Устройство для измерения температуры поверхности объекта

 

Устройство предназначено для измерения температуры поверхности. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит тепловоспоинимающий элемент 1 в виде шайбы, закрепленную на нем подложку 2, теплоизоляционную конусную вставку 3, термопару 4, опорную площадку 5, хомутик 6, пружину 7. шарик 8, корпус 9 и электроды термопары 3 ил Ё 2 Os ю 00 ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ .СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (53)5 G 01 К 7/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4800721/10 (22) 11.03.90 (46) 07.07.92. Бюл, N 25 (71) Государственный союзный сибирский научно-исследовательский институт авиации им.С.А,Чаплйгина (72) А.А.Блохнин, В.М,Мелузова, : В.Н,Руденко и В.И.Стыцюк (53) 536.532(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 880000669922, кл. G 01 К 7/02, 1978.

Авторское свидетельство СССР

N1451558,,кл. G01 К 7/02,,1987, „„Я2„„1746230 А1 (54) YCT.ÐÎÉÑÒÂÎ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ОБЪЕКТА (57) Устройство предназначено для измерения температуры поверхности. Цель изобретения — повышение точности измерения.

Устройство содержит тепловоспоинимаю- . щий элемент 1 в виде шайбы, закрепленную на нем подложку 2. теплоиэоляционную конусную вставку 3, термопару 4, опорную площадку 5, хомутик 6, пружину 7. шарик 8, корпус 9 и электроды термопары, 3.ил;

1746230

Изобретение. относится к измерительной технике. в частности к термометрии, и может быть использовано. например, для контактного измерения температуры поверхности нестациопарно нагреваемых тел.

Одним из основных требований, предьявляемых к устройствам для измерения нестационарных температур, является их малая инерционность. Таким требованиям удовлетворяют термопары, непосредственно закрепленные на исследуемой поверхности, например на обшивке самолета, В некоторых случаях непосредственно крепление термопар на исследуемую поверхность недопустимо из-за того. что нарушается целостность исследуемого тела, например поверхности стекла.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее тепловоспринимающий диск с прикрепленными к нему термоэлектродами и приспособление для прижима диска к контролируемому обьекту, причем диск выполнен с буртиком по периферии, в канавках когорого уложены термоэлект роды.

Недостаток данного устройства — большие погрешности измерения температуры поверхности, нестационарно нагреваемой лучистым потоком. Эти погрешности возникают из-за инерционности чувствительного элемента (вследствие МВссМр.íoñòè тепловоспринимающего диска) и отвода тепла в прижимное устройство через пяту.

Известно устройство для измерения температуры поверхности нагретых тел, содержащее чувствительный элемент в виде пружинящего лепестка с термоэлектродами, причем пружинящий лепесток выполнен с прямолинейным рабочим участком длиной, равной 100- 200 диаметрам термоэлектродов, к боковой кромке которого в средней части прикреплены термоэлектроЛы.

Недостаток данного устройства — большая погрешность измерения температуры поверхности, нагреваемой нестационарно лучистым потоком, Погрешности возникают из-за того, что значительный участок поверхности исследуемого тела диаметром более

30-.60 мм закрывается датчиком.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство для измерения температуры поверхности обьекта. содержащее корпус, связанный с упругим элементом, соединенным с гибкой пластиной, и размещенную внутри корпуса термопару с выводами, горячий спай которой закреплен на поверхности гибкой пластины, причем упругий элемент выполнен сплошным с

55 опорнои частью в виде усеченного конуса, большее основание которого жестко соеди-!

IpHo с гибкой пластиной по всей поверхности контакта между ними, а выводы термопары размещены в канале, выполненном в упругом элементе по его вертикальной оси, и вблизи горячего спая расположены по спирали в центральной части поверхности гибкой пластины, со стороны ее соединения с опорной, частью упругого элемента.

Недостаток известного устройства— большая погрешность измерения температуры поверхности, нагреваемой нестациона рным лучистым потоком, которая вызывается экранированием большим ог.нованием конусного упруго о элемента нагреваемой поверхности.

Цель изобретения — повышение точности измерения температуры поверхности, Указанная цель достигается тем, что в устройство, содержащее тепловоспринимающий элемент с прикрепленными к нему одними концами термоэлектродами и прижимной элемент с теплоизоляционной вставкой в виде усеченного конуса, введена подложка, закрепленная на тепловоспринимающем элементе, выполнеHHoм в виде шайбы, по контуру которой. между меньшим основанием усеченного конуса и подложкой нг части своей длины со стороны закрепленных концов расположены термоэлектроды термопары.

