×
02.10.2019
219.017.cefc

Датчик теплового потока

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002700726
Дата охранного документа
19.09.2019
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к технике измерения тепловых потоков и может быть использовано для длительного измерения локальных тепловых потоков с высокой мощностью и широким динамическим диапазоном, которые воздействуют на конструктивные элементы при проведении газодинамических испытаний. Заявлен датчик теплового потока, содержащий тепловоспринимающий элемент с двумя термопарами, к которому приварена переходная втулка, которая приварена к стальному корпусу, внутри которого на резьбовом соединении установлена стальная трубка, одним концом направленная к внутренней стороне тепловоспринимающего элемента, а другой стороной приваренная к первому концу металлической трубки подводящего канала охлаждения, которая вторым концом запрессована в корпус и имеет отверстие, соединенное с продолжением подводящего канала охлаждения в корпусе и установленным на резьбе в подводящий канал охлаждения корпуса первым штуцером подведения охлаждающей жидкости, для отвода которой предназначен второй штуцер, установленный на резьбе в отводящий канал охлаждения в корпусе. Термопары подсоединены через гермовыводы, установленные в переходной втулке, к электрическим проводникам, проходящим далее в корпусе и подсоединяемым к выходному электрическому разъему. Тепловоспринимающий элемент выполнен в виде тонкостенного жаропрочного колпачка с установленным внутри него керамическим вкладышем из материала с ортогонально анизотропной теплопроводностью, причем коэффициент теплопроводности вдоль продольной оси датчика существенно меньше коэффициента теплопроводности в поперечном направлении к ней, а термопары выполнены в жаростойком исполнении. Технический результат – обеспечение повышенных характеристик динамического диапазона (до 20 МВт/м) и уменьшение погрешности датчика до 3% при измерении локальных тепловых потоков высокой мощности в течение длительного времени при газодинамических испытаниях различных конструкций. 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к технике измерения тепловых потоков и может быть использовано для длительного измерения локальных тепловых потоков с высокой мощностью и широким динамическим диапазоном, которые воздействуют на конструктивные элементы при проведении газодинамических испытаний.

Известен датчик теплового потока, содержащий термостабилизированный константановый элемент, выполненный в виде металлической пластины с изолированной боковой поверхностью, размещенный между поверхностным слоем и цилиндром, и дополнительный электрод, размещенный аксиально в цилиндре и электрически изолированный от него, контактирующий с термостабилизированным элементом и образующий в паре с первым электродом дифференциальную термопару со спаями в фиксированных точках на противоположных поверхностях термостабилизированного элемента, причем термоэлектрический коэффициент материала, из которого выполнены цилиндр, поверхностный слой и электроды, отличен от термоэлектрического коэффициента материала термостабилизированного элемента [Авторское свидетельство СССР №892232. Кл. G01 17/08, опубл. 23.12.81 г. Бюл. №47].

Однако известное устройство имеет ограниченную температуру эксплуатации, время применения и невысокое быстродействие, т.к. не имеет принудительного охлаждении тепловоспринимающего элемента со стороны, противоположной воздействию теплового потока.

Известен также датчик теплового потока, содержащий холодильник, выполненный из материала с высокой теплопроводностью, тепловоспринимающую пластину из материала с очень низким коэффициентом теплопроводности и расположенный между ними электроизоляционный слой. На противоположных гранях тепловоспринимающей пластины установлен ряд дифференциальных микротермопар [Авторское свидетельство СССР №705281, кл. G01K 17/08,1979].

Недостатками такого датчика являются большая инерционность при измерении нестационарных тепловых потоков из-за большой инерционности тепловоспринимающего слоя, значительная погрешность в измерении локального стационарного теплового потока, который в действительности квазистационарный как во времени, так и в пространстве. При неоднородности плотности теплового потока и большой площади датчика из-за большого термического сопротивления тепловоспринимающего слоя перепад температур на нем будет соответствовать некому фиктивному тепловому потоку, причем погрешность в измерении перепада температур увеличивается за счет перетока тепла по проводам термопары от спая, расположенного на наружной поверхности пластины, к спаю на внутренней ее стороне. Также датчик является непригодным для измерения в средах с повышенной температурой из-за низкой жаростойкости тепловоспринимающей пластины и для измерения больших тепловых потоков, например 105-106 Вт/м2 из-за ограниченных возможностей охлаждения.

Технический результат - расширение динамического диапазона измерений локальных тепловых потоков с высокой мощностью, а также увеличение ресурса работы датчика.

