Главная  Основы теплометрии и змерение плотности 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 [ 44 ] 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64

датчиков, заделанных в изделия [83]. Типичная характеристика одного из датчиков, полученная на таком калориметре, приведена на рис. 68.

Компенсационный калориметр, аналогичный по схеме, но в ином конструктивном исполнении, разработанный для градуировки высокочувствительных батарейных датчиков теплового


Рис. 68. Типичная градуировоч- Рис. 69. Малогабаритный калори-

ная характеристика одиночного дат- метр для градуировки слоистых датчика, полученная на устройстве с чнков:

компенсационной изоляцией. i -охранный кожух; 2 - компенсаци-

онный нагреватель; 3 - индикатор-тепломер; 4, 6 - элементы корпуса центрального нагревателя; 5 - центральный нагреватель; 7 - градуируемый датчик: 8 - холодильник.

потока, представлен на рис. 69. Для конструкции этого прибора характерно чередование материалов с высокой и низкой теплопроводностью.

Значительная часть зазора между теплозащитным охранным кожухом и корпусом центрального нагревателя заполнена индикатором-тепломером, выполненным в виде серийного слоистого датчика теплового потока.

Компенсационный нагреватель собран из двух обмоток, мощность одной из них вручную устанавливается при настройке нагревателя так, чтобы она с небольшим недостатком покрывала значение мощности потерь на рассеяние. Вторая же нагревательная обмотка питается с пропусками от системы автоматического регулирования, поддерживающей значение сигнала индикатора тепломера около нуля. Температура регулируется стандартным электронным потенциометром ЭПД-12. Режим работы подбирается так, чтобы энергия положительных потоков, проходящих через индикатор, была равна энергии отрицательных, а амплитудная мощность потерь, чередующихся с притоками, не превышала 5% мощности центрального нагревателя. Поскольку идентичность притоков и потерь контролируется с точностью не хуже 10%, мож-



но ожидать, что в системе величина неучтенной потери будет не более 0,5 %.

Большая часть погрешностей обусловлена неравномерностя-ми местных плотностей потоков в градуируемом датчике. Поэтому при повторных градуировках с перестановками датчиков получалось расхождение результатов, доходившее до 1,4%.

Градуируемый батарейный датчик, как и в калориметре для одиночных датчиков, располагается между корпусом центрального нагревателя и холодильником.

Преимуществом электрических калориметров с компенсационной изоляцией является их простота и независимость показаний от граничных условий, особенно при больших тепловых потоках, пронизывающих датчик. Они, в определенном смысле, являются абсолюгными, не нуждаются в градуировке и с успехом могут применяться для градуировки не только высокочувствительных батарейных, но и низкочувствительных одиночных датчиков.

На калориметрах с компенсацией легко варьировать температуру градуировки, верхний предел которой доходит до 350- 400° С, что обусловлено термостойкостью и термопрочностью деталей.

Для определения изменения значений коэффициентов датчиков при изменении температуры в диапазоне от- 180 до 100° С такой калориметр ставится на металлический стержень-холодильник и помещается в сосуд Дьюара с жидким азотом. По мере выкипания азота термическое сопротивление стержня-холодильника увеличивается и повышается температура градуировки. После испарения всего азота градуировка продолжается в режиме монотонного нагрева. Тепло, аккумулированное в теле датчика и центрального нагревателя, учитывается по скорости возрастания температуры.

При градуировках в диапазоне от О до ЮОС не были обнаружены изменения значений коэффициентов слоистых датчиков. При повышении и особенно понижении температуры за указанными пределами наблюдается заметное повышение значений рабочих коэффициентов.

2. КОНТАКТНЫЕ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КАЛОРИМЕТРЫ С ЗАМЕЩЕНИЕМ

Для низкотемпературной контактной градуировки датчиков разработана серия термоэлектрических калориметров, которые по принципу действия аналогичны описанному в параграфе 5 гл. IV абсолютному компенсационному (рис. 70).

Размеры приемника и термобатареи элемента 5 подбираются из расчета требуемой чувствительности и инерционности калориметра. Корпус калориметра удобно охлаждать водой с темпера-



турой, равной температуре окружающей среды. Термическое сопротивление стоку тепла через чувствительный элемент на два-три порядка меньше термического сопротивления теплоотдаче свободной конвекцией. Поэтому при малых разностях между тем-


у

у

-20 /

0 2

ч k

0 6

Рис. 70. Схема контактного Рис. 71. Градуировочная ха-

градуировочного устройства с за- рактеристика калориметра с заме-

мещением: щением.

/ - приемное тело; 2 - градуируемый датчик; 3 - источник тепла; 4 - нагреватель замещения; 5 - чувствительный элемент; б - корпус холодильника.

пературами окружающей среды и охлаждающей воды утечками тепла можно пренебречь.

Для градуировки калориметра строят зависимость сигнала чувствительного элемента от мощности нагревателя приемника тепловой энергии при установившихся режимах. Нагреватель 5 при этом работает на малых мощностях, что позволяет на градуируемом датчике в каждом режиме получать нулевой сигнал. Типичная низкотемпературная градуировочная характеристика приведена на рис. 71.

Результаты измерений ложатся около прямой, проходящей через начало координат, с разбросом не более 0,5 7о- Таким образом, с большой точностью устанавливается однозначная зависимость между сигналом чувствительного элемента и подводимой к приемнику мощностью.

При большом значении теплопроводности приемного тела чувствительный элемент калориметра одинаково реагирует как на энергию, поступающую от нагревателя замещения, так и на энергию, протекающую через градуируемый датчик Это дает возможность по построенной характеристике определить величину потока, пронизывающего градуируемый датчик, в следующих случаях.

1. При выключенном нагревателе замещения весь поток, регистрируемый сигналом чувствительного элемента, протекает через градуируемый датчик и вычисляется по построенной ранее характеристике, располагающейся в первом квадранте.

2. При замене нагревателя холодильником сигналы градуируемого датчика и чувствительного элемента калориметра ме-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 [ 44 ] 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64