Способ измерения теплового потока

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА, заключающийся в измерении .разности температур в тепловоспринимающем элементе плоского дат.чика,величина которой пропорциональна плoт- V Ности теплового потока, о т л и ч аю щ и и с я тем, что, с целью повышения точности измерения, датчик с тепловоспринимающим элементом в виде оптически неоднородной системы освещают параллельным пучком света , измеряют спектральное положение мaкcимy « светопропускания датчика, а разность температур в тепловоспринимающем элементе определяют по изменению интенсивности света, прошедшего через датчик.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(59 iG 01 К 17 08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / -, К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0,8

0,7 (21) 3429081/18-10 (22 ) 21.04.82 (46) 28.02.84. Бюл. Р 8 (72) Ю.Р. Войцеков (53) 536.53(088.8) (56) 1. Патент CQ1A 9 3372588, кл. 73-190, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 958880, кл. G 01 К 17/08, 1980 (прототий). (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОГО

ПОТОКЛ, заключающийся в измерении

;разности температур в тепловосприниÄÄSUÄÄ 107 7 А мающем элементе плоского датчика,ве личина которой пропорциональна плот 1

Ности теплового потока, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, датчик с тепловоспринимающим элементом в виде оптически неоднородной системы освещают параллельным пучком света, измеряют спектральное положение максимум|а светопропускания датчика, а разность температур в тепловоспринимающем элементе определяют по изменению интенсивности света, прошедшего через датчик.

1076777

Изобретение относится к теплометрии и может быть использовано для определения плотности тепловых потоков объектов различного назначения.

Известен спОсоб измерения теплового потока, основанный на использовании энергии изменения агрегатного состояния вещества под воздействием измеряемого теплового потока 11.

Однако. такой способ в основном предназначен для измерения мощных тепловых потоков и не обеспечивает необходимой точности при измерении тепловых потоков низкой мощности, характерных, например, для области 15 радиоэлектроники.

Наиболее близким к предлагаемому . является способ, основанный на использовании метода вспомогательной стенки, заключающийся в измерении 2О разности температур в тепловоспринимающем элементе (вспомогательной стенке) плоского датчика, по величине которой определяют плотность теплового потока Г23. 25

Недостатком известного способа является низкая точность измерения, что обусловлено значительной методической погрешностью, связанной с искажением условий теплообмена с окружающей средой при неконтролируемой утечке тепла по металлическим электродам дифференциальной термопары.

Цель изобретения - повышение точности измерения .теплового потока.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения теплового потока, заключающемуся в измерении разности температур в тепловоспринимающем элементе плоско- 40

Iro датчика, величина которой пропорциональна плотности теплового потока, датчик с тепловоспринимающим элементом в виде оптически неоднородной системы освещают параллель- 45 ным пучком света, измеряют спектральное положение максимума светопропускания датчика, а разность температур в тепловоспринимающем элементе определяют по изменению интенсив- 50 ности света, прошедшего через датчик.

Предлагаемый способ основай на зависимости интенсивности светопропускания датчика, содержащего оптически неоднородную двухкомпонентную систему, от температурного градиента по его толщине.

Датчик, компоненты которого близ.ки по показателю преломления и отличаются его температурной зависимостью и средней дисперсией, отличается спектральной избирательностью и является полосовым свето-. фильтром, контур пропускания кото- 65 рого смещается по спектру в зависимости от температуры.

У датчика, находящегося. в изотермичных условиях, для света -с длиной волны, для которой совпадают показатели преломления его компонентов, светопропускание равно 1. При прохождении теплового потока сквозь датчик, установленный на поверхности объекта либо в газовой илй жидкостной среде, возникает температурный градиент e4(dz rro толщине датчика в соответствии с формулой ™ az где g - теплопроводность датчика в поперечном направлении. . Предполагается, что толщина датчика значительно меньше его диаметра и температура по его толщине изменяется по линейному закону.