Указанный технический результат достигается тем, что в датчике теплового потока, содержащем тепловоспринимающий элемент с двумя термопарами, к которому приварена переходная втулка, которая приварена к стальному корпусу, внутри которого на резьбовом соединении установлена стальная трубка, одним концом направленная к внутренней стороне тепловоспринимающего элемента, а другой стороной приваренная к первому концу металлической трубки подводящего канала охлаждения, которая вторым концом запрессована в корпус и имеет отверстие, соединенное с продолжением подводящего канала охлаждения в корпусе и установленным на резьбе в подводящий канал охлаждения корпуса первым штуцером подведения охлаждающей жидкости, для отвода которой предназначен второй штуцер, установленный на резьбе в отводящий канал охлаждения в корпусе, причем термопары подсоединены через гермовыводы, установленные в переходной втулке, к электрическим проводникам, проходящим далее в корпусе и подсоединяемым к выходному электрическому разъему, введены тепловоспринимающий элемент в виде тонкостенного жаропрочного колпачка с установленным внутри него керамическим вкладышем из материала с ортогонально анизотропной теплопроводностью, причем коэффициент теплопроводности вдоль продольной оси датчика существенно меньше коэффициента теплопроводности в поперечном направлении к ней, а термопары выполнены в жаростойком исполнении.

На фиг. 1 показано устройство датчика теплового потока.

Колпачок тепловоспринимающего элемента 1 изготовлен из тугоплавкого материала, например молибдена. Тепловоспринимающий элемент 2 изготовлен из материала с ортогонально ортотропной теплопроводностью, причем коэффициент теплопроводности вдоль продольной оси датчика существенно меньше коэффициента теплопроводности в поперечном направлении. В качестве такого материала могут быть взяты как природные материалы, так и специально изготовленные материалы (монокристалл висмута высокой чистоты, слоистые композитные конструкции: никель+сталь 12Х18Н10Т, титан-молибден и др.).

На расстоянии 1 и 3 мм от торца тепловоспринимающего элемента 2 закреплены электрически изолированные по своей длине от тепловоспринимающего элемента платинородиевые термоэлектроды 5 и 6, которые уложены в пазы тепловоспринимающего элемента, залитые затем алюмосиликатным цементом. На конце термоэлектроды электрически соединены с проводящим материалом тепловоспринимающего элемента. В результате образуется дифференциальная термопара, измеряющая перепад температуры по тепловоспринимающему элементу.

Колпачок тепловоспринимающего элемента 1 со стороны, противоположной тепловоспринимающей поверхности, приварен к переходной втулке 3, изготовленной из сплава 47 НД-ВИ. Переходная втулка 3 по периферии приварена к стальному корпусу 4.

В переходной втулке 3 размещены два гермовывода 7 и 8 из термостойкого стекла, через которые термоэлектроды 5 и 6 соединяются с проводами кабеля 9. Кабель 9 изготовлен в жаростойком исполнении.

Для охлаждения тепловоспринимающего элемента в процессе измерения теплового потока в корпусе выполнены два канала: для подвода 11 и отвода 12 воды. Расход воды должен составлять от 15 до 25 л/мин.

С центральным каналом 11 состыкована металлическая трубка 13 подводящего канала, укрепленная в переходной втулке 3 и служащая для подвода воды непосредственно к поверхности тепловоспринимающего элемента, которая является обратной по отношению к воздействию теплового потока. Со стороны кабельной части датчика в каналах охлаждения укреплены ввертные штуцеры: первый 14 - для подведения и второй 15 - для отведения охлаждающей жидкости.

Кабель 9 состоит из двух платинородиевых проводов с надетыми на них фторопластовыми трубками, которые помещены в медную экранирующую оплетку. На оплетку надета трубка из кремнийорганической резины. Кабель оканчивается разъемом.

Конструкция датчика обеспечивает герметичность.

Установка датчика на объект измерения производится в штуцер с помощью резьбы, нанесенной на корпусе 4 датчика.

Измеряемый тепловой поток через торцевую часть колпачка 1 поступает в тепловоспринимающий элемент 2. При этом по толщине тепловоспринимающего элемента возникает перепад температуры, который измеряется дифференциальной термопарой, образованной термоэлектродами 5 и 6.

Выходной сигнал дифференциальной термопары пропорционален плотности измеряемого суммарного теплового потока.

