Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Основные задачи измерений тепловых потоков. Классификация датчиков теплового потока (ДТП). Физические модели «тепловых» ДТП.





Датчики теплового потока (ДТП) - специализированные приборы, непосредственно измеряющие плотность теплового потока (ТП). Их ис­пользование, как правило, дает более полную и точную информацию об исследуемом процессе передачи и распространения тепловой энергии, чем использование для этой цели нескольких датчиков температуры. Случай чисто конвективного ТП реализуется тогда, когда ТП обу­словлен разностью температур испытываемого объекта и обтекающей его внешней среды, а лучистая компонента теплового потока отсутствует. При этом плотность ТГ1 пропорциональна разности температур внешней среды и испытываемого объекта и зависит от их физических свойств (теплопро­водности, теплоемкости, плотности) и скорости обтекающего потока. Зачастую ТП, действующий на испытываемый объект, включает в себя как лучистую, так и конвективную составляющие. При этом датчики будут измерять суммарный проходящий через них ТП. Для измерения од­ной из компонент ТП предпринимают специальные меры. Так, для измере­ния конвективной составляющей ТП (и исключения влияния лучистого ТП) на поверхность тепловоспринимающего элемента ДТП наносятся зер­кальные покрытия с коэффициентом поглощения А, близким к нулю. К основным задачам измерений тепловых потоков на объектах авиа­ционной и ракетно-космической техники следует отнести:

1.Измерение кондукгивных (A:At/Ax) медленноменяющихся ТП ма­лой (менее 1 Вт/м') величины в диапазонах температур от минус 150°С до плюс 150°С для контроля качества теплоизоляции. 2.Измерение лучистых тепловых потоков в диапазоне 0,1...2 кВт/м2 для обеспечения контроля имитаторов излучения Солнца и планет при те­пловакуумных испытаниях космической техники, а также в метеорологии.3.Измерение конвективных быстроменяющихся тепловых потоков в диапазоне 10... 10000 кВт/м2 при газодинамических испытаниях объектов и модулей авиационной и ракетно-космической техники.4.Измерение лучистых, конвективных и суммарных (лучисто конвективных) тепловых потоков в диапазоне 20...5000 кВт/м, поступаю­щих в элементы конструкции от факелов двигательных установок, при аэ­родинамическом торможении объектов в плотных слоях атмосферы, испы­таниях и отработке мощных теплоэнергетических установок. К основным требованиям, предъявляемым к датчикам конвективного теплового потока, при газодинамических испытаниях, несомненно, следует отнести предельно малые инерционность и габариты датчиков. Существующие на сегодняшний день, можно разделить на две большие группы: a)ДТП с использованием фотоэлектрического эффекта (и примы­кающего к нему по области использования пироэлектрического эффекта); b)«тепловые» ДТП, использующие преобразование измеряемого ТП в изменение температуры ТВЭ. Первая группа ДТП широко распространена и используется, в ос­новном, для измерения (обнаружения) ТП сверхмалых интенсивностей (приборы ночного видения, фотоэлектрические усилители). Ее особенно­стью является прямое преобразование оптического излучения в электриче­ский сигнал. Использо­вание пироэлектриков крайне затруднено по своей конструктивной реали­зации. «Тепловой» принцип предусматривает промежуточное преобразо­вание ТП в температуру. ТП воспринимается ТВЭ, нагревает его, и уже температурные изменения преобразуются в электрический сигнал. Необходимо отметить, что температура ТВЭ зависит не только от поступающего в него теплового потока, но и от теплообмена ТВЭ с эле­ментами конструкции датчика и окружающей средой. Работу физическим моделям могут быть раз­биты на две основные группы: 1.ДТП, физическая модель которых описывается одномерным урав­нением теплопроводности, (координатная ось совпадает с направлением распространения тепла) 2.ДТП. физическая модель которых описывается двумерным уравне­нием теплопроводности, (координатные оси лежат в плоскости ТВЭ). В силу цилиндрической симметрии конструкции этих ДТП уравнение теплопроводности также сводится к одномерному в цилиндрических координатах. В зависимости от толщины ТВЭ, времени измерения (воздействия) ТП, теплофизических характеристик материалов ТВЭ и подложки, количе­ства и места установки термопрсобразоватслсй, и, наконец, граничных ус­ловий одномерные ДТП подразделяются на: тонкопленочные; калориметрические; градиентные (ДТП с продольным градиентом температуры). Датчики второй группы часто называют ДТП с поперечным градиен­том температуры.

 

 

65.Тонкопленочные ДТП, калориметрические ДТП

В технической литературе название тонкопленочных получили дат-
чики, у которых тепловоспринимающим элементом и термопреобразовате-
лем одновременно являются тонкие пленки, нанесенные на низкотемпера-
турную подложку. При этом подложка за время воздействия измеряемого
теплового потока является для распространяемого в ней тепла полуограни-
ченным телом, а влиянием пленки на температурное распределение в под-
ложке можно пренебречь. Несомненным и очень важным достоинством тонкопленочных ДТП является возможность обеспечения очень малой инерционности (до 10'5... 10'7. В качестве преобразователей температуры в тонкопленочных датчи­ками используются, как правило, терморезистивные и термоэлектрические преобразователи на основе тонких пленок благородных (платина, золото, серебро) металлов. Подложки в тонкопленочных ДТП обычно изготавливаются из низ­котемпературных диэлектрических материалов, чтобы увеличить темпера­турную чувствительность и обеспечить изоляцию термопреобразоватслсй. Тонкопленочные ДТП нашли широкое применение при измерениях тепловых потоков, когда определяющим фактором является необходи­мость обеспечения минимальной инерционности датчиков, в частности, при измерениях конвективных тепловых потоков при газодинамических испытаниях РКТ. Калориметрические датчики: Калориметрические датчики были длительное время наиболее рас­пространенными средствами измерений тепловых потоков в промышлен­ности и ракетно-космической технике. Основным достоинством калориметрических датчиков является их простота, надежность, возможность применения без градуирования. Принцип действия таких датчиков основан на регистрации измене­ния температуры адиабатически изолированного блока калориметра.Основное расчетное соотношение датчиков этого типа связано с ре­шением дифференциального уравнения теплопроводности для бесконеч­ной плоскопараллельной пластины при постоянных граничных условиях второго рода. Главной проблемой разработки и эксплуатации калориметрических датчиков следует считать обеспечение адиабагичности изоляции калори­метра, либо учет утечек теплоты от калориметра в изоляцию и корпус дат­чика в течение всего времени измерения теплового потока. Наиболее часто борьба с утечками от калориметра ведется путем выбора изоляционных материалов, имеющих минимальную температуропроводность, таких как: пенопласт, стеклопластик, цементы, керамика и т. п. Широко используются калориметрические датчики при газодинами­ческих испытаниях моделей ракетно-космической техники, где требуется измерение кратковременных конвективных тепловых потоков большой плотности (датчики ФКБ 018, ФКВ 022, ФКБ 023). Необходимо отметить, что появление градиентных датчиков тепло­вого потока, имеющих индивидуальные градуировочные характеристики, несомненно, снизило роль калориметрических датчиков в теплометрии, однако в ряде специальных задач они, по-прежнему, являются незамени­мыми средствами измерений тепловых потоков.

 

 







Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.