Рис. 14. Схема Д. Т. Кокорева.

радиометра

Компенсирующую мощность измеряют с большой точностью. С помощью мостовых приборов и образцовых сопротивлений погрешность в определении мощности нагрева пластинки может быть снижена до 0,01%. Значительно труднее проконтролировать геометрические размеры пластинок и идентичность тепловых условий их работы. В частности, обнаруженная в 1914 г. К. Ангстремом неидентичность условий отвода теплопроводностью

энергии, подводимой радиационным и электрическим путем, приводила к ошибке в 1,5% [10].

Аналогичные компенсационные приборы были разработаны для измерения радиации Земли (пиргеометр с четырьмя пластинками), а также рассеянной и суммарной радиации атмосферы (пиранометр). В дальнейшем они были несколько усовершенствованы многочисленными учениками и последователями К. Ангстрема. Для увеличения чувствительности Ф. Е. Волошин предложил в пиргелиометре Ангстрема увеличить число опаев дифференциальной теридопары до 3-4.

Применительно к теплотехническим радиационным измерениям по схеме Ангстрема, но в специфическом конструктивном оформлении, автор данной монографии разработал радиометр для измерения потоков до 20 кет/ж^ [51]. На этом же принципе построен радиометр Д. Т. Кокорева [134]. Две полые камеры (рис. 14), выдавленные из медной фольги, размещаются внутри латунных стаканчиков, которые снаружи охлаждаются проточной водой. Головки дифференциальной термопары заделываются на стенках внутренних медных камер. Лучистый поток попадает в одну из камер через относительно малое отверстие в массивной водоохлаждаемой перегородке. Компенсационные электронагреватели в виде спиралей помещаются внутри камер. Для компенсации конвективных составляющих вторая камера сообщается с окружающим пространством через коленчатый канал.

Радиометр градуируется путем облучения плоским черненым нагревателем с известными размерами и температурой. Плотность падающего потока рассчитывается по температурам излучателя и приемника с учетом геометрических факторов и степеней черноты. По существу здесь не использована возможность компенсационного принципа, так как замена местами и ролями камер, а также проверка идентичности не предусмотрены. Условия вентиляции рабочей и компенсационной камер неодинаковы. Тем не менее энергетический баланс сводится с точностью до 5,8%. Погрешность измерений, видимо, такого же, порядка. Для измерения мощных потоков (до 12-10 ег/ж^) А. Б. Вил-

лауби предложил конструкцию радиометра с двумя полыми моделями абсолютно черного тела [330]. На рис. 15 приведен схематический чертеж одной из них. Камера образована массивным пустотелым медным цилиндром с винтовыми канавками внутри для спирали электронагревателя и снаружи - для протока воды. С одной стороны цилиндр закрыт водоохлаждаемым конусом, с другой - массивной, отдельно охлаждаемой диафрагмой. Охлаждающая вода из общего -бачка с постоянным уровнем перед камерами разделяется на две одинаковые по расходу струи. После камер вода проходит через стеклянные трубки, в стенки которых заделано по четыре спая дифференциальной термоэлектрической батареи. Таким- образом, радиационный и электрический нагрев балансируются по температуре воды на выходе. В результате испытаний на идентичность камер было.обнаружено заметное расхождение между их показаниями при измерении одинакового потока. В связи с большой инерцией массивных камер продолжи-

Рис. 15. Камера компенсационного радиометра А. Б. Виллауби.

гельность каждого цикла измерений (двумя камерами) достигает 15 мин. Значение потока принимается равным среднему квадра-тическому из измеренных. Предполагаемая ошибка не превыщает + 2%.

Одноэлементные компенсационные тепломеры значительно проще, но менее точны. Типичным представителем таких приборов является тепломер ОРГРЭС (трест Организация работ на государственных электрических станциях ), разработанный И. Я. Залкиндом, А. В. Ананьиным, И. М. Кормером [109, ПО] (рис. 16). Этот прибор предназначается для. измерения теплоотдачи с поверхности за счет свободной или слабофорсированной ковекции. Корпус чувствительного элемента устроен так, что площадь боковой поверхности его за пределами центральной выемки равна площади нижней поверхности, прикладываемой к источнику измеряемого потока. В центральную выемку последовательными слоями между двумя плоскими термометрами сопротивления 1 закладываются прокладка 8 и плоский нагреватель 2.

В рабочем режиме вариацией мощности нагревателя добиваются того, чтобы поток через теплоизоляцию был равен нулю, о чем судят по балансу моста, в плечи которого включены термометры сопротивления. Поскольку корпус прибора выполнен из

материала с высокой теплопроводностью (алюминий), воспринятое снизу тепло без существенных термических сопротивлений передается охлаждающей среде через боковые поверхности. Поэтому вся энергия нагревателя передается через известную площадь центральной выемки в корпусе. Методика расчета таких тепломеров была разработана Д. М. Дудником [104].

В приборе ОРГРЭС есть спорные моменты, однако в целом он удовлетворяет техническим требованиям и прошел государственные испытания во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологии им. Д. И. Менделеева (ВНИИМ). В .настоящее время такие приборы изготовляются сериями по .несколько сот штук в год для контроля качества теплоизоляции. Похожий прибор был запатентован в США П. Сторком {319] только в 1963 г.

В качестве частного применения описанного тепломера [ПО] предложен прибор для определения теплопр.с)водности методом стационарного потока.

В .подобном приборе Г. Г. Счастливый [217, 218] добавил еще один нагреватель, расположив его под изолирующей прослойкой (рис. 17). Это позволило измерять тепловой поток от верхнего нагревателя в случае отсутствия или недостаточности основного потока от тела, на которое датчик наложен. Температура измерялась термопарами. Приборы были использова.ны для определения локальных коэффициентов теплоотдачи к охлаждающей среде в каналах электрических машин без учета неизотермичности теплоотдающей поверхности. Такой прием, по-видимому, можно применять лишь при выяснении сравнительной эффективности теплоотдающих поверхностей.

В. А. Мальцев использовал подобные системы при продувках холодных моделей роторов электромашин [158].

При измерении тепловых потоков необходимо стремиться к тому, чтобы тепловые условия на участке, занятом тепломером, были такими же, как и до его наложения.

Рис. 16. Конструктивная (а) и электрическая (б) схемы тепломера ОРГРЭС:

/ - термометр сопротивления: 2 - нагреватель; 3 - реостат нагревателя; 4 - сопротивление для изменения пределов отсчета; 5 - миллиамперметр; 6 - сопротивление мостовой схемы; 7 - нуль-прибор; 8 - теплоизоляционная прокладка; 9 - корпус тепломера.