Такое конструктивное исполнение датчика теплового потока обеспечивает проведение длительного измерения локальных тепловых потоков с высокой мощностью и широким динамическим диапазоном при газодинамических испытаниях различных конструкций, т.к. позволяет:

- уменьшить диаметр тепловоспринимающего элемента при сохранении высокой чувствительности (когда датчик вдоль продольной оси - в направлении расположения термоэлектродов дифференциальной термопары имеет низкий коэффициент теплопроводности и, соответственно, высокую чувствительность);

- увеличить ресурс работы датчика путем снижения в нем тепловых нагрузок за счет охлаждения теплочувствительного элемента стоком тепла на элементы внешней конструкции (когда тепловоспринимающий элемент в поперечном направлении имеет высокий коэффициент теплопроводности), а также подведением охлаждающей жидкости к обратной стороне тепловоспринимающего элемента).

Проведенные испытания показали повышенные характеристики динамического диапазона (до 20 МВт/м2) и уменьшение погрешности датчика до 3% при измерении локальных тепловых потоков высокой мощности в течение длительного времени при газодинамических испытаниях различных конструкций.

Датчик теплового потока, содержащий тепловоспринимающий элемент с двумя термопарами, к которому приварена переходная втулка, которая приварена к стальному корпусу, внутри которого на резьбовом соединении установлена стальная трубка, одним концом направленная к внутренней стороне тепловоспринимающего элемента, а другой стороной приваренная к первому концу металлической трубки подводящего канала охлаждения, которая вторым концом запрессована в корпус и имеет отверстие, соединенное с продолжением подводящего канала охлаждения в корпусе и установленным на резьбе в подводящий канал охлаждения корпуса первым штуцером подведения охлаждающей жидкости, для отвода которой предназначен второй штуцер, установленный на резьбе в отводящий канал охлаждения в корпусе, причем термопары подсоединены через гермовыводы, установленные в переходной втулке, к электрическим проводникам, проходящим далее в корпусе и подсоединяемым к выходному электрическому разъему, отличающийся тем, что тепловоспринимающий элемент выполнен в виде тонкостенного жаропрочного колпачка с установленным внутри него вкладышем из материала с ортогонально анизотропной теплопроводностью, причем коэффициент теплопроводности вдоль продольной оси датчика существенно меньше коэффициента теплопроводности в поперечном направлении к ней, а термопары выполнены в жаростойком исполнении.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 11.
09.06.2018
№218.016.5ba3

Антенна вертикальной поляризации

Изобретение относится к антенно-фидерным устройствам, а именно к антеннам вертикальной поляризации, предназначенным для радиосвязи вдоль поверхности земли.Технический результат состоит в увеличении коэффициента усиления в направлении горизонта, расширении рабочего диапазона, увеличении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655638
Дата охранного документа: 29.05.2018
09.08.2018
№218.016.7a66

Симметричный вибратор

Изобретение относится к области антенно-фидерной техники. Симметричный вибратор состоит из трех частей, разделенных двумя зазорами. К частям вибратора по коаксиальным кабелям подведены противофазные высокочастотные напряжения равной величины. При этом участки вибратора равной величины выполнены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002663548
Дата охранного документа: 07.08.2018
07.09.2018
№218.016.83ab

Высокотемпературный герметичный термопреобразователь

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры высокотемпературных процессов в газодинамике в условиях воздействия высоких давлений и газодинамического напора. Предложен герметичный термопреобразователь, включающий металлический корпус, выполненный в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666193
Дата охранного документа: 06.09.2018
22.09.2018
№218.016.8959

Датчик герметичности

Изобретение относится к устройствам для контроля герметичности и может быть применено для контроля герметичности объемов, используемых при космических исследованиях. Сущность: датчик содержит расположенные в контролируемом объеме чувствительный элемент (1), источник (4) тока,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002667332
Дата охранного документа: 18.09.2018
21.11.2018
№218.016.9f75

Детектор вихрей

Изобретение относится к технике измерения расхода и количества текучих сред, а конкретно к вихревым расходомерам, и предназначено для использования в случаях, когда при эксплуатации преобразователь расхода подвергается значительным механическим перегрузкам, например, при его расположении на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002672819
Дата охранного документа: 19.11.2018
26.02.2019
№219.016.c7ec

Датчик вакуума

Использование: для контроля герметичности космических аппаратов. Сущность изобретения заключается в том, что датчик вакуума содержит корпус, коаксиальный цилиндрический анод, дисковые катоды, соединенные центральным стержнем, и магнитную систему, составленную из двух дисковых постоянных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002680672
Дата охранного документа: 25.02.2019
08.03.2019
№219.016.d34b

Чувствительный элемент вихревого расходомера

Изобретение относится к вихревым расходомерам, предназначенным для измерения расхода жидкостей и газов. Чувствительный элемент вихревого расходомера включает герметичный вакуумированный корпус, круглую упругую мембрану с утолщенной периферической частью, прикрепленные к противоположным сторонам...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002681225
Дата охранного документа: 05.03.2019
13.06.2019
№219.017.80f2

