Датчик для измерения температуры теплозащитного материала

 

Использование: контроль теплового состояния многослойного теплозащитного материала (ТЗМ) со слоями из материалов с различными коэффициентами термического расширения. Сущность изобретения: датчик содержит корпус в виде жестко соединенных плат, каждая из которых выполнена из материала прилегающего к ней слоя контролируемого ТЗМ. Через отверстия в корпусе пропущены термоэлектроды, слой которых установлен внутри одной из плат. Каждый из термоэлектродов выполнен с петлевым изгибом, который размещен в расширении соответствующего отверстия, образованном на стыке плат. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 К 7/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР I)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ-К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4835309/10 (22) 05.06.90 (46) 23.11.92, Бюл. N. 43 (71) Научно-исследовательский институт прикладной математики и механики при

Томском государственном университете (72) В.Е,Абалтусов, Н.Н.Алексеенко, Т.Н.Немова, В.Ф.Дементьев и Г.Ф.Костин (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 885823, кл. G 01 К 7/02, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

М 1268971, кл. G 01 К 7/02, 1985. (54) ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕПЛОЗАЩИТНОГО МАТЕРИАЛА

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для контроля теплового состояния различных материалов, используемых в качестве покрытий стенок или узлов конструкций различных промышленных аппаратов и установок, которые подвергаются значительному нагреву (2000-3500 К), например стенки каналов

МГД-генераторов и др.

Известен датчик для измерения прогрева теплозащитн ых (ТЗ М) материалов (1), содержащии ступенчатый корпус с восстанавливающимся горячим спаем термопары по мере разрушения материала, В известной конструкции корпус датчика выполнен из исследуемого материала.

Недостатком известного датчика является невозможность использования его для .контроля за тепловым состоянием многослойных материалов, . Ж ППООВ А1 (57) Использование: контроль теплового состояния многослойного теплозащитного материала (ТЗМ) со слоями иэ материалов с различными коэффициентами термического расширения. Сущность изобретения: датчик содержит корпус в виде жестко соединенных плат, каждая из которых выполнена из материала прилегающего к ней слоя контролируемого Т3М. Через отверстия в корпусе пропущены термоэлектроды, слой которых установлен внутри одной из плат. Каждый из термоэлектродов выполнен с петлевым изгибом, который размещен в расширении соответствующего отверстия, образованном на стыке плат. 1 ил.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является датчик для измерения прогрева и уноса ТЗМ (2), образованный связанными между собой платами, между которыми находятся спаи термопар. Платы изготовлены из одного типа материалов.

При достижении критической температуры происходит последовательное разрушение плат и связанных с ними термопар, что фиксируется регистратором.

Т3М, используемые в качестве стенок или узлов различных промышленных аппаратов и установок, представляют собой многослойную композицию, каждый из слоев которой обладает повышенной стойкостью к какому-то одному определяющему фактору теплового и силового воздействия. Так. верхний слой подвергается непосредственно высокотемпературнаму нагреву и дол1777008

35 формации и сдвига между слоями ТЗМ при 40 высокотемпературном нагреве. Размещение рабочего спал внутри платы обеспечи50

2иЗ. 55

Датчик работает следующим образом.

При нагревании материала прогреваетжен обладать наибольшей термостойкостью. Для этой цели наиболее перспективными являются углеграфитовые материалы.

Нижний слой является теплоизоляционным и обеспечивает требуемый температурный режим. В качестве материала этого слоя используются стеклопластики на основе эпоксифенольного связующего, Материалы обоих слоев имеют различные теплофизические характеристики, в частности коэффициенты термического расширения.

Измерения температуры прогрева в ТЗМ такого типа не могут быть проведены при использовании конструкции датчика (2), т.к. при высокотемпературном нагреве возникает смещение слоев, вызванное значительным температурным градиентом и существенным различием в коэффициентах термического расширения, а это приводит к разрывутермоэлектродов и, следовательно, к неверной интерпретации показаний датчика.

