Установка для предварительного тестирования батареи термоэлементов преобразователей теплового потока
Розроблено установку для попереднього визначення чутливості спіралі біметале-вих термоелементів та для експрес-визначення коефіцієнта перетворення перетворювачів теплового потоку. Разработана установка для предварительного определения чувствительности спирали биметаллических термоэлементов и для экс...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2009
|
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61063 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Установка для предварительного тестирования батареи термоэлементов преобразователей теплового потока / З.А. Бурова, Е.В. Шмаров, Л.В. Декуша, Л.И. Воробьев, В.И. Шаповалов // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 7. — С. 105-108. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860184859989770240 |
|---|---|
| author | Бурова, З.А. Шмаров, Е.В. Декуша, Л.В. Воробьев, Л.И. Шаповалов, В.И. |
| author_facet | Бурова, З.А. Шмаров, Е.В. Декуша, Л.В. Воробьев, Л.И. Шаповалов, В.И. |
| citation_txt | Установка для предварительного тестирования батареи термоэлементов преобразователей теплового потока / З.А. Бурова, Е.В. Шмаров, Л.В. Декуша, Л.И. Воробьев, В.И. Шаповалов // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 7. — С. 105-108. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Промышленная теплотехника |
| description | Розроблено установку для попереднього визначення чутливості спіралі біметале-вих термоелементів та для експрес-визначення коефіцієнта перетворення перетворювачів теплового потоку.
Разработана установка для предварительного определения чувствительности спирали биметаллических термоэлементов и для экспресс-определения коэффициента преобразования преобразователей теплового потока.
Device for preliminary definition of a bimetallic thermoelements coil sensitivity and for express-definition of heat-flow meters transformation factor is developed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:03:32Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, №7 105
УДК 536.5:536.6.7
Бурова З.А., Шмаров Е.В., Декуша Л.В., Воробьев Л.И., Шаповалов В.И.
Институт технической теплофизики НАН Украины
УСТАНОВКА ДЛЯ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ТЕСТИРОВАНИЯ БАТАРЕИ
ТЕРМОЭЛЕМЕНТОВ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА
Розроблено установку для попереднього визначення чутливості спіралі біметале-
вих термоелементів та для експрес-визначення коефіцієнта перетворен-
ня перетворювачів теплового потоку.
Разработана установка для предварительного определения чувствитель-
ности спирали биметаллических термоэлементов и для экспресс-определения
коэффициента преобразования преобразователей теплового потока.
Device for preliminary definition of a bimetallic thermoelements coil sensitivity
and for express-definition of heat-flow meters transformation factor is developed.
d – диаметр, м;
E – выходной сигнал ПТП, мВ;
f – площадь сечения, м2;
h – толщина ПТП, м;
K – коэффициент преобразования, Вт/(м2∙мВ);
L – длина отрезка спирали, м;
n – плотность навивки термоэлектродного
провода, витков/м;
q – поверхностная плотность теплового потока,
Вт/м2;
S – чувствительность ПТП, мВ∙м2/Вт;
T –температура, °С или К;
α – термоэлектрический коэффициент Зеебека,
мВ/К;
λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(м∙К);
θ – поправочный коэффициент;
ρ – удельное электрическое сопротивление,
Ом∙м;
Ф – формпараметр.
Индексы:
к – контрольный;
птп – преобразователь теплового потока;
сп – спираль;
эл – элемент спирали;
эт – эталонный.
Сокращения:
ПТП – преобразователь теплового потока.
В настоящее время наибольшее распростра-
нение в практике измерений теплового потока
(или его поверхностной плотности), сопрово-
ждающего различные физические и биологиче-
ские процессы как в научных экспериментах, так
и в производственных условиях, получили тер-
моэлектрические преобразователи теплового по-
тока (ПТП) по ГОСТ 30619-98 (ДСТУ 3756-98)
[1].
В ИТТФ НАН Украины разработаны и вы-
пускаются преобразователи различных моделей
и габаритов, учитывающих особенности контро-
лируемого объекта и условий эксплуатации [2].
Также ПТП являются неотъемлемой частью раз-
работанных в ИТТФ НАН Украины приборов и
установок для исследования различных тепло-
физических характеристик материалов и тепло-
энергетического оборудования [3 – 5] и служат
первичными термоэлектрическими преобразова-
телями теплового потока в электрический сигнал
постоянного тока.
ПТП изготавливают в виде вспомогатель-
ной стенки, состоящей из батареи идентичных
гальванических термоэлементов, включенных
параллельно по измеряемому тепловому потоку
и последовательно по генерируемому электри-
ческому сигналу. Монолитность обеспечивается
заливочным электроизоляционным компаундом
в жестком или гибком исполнении [6].