На фиг, 1 представлено предлагаемое устройство для измерения температ, рь поверхности тел; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1: на фиг, 3 — схемы измерения температуры и уровни температуры. измеренные по представленным схемам.

Устройство содержит тепловоспринимающий элемент 1, подложку 2, теплоизоляционную конусную вставку 3, термопару 4, опорную площадку 5, хомутик 6, пружину 7, шарик 8, корпус 9 и электроды 10 термопары, Корпус устройства 9 тремя пружинами (проволочками) 7 соединен с опорной площадкой 5. Между последней и корпусом 9 установлен шарик Я. Конусная теплоизоляцион„ная вставка 3 одной стороной соединена с опорной площадкой 5. На другом конце теплоизоляционной конусной вставки 3 со стсроны меньшего основания прикреплены подложка 2 и тепловоспринимающий элемент 1. Опорная площадка 5, конусная теплоизоляционная вставка 3, подложка 2 и тепловоспринимающий элемент 1 соединены между собой. 8 зависимости от уровня температуры соединение элементов 1 — 3 и 5 клеевое (например. эластосил 175-137М) или

1746230 проволочными скобками (не показаны).

Электроды 10 термопары 4 (например, хромель-алюмель) одними концами приварены раздельно к тепловоспринимающему элементу 1. От тепловоспринимающего эле- 5 мента 1 электроды 10 термопары 4 изолированы подложкой 2 и проложены на части своей длины между подложкой 2 и теплоизоляционной конусной вставкой 3 по контуру тепловоспринимающего элемента, 10

Термопара 4 подведена к тепловоспринимающему элементу 1 через корпус 9 и закреплена на нем и опорной площадке 5 хомутиками 6. Пружины 7. корпус 9, шарик

8, опорная площадка 5 изготовлены из жа- 15 ропрочных материалов, например стали

12Х18Н10Т, Тепловоспринимающий элемент в виде шайбы изготовлен из материала с высокой теплопроводностью, относительно низкой теплоемкостью и неокисляюще- 20 гося в рабочем диапазоне температур, например из никеля, Наружный диаметр тепловоспринимающего элемента 1 определяется из условия

d > 20г1», где d» -- диаметр электродов 10 25 термопары 4. При диаметре электродов термопары 4 - 0» = 0.2 мм наружный диаметр чувствительного элемента равен 4 мм. 8 связи с малой механической прочностью материала конусной теплоизоляционной 30 вставки 3 диаметр последней увеличивается относительно диаметра чувствительного элемента 1, чем и определен его наружный диаметр. В данном устройстве наружный диаметр тепловоспринимающего элемента 35

1 равен 10 мм.

Внутренний диаметр тепловоспринимающего элемента 1 выбран из условия, чтобы последний имел малую тепловую инерционность и в рабочем поло>кении не 40 вдавливался в малопрочную конусную теплоизоляционную вставку 3, и равен 7 мм.

Толщина тепловоспринимающего элемента

1 0,1 мм, Теплоизоляционная конусная вставка 3 и подложка 2 изготовлены из ма- 45 териалов, обладающих малой теплопроводностью, малой теплоемкостью и имеющих достаточную механическую прочность. Теплоизоляционная конусная вставка 3 изготовлена, например. из материала ТЗМК-10, 50 а подложка 2 — из разреженной кварцевой гкани КТ-11. Размеры теплоизоляционной вставки 3, имеющей форму конуса. 10 х<20х х 50 мм определены требованием минимально возможного иска>кения величины 55 лучистого теплового потока в районе измерения температуры и прочностью материала вставки 3.

Устройство работает следующим образом.

При измерении температуры тепловоспринимающий элемент 1 прижимают к исследуемому обьекту (не показан) с усилием 1 кгс, Термоэлектродвижущую силу, развиваемую в горячем разнесенном спае термопары 4, передают на вторичный измерительной прибор(не показан). При>катие обеспечивают груз или пружина (не показаны), которые передают усилие на корпус 9. Последний при этом фиксируют в направляющих (например, втулке). Шарнир из элементов 5 и 7-9 обеспечивает контакт всей поверхности чувствительного элемента 1 с исследуемой поверхностью при отклонении корпуса 9 от нормали, Пружины 7 прижимают через шарик 8 опорную площадку 5 к корпусу 9 и не дают свободно отклоняться от нормали теплоиэоляционной конусной вставке 3, на которой через подложку 2 со стороны меньшего основания закреплен тепловоспринимающий элемент

1. От нестационарно нагреваемой лучистым потоком поверхности тепловой поток к тепловоспринимающему элементу 1 подводится за счет теплопроводности исследуемого обьекта. Более высокая точность измерения температуры при этом достигается за счет размещения тепловоспринимающего элемента 1 на конусной теплоизоляционной вставке 3 со стороны меньшего основания.