Целью изобретения является повышение точности измерения температуры МНогослойного ТЗМ.

Указанная цель достигается тем, что в известном датчике для измерения прогрева

ТЗМ, содержащем корпус в виде жестко соединенных между собой плат с отверстиями для термоэлектродов термопары, каждая плата выполнена из материала прилегающего к ней слоя контролируемого ТЗМ, каждый из термоэлектродов — с петлевым изгибом, размещенным в расширении соответствующего отверстия, выполненном в зоне стыка плат, а рабочий спай термопары установлен внутри одной из плат.

Предложенный датчик позволяет проводить надежные измерения в условиях девает получение достоверных измерений по прогреву материала.

На чертеже представлена схема датчика. состоящего из двух плат.

Устройство содержит. кор и ус 1, в кл ючающий платы 2 и 3 из материалов с различными коэффициентамитеплового расширения, термопару, рабочий спай 4 которой расположен внутри платы 2. Термоэлектроды 5 проходят через отверстия 6 в платах 2 и 3 и укладываются петлями 7 в расширениях 8 на границе соединения плат ся плата 2, затем тепловая волна проходит в плату 3, выполненную из материала с другил1 коэффициентом термического расши ре5

20 ния, чем первая. Происходит расширение материалов, возникают термические напряжения, что и приводит к смещению слоев. Поскольку на границе раздела плат 2 и 3 отверстия выполнены с расширениями 8 и термоэлектроды 4 уложены в них свободной петлей 7, то при сдвиге слоев сохраняется целостность термопары. ТермоэДС (Е) термопары фиксируется регистратором (на чертеже не показан), Значения температуры прогрева Т3М определяют посредством калибровочной зависимости Т = f(E).

Для исследования работы и проверки эксплуатационной надежности данной конструкции датчика были изготовлены шесть датчиков, состоящих из двух слоев: стеклопластик на основе эпоксидфенольного связующего и углеграфитовый материал (пирографик ПГВ), Использовались вольфрам-рениевые термопары (d = 50 мк), обработанные защитным термостойким покрытием. Глубина заделки горячего спая термопары—

2 мм. Термоэлектроды термопары проходили через отверстия в платах диаметром

d = 0,5 мм. Часть датчиков была изготовлена с расширениями на границе соединения плат (диаметр расширения около

1,0 мм). Термоэлектроды были уложены в расширениях в виде петли. Длину петли брали с учетом разницы коэффициентов термического расширения материалов, из которых изготовлены платы и которая была не менее 1,0 мм. Затем датчики плотно устанавливались в аналогичном двухслойном

ТЗМ, содержащем стеклопластик на основе зпоксидофенольного связующего и углеграфитовый материал ПГВ, и подвергались нагреву в плазмотроне высокоэнтальпийной газовой струи (температура около 4000 К).

ТермоЗДС термопар датчика регистрировалась на шлейфовом осциллографе, По тарировочному графику определялась температура прогрева ТЗМ, В процессе эксперимента датчики показали высокие точностные характеристики.

Разрыва термоэлектродов, вызванного деформацией и сдвигом слоев ТЗМ, не наблюдалось.

Формула изобретения

Датчик для измерения температуры теплозащитного материала. содержащий корпус в виде жестко соединенных между собой плат с отверстиями для термоэлектродовтермопары, отл ич а ю щи и с ятем, что, с целью повышения точности измерения температуры многослойного теплоза.цитного материала со слоями из материалов с различными коэффициентами теплового расшире1777008

Составитель Н, Соловьева

Редактор М. Кузнецова Техред М.Моргентал Корректор А, Мотыль

Заказ 4116 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ния, каждая плата выполнена иэ материала прилегающего к ней слоя контролируемого теплозащитного материала, каждый из термоэлектродов — с петлевым изгибом, раэмещенным в расширении соответствующего отверстия, выполненном в зоне стыка плат, а рабочий спай термопары установлен внутри одной иэ плат,