В основу конструкции ПТП положена лен-
товидная спираль из термоэлектродной прово-
локи с дискретно нанесенным покрытием пар-
ного термоэлектродного материала, навитой на
каркасную ленточку из электроизоляционной
пленки. Границы перехода от основного термо-
электрода к покрытым участкам являются спая-
ми термоэлементов. На рис.1 приведены схемы
спиральных батарей биметаллических термоэ-
лементов, которые в различных сочетаниях ис-
пользуются при изготовлении ПТП [7].
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, №7106
Рис.1. Схемы спиральных батарей биметалли-
ческих термоэлементов:
1 − основной термоэлектрод; 2 − биметал-
лический термоэлектрод (участок основного
термоэлектрода с нанесенным покрытием);
3 − спаи термоэлектродов; 4 − каркасная по-
лоска электроизоляционной пленки.
Для изготовления ПТП с заданными техни-
ческими параметрами необходимо предваритель-
но знать чувствительность термобатареи, чтобы
корректно определить длину спиралей для его
изготовления, а также выявить на ранней стадии
технологического процесса части спирали тер-
моэлементов, которые не соответствуют предъ-
являемым им параметрам. Чувствительность
ПТП или обратная величина – коэффициент пре-
образования определяют взаимосвязь между из-
меряемой поверхностной плотностью теплового
потока и выходным сигналом ПТП:
. (1)ПТП
KEq K E
S
= = ⋅
Решение этих задач потребовало разработки
специального устройства для предварительно-
го определения чувствительности спирали тер-
моэлементов (далее по тексту контролируемая
спираль) еще до укладки ее в матрицу, на кото-
рой осуществляют формование плоского ПТП.
Установка, функционально-структурная схема
которой приведена на рис. 2, представляет собой
совокупность функционально объединенных те-
плового блока (ТБ), в котором размещают обра-
зец исследуемой спирали термоэлементов и обе-
спечивают требуемые температурный и тепловой
режимы, и электронного блока (ЭБ), содержаще-
го средства регулирования тепловых режимов,
приема и обработки первичной измерительной
информации и передачи ее с использованием
последовательного интерфейса USB / RS-485 в
персональный компьютер (ПК) для дальнейшей
обработки по соответствующей программе.
Рис. 2. Функционально-структурная схема
установки для предварительного тестирова-
ния батареи термоэлементов ПТП:
ТБ – тепловой блок: ПТП – преобразователь
теплового потока; ЭП – эластичные про-
кладки; ТС – термометры сопротивления;
RН
НАГР, RН
ХОЛ– нагревательные элементы;
ЭБ – электронный блок: ИМ – измеритель-
ное микроконтроллерное устройство; ЦР1,
ЦР2 – цифровые регуляторы температуры;
БП – блок питания ЭБ; БПВ – блок питания
вентиляторов; ПрИ – преобразователь ин-
терфейсов USB / RS-485; ПК – персональный
компьютер; ПО – программное обеспечение.
Принцип работы ТБ установки, конструк-
тивная схема которого приведена на рис.3, со-
стоит в организации постоянного однонаправ-
ленного теплового потока через термоэлементы
спирали.
Рис. 3. Конструктивная схема теплового бло-
ка установки для предварительного тестиро-
вания батареи термоэлементов ПТП:
1 – нагреватель верхний; 2 – нагреватель ниж-
ний; 3 – контрольный ПТП; 4 – силиконо-
вые прокладки; 5 – спираль термоэлементов;
6 – штырьки для фиксирования поворотов
спирали; 7 – радиатор (теплосток); 8 – вен-
тилятор; 9 – слой теплоизоляции; 10 – груз;
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, №7 107
11 – основание; 12 – фиксатор спирали.
ТБ установки содержит два электрических
плоских нагревателя: верхний 1 и нижний 2,
между которыми помещают спираль термоэле-
ментов. На нижнюю поверхность верхнего на-
гревателя 1 последовательно приклеены кон-
трольный ПТП 3 с известной градуировочной
характеристикой и силиконовая прокладка 4.
Такая же силиконовая прокладка приклеена на
верхнюю поверхность нижнего нагревателя 2.
Между силиконовыми прокладками 4 зажи-
мают контролируемую спираль термоэлементов
5, предварительно уложенную на поверхности
нижнего нагревателя с фиксацией поворотов
спирали на специальных штырьках 6.
Нижний нагреватель 2 приклеен к радиато-
ру 7, выполняющему роль теплостока. Отведе-
ние теплоты от радиатора осуществляется вен-
тилятором 8.
