составляющую,- лерпендикулярную к оси цилиндра, то на образующих цилиндра в плоскости вектора теплового потока образуется некоторая разность температур. Эта разность будет прямо пропорциональна величине нормальной составляющей теплового потока и может быть измерена с помощью батарейной дифференциальной термопары, спаи которой расположены на диаметрально противоположных образующих. Термоэлектроды закладывают в канавку на цилиндрической поверхности так, чтобы поверхность цилиндра с заложенной термопарой была гладкой. Выходной сигнал системы, состоящей из цилиндрического вспомогательного тела с батарейной термопарой, прямо пропорционален величине составляющей теплового потока, нормальной к оси цилиндра, и поэтому система может служить датчиком теплового потока.

При измерении теплового потока алундовый датчик плотно закладывают в массив, в котором необходимо произвести измерение потока. Благодаря круговой цилиндрической форме такой датчик можно поворачивать вокруг оси. Когда плоскость спаев батарейной термопары совпадает с плоскостью вектора теплового потока, значение сигнала достигнет максимальной величины. Таким образом, датчик позволяет определить не только значение нормальной проекции, но и направление и величину максимального значения нормальной составляющей теплового потока.

Все компоненты в пространстве вектора теплового потока можно измерить с помощью трех описанных выше датчиков со взаимно перпендикулярными осями.

Спираль термопары изготовляется гальваническим осаждением парного материала на намотанную основу (например, никель на хромель или нихром) либо предварительной сваркой заготовки для спирали из кусков расчетной длины парных термоэлектродов.

Для защиты от агрессивной галоидной атмосферы подготовленный стержень с дифференциальной термопарой на загустевшем шликере вставляется в алундовый чехол и после сушки обжигается.

Градуировка производится в стенке пустотелого графитового цилиндра в условиях, близких к натурным в электролизере. При измерениях установку датчика по потоку производили поворотом вокруг оси.

2. ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ДЛЯ ГАЛЕТНЫХ И СЕТОЧНЫХ ДАТЧИКОВ

Одиночный элемент, многократно повторяемый последовательным соединением в электрической цепи для образования батарейного датчика, представляет собой изображенную на рис. 42 комбинацию из нисходящей и восходящей ветвей.

Предполагается, что области мест спаев настолько малы, что их влиянием можно пренебречь. Часть измеряемого потока те-

чет по изоляции, находящейся в промежутках между столбиками. Суммарная площадь сечения изоляции мало зависит от соотношения между сечениями ветвей. Доля потока, приходящаяся на изоляцию, мала, поэтому ее изменение можно не принимать во внимание.

Эффекты Пельтье и Томсона не зависят ни от сечений, ни от периметров термоэлектродов. Оба эффекта прямо пропорциональны силе тока. Ниже рассматриваются условия максимального выхода по электрической мощности, чему соответствует максимум генерируемого тока. Величина тока вблизи максимума изменяется незначительно, а при максимуме изменение тока равно нулю. Следовательно, влиянием эффектов Пельтье и Томсона можно также пренебречь.

Величина электрического сопротивления согласованной нагрузки, как известно, равна сопротивлению генерирующего устройства. В данном случае сопротивление нагрузки, приходящееся на отдельный рассматриваемый элемент, состоящий из двух ветвей, должно быть равно собственному суммарному сопротивлению этих ветвей. Задача сводится к определению отношения между сечениями нисходящей и восходящей ветвей, соответствующего максимальной мощности, развиваемой на регистрирующем приборе.

В качестве единицы измерения площади примем сумму площадей сечений нисходящей и восходящей ветвей. Площадь сечения нисходящей ветви обозначим как искомую величину - х; тогда на сечение восходящей ветви приходится величина 1-X.

Поскольку высота обеих ветвей б и их температурные перепады одинаковы, величина протекающего через пару ветвей потока

Рис. 42. Схема элемента галетного батарейного датчика.

q[Kx.\-\{\-x)],

(П1.1)

Х^х -\- к2 - 2:

Электродвижущая сила элемента при таких условиях

е = ( 1 - Kg) At =

(OSI - OSe) <

-\- 2-2\2

(И1.2)

Собственное (внутреннее) электрическое сопротивление элемента

При согласованной нагрузке сопротивление цепи равно 2R, а ток, проходящий при этом через прибор,

q (exi - Кг)

х(\~х)

(П1.4)

Исследуя уравнение (П1.4) на максимум / по х, найдем, что он имеет место при условии

x~2x+\ = Q,

2 1 /

которому соответствуют корни

Оба корня симметричны относительно индексов, т. е.

\2У

(П1.5)

(III.6) (1П.7)

(П1.8)

где 1=1 или 2.

Безразмерный аргумент

может быть только положи-

тельным, поэтому оба корня уравнения (III.5) вещественны.

При положительных аргументах первый корень имеет две области существования: 1<a:i<oo и 0>a:i>-оо. В обеих областях значения корня лишены смысла.

Таким образом, практическое применение имеет лишь второй корень (III.7).

Необходимые для последующих расчетов и выкладок сведения о тепловых, электрических и термоэлектрических свойствах применяемых материалов приведены в табл. 2.

Если значения аргумента

?2Ql

малы, целесообразно пользо-

ваться уравнением (1П.8), при одинаковых погрешностях счета результат вычисления получается более точным.