Двухполяризационная антенна

Изобретение относится к радиотехнике, более конкретно к области антенной техники, и может быть использовано как однонаправленная относительно малогабаритная резонансная или широкополосная антенна, в том числе как элемент антенной решетки. Двухполяризационная антенна содержит плоский...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002691121
Дата охранного документа: 11.06.2019
06.07.2019
№219.017.a6cb

Вихретоковый измеритель

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля вращения движущихся металлических частей. Сущность изобретения заключается в том, что вихретоковый измеритель скорости и направления вращения дополнительно содержит обмотку, которая подключена через...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002693740
Дата охранного документа: 04.07.2019
02.10.2019
№219.017.cf33

Устройство для измерения температуры поверхности газохода

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов на поверхностях различных газоходов. Устройство представляет металлический блок, выполненный в виде соединенного с корпусом цилиндра с продольным осевым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700727
Дата охранного документа: 19.09.2019
Показаны записи 1-10 из 10.
20.07.2014
№216.012.de85

Микронагреватель

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для поддержания и регулирования температуры. Изобретение позволяет повысить быстродействие регулирования температуры при сохранении устойчивости микронагревателя к термоудару, его надежностных и ресурсных характеристик....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522751
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.07.2014
№216.012.dedc

Устройство для измерения температуры газовых потоков

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов в газодинамике. Устройство содержит термопару в металлическом корпусе, рабочий спай которой расположен внутри защитного наконечника, выступающего за пределы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522838
Дата охранного документа: 20.07.2014
20.04.2015
№216.013.453d

Способ измерения изменения температуры объекта относительно заданной температуры

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения и мониторинга малых изменений температуры. Заявлен способ измерения температуры объекта с помощью чувствительного элемента (ЧЭ), представляющего собой стандартный двухвходовой резонатор на поверхностных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549223
Дата охранного документа: 20.04.2015
24.08.2017
№217.015.9571

Волоконно-оптический датчик электрического тока

Изобретение относится к области измерения электрических токов и касается волоконно-оптического датчика электрического тока. Датчик включает в себя источник излучения, входной и выходной коннекторы, входной и выходной коллиматоры, поляризатор, оптически активный кристалл, анализатор,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002608576
Дата охранного документа: 23.01.2017
25.08.2017
№217.015.9f27

Герметичная колодка прецизионного высокотемпературного виброустойчивого прибора

Изобретение относится к области радио- и электротехники и может быть использовано в приборостроении, в том числе для коммутации электрических цепей в условиях воздействия высоких температур. Изобретение позволяет повысить температурную и механическую стойкость герметичной колодки для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002606212
Дата охранного документа: 10.01.2017
25.08.2017
№217.015.a1f4

Волоконно-оптический датчик электрического тока

Изобретение относится к области измерения электрических токов и касается волоконно-оптического датчика электрического тока. Датчик содержит источник излучения, входной и выходной коннекторы, входной и выходной коллиматоры, поляризатор, оптически активный кристалл, анализатор, фотоприемник....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002606935
Дата охранного документа: 10.01.2017
25.08.2017
№217.015.c8b3

Устройство для измерения температуры газовых потоков

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов в газодинамике. Устройство представляет собой металлический блок, выполненный в виде соединенного с корпусом цилиндра с продольным осевым каналом, в котором...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619360
Дата охранного документа: 15.05.2017
29.05.2018
№218.016.545c

Устройство для градуировки бесконтактных волоконно-оптических датчиков электрического тока на основе кристаллов bso

Изобретение относится к технике измерения электрических токов и может быть использовано для градуировки и исследования характеристик бесконтактных волоконно-оптических датчиков электрического тока на основе кристаллов BSO. Изобретение позволяет повысить точность градуировки указанных датчиков....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002654072
Дата охранного документа: 16.05.2018
07.09.2018
№218.016.83ab

Высокотемпературный герметичный термопреобразователь

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры высокотемпературных процессов в газодинамике в условиях воздействия высоких давлений и газодинамического напора. Предложен герметичный термопреобразователь, включающий металлический корпус, выполненный в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002666193
Дата охранного документа: 06.09.2018
02.10.2019
№219.017.cf33

Устройство для измерения температуры поверхности газохода

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано для измерения температуры быстропротекающих высокотемпературных процессов на поверхностях различных газоходов. Устройство представляет металлический блок, выполненный в виде соединенного с корпусом цилиндра с продольным осевым...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700727
Дата охранного документа: 19.09.2019
+ добавить свой РИД