Нагреватель 1 сверху изолирован слоем те-
плоизоляции 9 для предотвращения тепловых
утечек и снабжен грузом 10 для обеспечения
теплового контакта со слоями термоэлементов
спирали. Тепловой блок установки смонтирован
на основании 11.
Путем электронного регулирования тем-
пературы поверхностей обоих электронагре-
вателей 1 и 2 разность значений их темпера-
туры (Т1 и Т2) поддерживается постоянной:
Т1 - Т2 = const > 0. Благодаря этому через кон-
тролируемые термоэлементы проходит однона-
правленный тепловой поток. Из сравнения изме-
ряемых сигналов контрольного ПТП и спирали
термоэлементов находят коэффициент преобра-
зования отрезка спирали при условии, что пло-
щадь, по которой распределились термоэлемен-
ты, равна площади нагревателя:
, (2)
где KСП – коэффициент преобразования отрезка
спирали;
ЕK – сигнал контрольного ПТП;
KK – коэффициент преобразования контроль-
ного ПТП;
ЕСП – сигнал отрезка спирали.
Далее, если это необходимо, рассчитывают
средний коэффициент преобразования одного
термоэлемента, исходя из известной длины спи-
рали L и плотности навивки n парного термоэ-
лектродного провода на каркас:
K K
СП
СП
E KK
E
⋅
=
СП
ЭЛ
EK
L n
=
⋅
, (3)
где КЭЛ – средний коэффициент преобразования
одного термоэлемента.
Для пересчёта ожидаемого коэффициента
преобразования ПТП через коэффициент преоб-
разования спирали необходимо знать поправоч-
ный коэффициент θ, который рассчитывается по
следующему соотношению:
3K 3 3В 32 2 2 2
ПТП СП
1 1 1 1 1 1 1 1
2 2f ff fK K
f f f f
λ λλ λ
θ = = + + + + λ λ λ λ
,(4)
где индексы обозначают:
1 – основной материал проволоки,
2 – гальванически наносимый материал,
3К – заливочный компаунд,
3В – воздух.
Зависимость (4) получена с использованием
формулы для расчета коэффициентов преобразо-
вания ПТП KПТП и спирали КСП [8]:
3 31 2 2 2 1 1
1 2 1 1 1 1 1 2 ПТП
2 1ff f fK
f f f f h
λλ λ ρ
= × + + × + × α −α λ λ ρ ⋅
,(5)
где fПТП – площадь поверхности датчика.
На рис. 4 приведены графики зависимости
поправочных коэффициентов θ от формпараме-
тра Ф = (2f1+f2+f3)/f1 при различных значениях
коэффициента теплопроводности заливочного
компаунда для материалов основного термоэлек-
тродного провода и парного термоэлектродного
материала, которые наиболее часто используют-
ся при изготовлении ПТП.
Используя поправочный коэффициент θ
(рис. 4), находят ожидаемый коэффициент пре-
образования ПТП для выбранной гальваниче-
ской пары.
Установка для предварительного тестирова-
ния батареи термоэлементов преобразователей
теплового потока также позволяет определить
коэффициент преобразования уже изготовленно-
го ПТП с погрешностью не более 10 % за 5…10
минут, что позволяет выявить некачественные
ПТП до проведения их метрологической аттеста-
ции, которая занимает значительное количество
времени. Для этого необходимо провести серию
из двух последовательных измерений: первое
проводится с эталонным ПТП, второе выполня-
ется с идентичным по геометрическим параме-
трам тестируемым ПТП, коэффициент которого
определяется по следующей формуле:
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2009, т. 31, №7108
Рис. 4. Графики зависимости поправочных ко-
эффициентов θ от формпараметра Ф для раз-
личных значений коэффициента теплопрово-
дности λ заливочного компаунда:
λ = 1 – 0,1; 2 – 0,2; 3 – 0,3; 4 – 0,4; 5 – 0,5; 6 – 0,6;
7 – 0,7; 8 – 0,8; 9 – 0,9; 10 – 1,0.
ЭТ ЭТ K
ПТП ЭТ
ПТП К
K E EK
E E
⋅ ⋅
=
⋅
, (5)
где KЭТ – коэффициент преобразования эталон-
ного ПТП;
ЕЭТ – сигнал эталонного ПТП;
EК
ЭТ – сигнал контрольного ПТП при измере-
нии сигнала эталонного ПТП;
ЕПТП – сигнал тестируемого ПТП.
Выводы
1. Создана установка для предварительного
тестирования батареи термоэлементов преобра-
зователей теплового потока, позволяющая сокра-
тить время и материальные затраты при изготов-
лении ПТП.
