Принципы измерение температуры поверхности оболочки объекта

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

Датчики для измерения температуры могут располагаться на объекте, так как указано на рис. 1. Как видно из рисунка поверхностные датчики Д₁-Д₃ в пространстве могут быть расположены в двух плоскостях – в вертикальной Д₂и горизонтальной Д₁, Д₃, причем датчик Д₃ перевернут по отношению к датчику Д₁. Данное обстоятельство накладывает определенные требования при разработке конструкции датчика. Поскольку задача измерения температуры поверхности не является самоцелью и возможна формулировка ее следующим образом: необходимо измерить распределение температуры в динамике по толщине оболочки h. В этом случае датчики располагаются по толщине оболочки Д₆-Д₈. Перечисленные датчики трудно сконструировать универсальной конструкции. Как будет предложено в дальнейшем чувствительные элементы подвижны в пространстве во время измерений, а степени свободы меняются для датчиков Д₁-Д₅

Рассмотрим принципы измерения температур оболочки объекта. Рассматривая все известные возможности решения задачи, мы пришли к следующим рабочим гипотезам:

1. Самым простым решением задачи было бы использование четырех-шести чувствительных элементов (магнитов) с точками Кюри, соответствующими диапазону измерения. Как видно из ранее приведенной таблицы для измерения с использованием данного принципа подходят материалы чувствительных элементов, изготовленных из викаллоя и Nd₂Fe₁₄B. Принцип был опробован и показал удовлетворительное решение задачи, но не в полном объеме, тем не менее, данный принцип измерения температуры мы не отвергаем полностью, так как его можно использовать при размещении чувствительных элементов по толщине оболочки. В этом случае магнитометр будет регистрировать скачки магнитного поля, каждый скачок соответствует одной температурной точке, а временные интервалы между скачками характеризуют скорость распространения тепловой волны от внутренней оболочки объекта к внешней.

2. Второй принцип, который был опробован – это использование чувствительных элементов с температурными точками Кюри значительно выше верхней точки рабочего диапазона температур. Чувствительные элементы размещались и припаивались к металлической подложке из меди сплавами с температурами плавления соответствующими регистрируемым температурам. В частности были опробованы сплавы, приведенные в таблице 3.1. При достижении заданной температуры сплав переходил из твердой в жидкую фазу освобождая чувствительный элемент. Конструкция чувствительного элемента позволяла изменить его магнитный момент путем его естественного перемещения в пространстве (за счет силы гравитации). На рис. 3.1 показана линейка с шестью магнитами, каждый из которых соответствует заданным температурным точкам, что достигается выбором сплава из табл. 3.1. Если температурный ряд расположен в порядке увеличения температуры, то падение магнитов начинается с левого конца линейки. При этом полюса магнитов расположен так, что освободившийся магнит отталкивается от соседнего магнита (рис. 3.2). Таким образом, на магнит действуют сила отталкивания от соседнего магнита и сила гравитации, что увеличивает надежность регистрации нормированной температурной точки.

Таблица 3.1. Сплавы, используемые в датчиках температуры

Химический состав сплава	Температура плавления, ^оС
висмут 50%, свинец 32%, олово 18%	90-98
олово 52 %, индий 48 %
кадмий 18, 2 %, свинец 30, 6 %, олово 51, 2 %
олово 62 %, свинец 38 %
олово 55%, кадмий 20%, цинк 25%
кадмий 20%, олово 40%, алюминий 15%, цинк 25%
олово 42-45%, цинк 54%, медь 1, 2-1, 5%	300-320

Рис. 3.1. Линейка чувствительных элементов в виде кольцевых магнитов с нормированными температурными точками.

Рис. 3.2. Иллюстрация работы датчика по второму принципу

3. Третий принцип представляет собой развитие принципа 2 и и необходим для создания РДТ расположенного на на верхней поверхности оболочки (датчик Д₁).

Первые два принципа предполагают уменьшение поля чувствительного элемента при достижении температуры его тела заданной точки до нуля (правильнее до величины поля Земли). В первом случае за счет достижения телом ферромагнитного чувствительного элемента точки Кюри, во втором – за счет освобождения чувствительного элемента при температуре, соответствующей температуре плавлении крепящего сплава и падение элемента за счет гравитации.

Датчик, расположенный на верхней поверхности оболочки (датчик Д₁), будучи размещенным в горизонтальной плоскости, лишается преимущества описанных выше принципов. Нами разработан следующий принцип. На плоскости располагается чувствительный элемент, состоящий из двух магнитов, притянутых разноименными полюсами (рис. 3.3, а).

а б в

Рис. 3.3 Чувствительный элемент с двумя подвижными магнитами.

Магниты скрепляются между собой и с горизонтальной поверхностью сплавом (рис. 3.3, б). После этого осуществляется намагничивание магнитов таким образом, чтобы одноименные полюса совпадали. Данное положение можно назвать «чувствительный элемент находится во взведенном состоянии». При нагревании крепящий сплав размягчается и при температуре равной температуре плавления силы отталкивания магнитов разводит их в пространстве на некоторое расстояние. При этом поле двух магнитов изменяется на некоторую величину, что может быть зафиксировано магнитометром. Более удачная конструкция показана на рис. 3.4.

а б в г д

Рис. 3.4. Чувствительный элемент с двумя вращающимися магнитами.

Датчик работает следующим образом. Два магнита, притянутые друг к другу, расположены в вертикальной плоскости. В этом положении они скрепляются сплавом, температура плавления которого нормирована. Далее магниты намагничиваются одноименными полюсами друг к другу («датчик взведен»). При нагревании до нормированной температуры за счет неустойчивого равновесия вертикальной плоскости появляются вращающие силы, которые разворачивают магниты разноименными полюсами друг к другу (рис. 3.4, в). Рис. 3.4, г представляет вариант вращения, когда один из магнитов закреплен в пространстве. Конечное положение магнитов соответствует (рис. 3.4, д) исходному положению датчика. За счет замыкания разноименных полюсов магнитов поле датчика в окружающем пространстве изменяется на большую величину, чем в конструкции, изображенной на рис. 3.3 и может быть зарегистрирована на большем расстоянии от регистрирующей аппаратуры. Конструктивное выполнение датчика показано на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Конструкция датчика с зафиксированным

и вращающимся магнитами.

Методика и оборудование при проведении опытов. Лабораторные опыты с измерением температур проводились либо в муфельной печи, или с помощью электрического тэна. Температура измерялась техническим ртутным термометров с диапазоном от 0 до 350 ^оС с ценой деления 2 ^оС и термоэлектрическим преобразователем хромель-копель, термоЭДС измерялась вольтметром В7-54/3, перевод показаний вольтметра в температуру производили согласно ГОСТ Р 8.585, температурное поле регистрировалось тепловизором Flir TG165. Датчики закреплялись на консольных металлических балках, это позволяет получить температуры в рабочем диапазоне. На рис.3.6 приведена термограмма консольной балки с закрепленными на ней чувствительными элементами.

Рис.3.6. Термограмма консольной балки с чувствительными элементами.

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