При таком размещении тепловоспринимающего элемента 1 конусная теплоизоляционная вставка 3 затеняет .меньшую поверхность исследуемого объекта, что способствует более быстрому выравниваю температуры между облучаемой и закрытой поверхностями объекта, т.е. приводит к меньшему искажениго температурного поля на исследуемой поверхности в месте измерения температуры. Погрешность измерения теглпературы уменьшается за счет выполнения тепловоспринимающего элеглента в виде шайбы. Кроме того, теплообмен под теплоизоляционной вставкой 3, между Tpïëoâîñïðèíèìàåùèì элементом 1 и исследуемой поверхностью. обеспечивает лучшие условия для болт бысгрого прогрева тепловоспринимающего элемента — шайбы за счет уменьшения влияния на его температуру градиента температуры между центром и периферией затененной устройствогл поверхности обьек1а. На уменьшение погрешности измерения температуры влияет также прокладка электродо," 10 терг-1опары 4 на части их длины в изотермическогл слое между конусной теплоизоляционной вставкой 3 и подло>ккой 2 по контуру тепловоспринимающего элемента 1. Такое расположение электродoB, Tåðìc.ëàpû 4 уменьшает отвод (подвод) тепла от термо1746230 электродов 10 термопар 4 и, следовательно, повышает точность измерения температуры тепловоспринимающего элемента 1 термопарой 4, На фиг. 2а показана схема измерения температуры термопарой, прикрепленной к . поверхности стекла; б — схема измерения температуры предложенным устройством с тепловоспринимающим элементом — шайбой (920 хР7 х 0,1 м) и конусной теплоизоляционной вставкой (910 х 920 х 50 мм); в— схема измерения температуры устройством с тепловоспринимающим элементом, выполненным в виде диска (ф 10 х 0.1 мм), и конусной теплоизоляционной вставкой (ф10Х хф20 х 50 мм); г — схема измерения -.емпературы устройством с тепловоспринимающим элементом — шайбой (ф10 хф7 х 0,1 мм) и цилиндрической теплоизоляционной вставкой (ф 20 х 50 мм); д -- сопоставление уровней температуры, измеренных по описанным схемам, где Tl и Тр — графики нагрева поверхноСти стекла с темпом нагрева 0,5 и 1 С/с соответственно, они соответствуют температуре, замеренной по схеме. показанной на 2а.

АТ1- Т6 - Т,;

АТ2 — Т Та,.

Лтз =- ТГ - To.

Значения АТ>, ЛТр, ЛТз получены при нагреве поверхности стекла с темпом 0,5

C/c

АТ =- Тв - T;, АТ вЂ” Т > - Т .

Значения АТ и AT.. получены при нагреве поверхности стекла с темпом 1 С/с.

Т, Ть, Т,, Тг — температуры поверхности стекла, измеренные соответственно по схемам а-г (фиг, 2), Данные фиг, 2д показывают обоснован5 ность предложенного конструктивного решения, Погрешность измерения предложенным устройством нестационарной температуры не превышает 5 С при темпе нагрева 0,5"С/с и 8 С при темпе нагрева

10 1 С/с, Для устройства с тепловоспринимающим элементом — диском (фиг. 2в) зти по- .грешности составят 9 и 25 С соответственно.

Применение тепловоспринимающего

15 элемента в виде шайбы и прокладка электродов термопары на части своей длины в изотермическом слое между подложкой и конусной теплоизоляционной вставкой по контуру шайбы повышают точность измере20 ния температуры поверхности объекта, нестационарно нагреваемого лучистым потоком, Устройство можно применять для измерения температуры нестационарно нагре25 ваемых тел до 1300 С.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры поверхности объекта, содержащее тепловоспринимающий элемент с прикрепленны30 ми к нему одними концами термозлектродами и прижимной элемент с теплоизоляционной вставкой в виде усеченного конуса, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в него вве35 дена подложка. закрепленная на тепловоспринимающем элементе, выполненном в виде шайбы, по контуру которой между меньшим основанием усеченного. конуса и подложкой на части своей длины со стороны

40 закрепленных концов, расположены термоэлектроды термопары.

Т, С

Составитель А,Блохнин

Редактор И,Шмакова Техред M,Моргентал Корректор Э.Лончакова . Заказ 2388 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101