Температурный градиент искажает контур пропускания датчика. Светопропускание датчика при наличии температурного градиента по толщине падает в соответствии с ростом

Ж и толщиной Z датчика.

Поскольку у датчика на основе оптически неоднородной системы полуширина полосы пропускания изменяется в зависимости от спектрального положения Лр его максимума пропускания пропорциональна il, то характер ослабления светопройускания с

Ц1 ростом — зависит также от Л и энад. о чительно резче проявляется в коротковолновой области спектра по сравнению с длинно волновой. Для датчика определенной толщины по измеренной величине изменения светопропускания — (где Гв, и — интенсивность света

3 о на входе и выходе из датчика) и спектральному положению максимума пропускания Ло определяют. плотность

q проходжего сквозь него теплового потока по известной его градуировочной характеристике, измеренной для ряда значений в пределах видимой области спектра.

Ф

При выборе датчика необходимо предусмотреть,. чтобы его рабочий температурный диапазон, в пределах кото ого контур пропускания датчика смещается в видимой области спектра, охватывал поверхностную температуру исследуемого объекта. Целесообразно, чтобы поверхностная температура объекта была близка к. верхней границе рабочего диапазона датчика. При измерении проходящего теплового потока в газовой либо жидкостной среде необходимо, чтобы нижняя граница рабочего диа107б777

Составитель В. Голубев

Редактор Н. Руднева Техред Л.Мартявюва Корректор А. Тяско

«Й ЮМэю юю

Заказ 733/39 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по Делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауйская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 пазона датчика примерно совпадала сс температурой среды.

НФ фиг. 1 показана зависимость

J 3 светопропускания для датчика, выполненного на основе кремнийорганического каучука марки СКТФ и.оптического стекла марки ЛК7, на фиг. 2 — схема устройства, реали. зующего предлагаемый способ.

График 1 соответствует il = 470 нм, график 2 .ily 540 нм, график 3

Эо = 630 нм.

Рабочий температурный диапазон

AT термодатчиков на основе кремнийорганических каучуков н оптических стекол составляет в среднем 24К.

Датчик обеспечивает приемлемую. точность измерения при условии, . что температурный перепад по толщине его не превышает 0,8 а Т, что позволяет производить измерения о в диапазоне 200 -7500 Вт/м .

На датчик 1 (фиг. 2), установленный на поверхности исследуемого объекта 2, направляют параллельный пучок света от монохроматора 3.

На основании датчика имеется зеркальное покрытие, в результате чего луч света проходит сквозь него дважды, отражаясь or зеркала. Световой поток, прошедший сквозь датчик, регистрируется .фотоприемником

4, выходной сигнал которого измеряется фотоусилителем 5.

Изменяя спектральный состав света в луче монохроматора, определяют длину волны 3д света, для которой светопропускание датчика максимально, что регистрируется по мак симуму показаний фотоусилителя 5 (с учетом спектральной характерис

5 тики фотоприемника и энергетического распределения светового потока от монохроматора). Величина выходного сигнала фотоприемника определяет интенсивность светового потока, прошедшего сквозь датчик. 1) По известной интенсивности Ю светового потока монохроматора, направляемого на датчик, определяют

Р. его светопропускание g для измеренного значения A . По соответствующей градуировочной характеристике датчика — = f (q)/Л const находят

30 6 искомую плотность. q теплового пото.ка.

20 Связь вторичной аппаратуры (фото» приемника и осветителя) с датчиком осуществляется световым лучом, что практически исключает дополнительный теплоотвод по датчику и резко уменьшает методическую погрешность измерения. В результате точность метода определяется в основном погрешностью измерения интенсивности светового потока в видимой об30 ласти спектра, которая не превышает 3%, что и обеспечивает высокую точность. Погрешность измерения плотности теплового потока с помощью предлагаевюго способа составляет в среднем 83, что примерно

;в 2,5. раза точнее, чем в прототипе.