательство «НАУКОВА ДУМКА», Киев, 1971. Стр.100-103.), использующие многоспайные дифференциальные термобатареи.
Недостатком их является конструктивная погрешность, требующая индивидуальной градуировки датчиков.
Наиболее близким по совокупности признаков к заявленному устройству является датчик теплового потока в виде корпуса-пластины прямоугольной формы (ГОСТ 30619-98, стр.7, рис.2.), содержащий многоспайную дифференциальную термобатарею со спаями, расположенными по обе стороны пластины вдоль большой оси корпуса.
Недостаток его - значительный разброс результатов измерений термоэдс датчиков при одинаковых тепловых потоках сквозь них.
Задача, на решение которой направлена полезная модель, - создание датчиков теплового потока с высокой сходимостью измерений термоэдс при одинаковых тепловых потоках сквозь них.
Технический результат - повышение сходимости измерения термоэдс при одинаковых тепловых потоках сквозь датчик и воспроизводимости коэффициента преобразования датчика.
Он достигается тем, что датчик, состоящий из корпуса в виде пластины прямоугольной формы, расположенного на нем соленоида из константановой проволоки, наполовину по ширине покрытого медью, образуя дифференциальную термобатарею типа медь-константан-медь со спаями на обеих сторонах пластины, согласно полезной модели, причем корпус с дифференциальной термобатареей имеет с обеих сторон по большим поверхностям электроизоляционные адгезионные прокладки и тепловыравнивающие пластины из меди. Корпус выполнен в виде пластины из стеклотекстолита с выемками для соленоида в виде плоской прямоугольной призмы из константановой проволоки, намотанной с постоянным шагом и покрытой медью наполовину по ширине корпуса таким образом, что биметаллические спаи дифференциальных термопар, образованных константаном и медью, осажденной на константан, расположены вдоль большой оси пластины по обе стороны ее и покрыты электроизоляционной адгезионной прокладкой, а тепловыравнивающие пластины из меди расположены с обеих сторон по большим плоскостям корпуса.
Пример конкретного осуществления устройства.
Предлагаемый датчик теплового потока изображен на рисунке.
Устройство содержит корпус 1, соленоид 2 из константана, наполовину по ширине корпуса покрытого медью, контактные элементы 3, адгезионный слой 4, тепловыравнивающие пластины 5.
Устройство работает следующим образом.
Датчик теплового потока накладывается на нагретую изотермическую поверхность с соблюдением надежного теплового контакта. Тепловой поток Q проходит сквозь датчик теплового потока по нормали к нему и создает на нем перепад температуры Δt. Пропорционально этому потоку термобатарея из дифференциальных термопар типа медь-константан-медь, спаи которых расположены на обеих сторонах корпуса, вырабатывает термоэдс Е. Термо-эдс Е, генерируемая датчиком, зависит от типа термопары, перепада температуры и числа пар спаев «n» дифференциальной термобатареи и определяется по формуле
Е=e·n·Δt,
где e - чувствительность термопары, мВ/К.
Коэффициент преобразования - к - для датчика с площадью рабочей поверхности F вычисляется по формуле
,
2
Размерность коэффициента преобразования датчика - Вт /м·мВ - показывает, что для определения теплового потока, отдаваемого нагретой поверхностью, надо умножить числовое значение коэффициента преобразования на площадь поверхности и термоэдс датчика. Числовое значение коэффициента преобразования определяется градуировкой с помощью устройства для градуировки преобразователей плотности теплового потока [1]. Для обеспечения высокой воспроизводимости коэффициента преобразования датчика необходимо, чтобы тепловой поток сквозь него был одномерным, что достигается применением тепловыравнивающих пластин из меди. Изотермичность рабочих поверхностей датчика контролировалась путем наложения на поверхность датчика жидкокристаллического термоприемника, подобного описанному в [2]. Поскольку коэффициент преобразования является основной характеристикой датчика, обеспечение изотермичности является условием получения высокой воспроизводимости результатов градуировки датчиков и измерения с их помощью тепловых потоков.
Устройство позволяет повысить точность определения тепловой энергии на отопление и измерение тепловых потоков с поверхностей конвективного теплообмена в других областях деятельности человека.
Источники информации:
1. В.А.Краснов. Патент №95745. Устройство для градуировки преобразователей плотности теплового потока. Бюллетень «Изобретения, полезные модели», №19, дата публикации 10.07.10., стр.871.
2. В.А.Краснов, Т.А.Алешина, В.Пак, А.Н.Калинин. Авт. свид. СССР №306406, 1971 г