2. Установка позволяет провести экспресс-
определение коэффициента преобразования из-
готовленного ПТП до проведения его метроло-
гической аттестации.
ЛИТЕРАТУРА
1. ГОСТ 30619-98 (ДСТУ 3756-98) Энергос-
бережение. преобразователи теплового потока
термоэлектрические общего назначения. Общие
технические условия.
2. Приборы для теплофизических измере-
ний: Каталог/ Ин-т проблем энергосбережения
АН УССР – Киев: Час, 1991. – 56 с.
3. Воробьев Л.И., Грищенко Т.Г., Декуша Л.В.
Бомбовые калориметры для определения тепло-
ты сгорания топлива // Инженерно-физический
журнал, т. 70, №5. – 1997. – С. 828-839.
4. Грищенко Т.Г., Декуша Л.В., Воробьев Л.И.
Комплекс аппаратуры для измерения и регистра-
ции тепловых параметров пламени / Пром. те-
плотехника, т. 24, №1.– 2002. – С. 113-116.
5. Декуша Л.В., Грищенко Т.Г., Воробьёв
Л.И. Полостной приемник теплового излучения
// Пром. теплотехника, т. 24, №4. – 2002. – С. 89-
92.
6. Геращенко О.А., Грищенко Т.Г., Декуша
Л.В. Методика конструирования оптимальных
преобразователей теплового потока // Проблемы
энергосбережения. – 1990, вып. 3. – С. 36-42.
7. Грищенко Т.Г., Декуша Л.В., Воробьев Л.И.
Измерения теплового потока и их стандартиза-
ция в Украине // Светопрозрачные конструкции.
– С.-Петербург, 2009. – № 4 (66). – С. 10-14.
8. Геращенко О.А. Основы теплометрии. –
К.: Наук. думка,1971. – 192 с.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-61063 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0204-3602 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:03:32Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Інститут технічної теплофізики НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Бурова, З.А. Шмаров, Е.В. Декуша, Л.В. Воробьев, Л.И. Шаповалов, В.И. 2014-04-23T20:54:32Z 2014-04-23T20:54:32Z 2009 Установка для предварительного тестирования батареи термоэлементов преобразователей теплового потока / З.А. Бурова, Е.В. Шмаров, Л.В. Декуша, Л.И. Воробьев, В.И. Шаповалов // Промышленная теплотехника. — 2009. — Т. 31, № 7. — С. 105-108. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61063 536.5:536.6.7 Розроблено установку для попереднього визначення чутливості спіралі біметале-вих термоелементів та для експрес-визначення коефіцієнта перетворення перетворювачів теплового потоку. Разработана установка для предварительного определения чувствительности спирали биметаллических термоэлементов и для экспресс-определения коэффициента преобразования преобразователей теплового потока. Device for preliminary definition of a bimetallic thermoelements coil sensitivity and for express-definition of heat-flow meters transformation factor is developed. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Установка для предварительного тестирования батареи термоэлементов преобразователей теплового потока Article published earlier |
| spellingShingle | Установка для предварительного тестирования батареи термоэлементов преобразователей теплового потока Бурова, З.А. Шмаров, Е.В. Декуша, Л.В. Воробьев, Л.И. Шаповалов, В.И. |
| title | Установка для предварительного тестирования батареи термоэлементов преобразователей теплового потока |
| title_full | Установка для предварительного тестирования батареи термоэлементов преобразователей теплового потока |
| title_fullStr | Установка для предварительного тестирования батареи термоэлементов преобразователей теплового потока |
| title_full_unstemmed | Установка для предварительного тестирования батареи термоэлементов преобразователей теплового потока |
| title_short | Установка для предварительного тестирования батареи термоэлементов преобразователей теплового потока |
| title_sort | установка для предварительного тестирования батареи термоэлементов преобразователей теплового потока |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/61063 |
| work_keys_str_mv | AT burovaza ustanovkadlâpredvaritelʹnogotestirovaniâbatareitermoélementovpreobrazovateleiteplovogopotoka AT šmarovev ustanovkadlâpredvaritelʹnogotestirovaniâbatareitermoélementovpreobrazovateleiteplovogopotoka AT dekušalv ustanovkadlâpredvaritelʹnogotestirovaniâbatareitermoélementovpreobrazovateleiteplovogopotoka AT vorobʹevli ustanovkadlâpredvaritelʹnogotestirovaniâbatareitermoélementovpreobrazovateleiteplovogopotoka AT šapovalovvi ustanovkadlâpredvaritelʹnogotestirovaniâbatareitermoélementovpreobrazovateleiteplovogopotoka |