Разработка и исследование кондуктивных методов и средств передачи единицы плотности теплового потока

• Автор: Троценко, Дмитрий Петрович
• Шифр специальности: 05.11.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 118 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ
МЕТРОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕПЛОМЕТРИИ
1.1 Средства измерений теплового потока
1Л. 1 Первичные преобразователи и приборы для измерений плотности теплового потока
1.1.2 Исследование возможности создания датчиков теплового потока
на основе кремния
1.2 Обеспечение единства измерений поверхностной плотности теплового потока
1.2.1 Государственная поверочная схема для средств измерений
плотности теплового потока
1.2.2 Государственный первичный эталон единицы поверхностной плотности теплового потока
1.2.3 Методы передачи единицы плотности теплового потока
1.3 Задачи в области развития метрологического обеспечения теплометрии
2 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ КОНДУКТИВНЫХ
МЕТОДОВ И СРЕДСТВ КАЛИБРОВКИ
2.1 Перспективы метрологического обеспечения теплометрии
2.1.1 Актуальность поиска новых методов и средств передачи единицы плотности теплового потока
2.1.2 Исследование возможности использования термомагнитных
эффектов для калибровки средств измерений теплового потока
2.2. Универсальная теплометрическая установка БТС
2.2.1 Метод и теплометрическая установка на основе использования большого теплового сопротивления
2.2.2 Исследования неоднородности теплового поля установки
2.2.3 Применение установки БТС для определения теплового сопротивления теплоизоляционных материалов и их теплопроводности
2.3 Кондуктивный метод и установка УТСт с параллельным по тепловому

потоку расположением калибруемых датчиков
2.3.1 Выбор рабочей среды теплометрического блока установки
2.3.2 Описание установки УТСт
2.3.3 Методика алгоритмического исключения влияния неоднородности
теплового поля
2.4 Метод и установка РТУ с последовательно-параллельным по тепловому потоку расположением калибруемых датчиков
2.4.1 Метод последовательно-параллельного расположения датчиков относительно распространения теплового потока
2.4.2 Теплометрическая установка РТУ
3 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СОЗДАННЫХ СРЕДСТВ ПЕРЕДАЧИ ЕДИНИЦЫ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА
3.1 Исследование метрологических характеристик теплометрической установки БТС
3.1.1 Источники и оценка погрешностей определения коэффициентов преобразования калибруемых датчиков
3.1.2 Исследование погрешностей установки БТС при измерениях теплового сопротивления и теплопроводности
3.2 Исследование метрологических характеристик теплометрической установки УТСт
3.2.1 Оценка влияния методических погрешностей на результаты калибровки датчиков в установке УТСт
3.2.2 Погрешность определения коэффициентов преобразования
калибруемых датчиков
3.3 Исследование метрологических характеристик теплометрической установки РТУ
3.3.1 Методические погрешности калибровки датчиков в установке РТУ
3.3.2 Источники погрешностей определения коэффициентов
преобразования калибруемых датчиков в установке РТУ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Все явления и процессы в природе представляют собой различные формы движения материи. Каждое тело, как форма существования материи, обладает определенным запасом внутренней энергии, определяющей то или иное фазовое состояние тела и его температуру. Своей энергией тело обменивается с окружающими его телами, имеющими другую температуру. Этот процесс называют теплообменом.
Теплообмен является одним из важнейших и глобальных процессов в природе. Количественно теплообмен характеризуют тепловым потоком. Тепловой поток - это количество теплоты (энергии), передаваемой через изотермическую поверхность в единицу времени.
При решении различных технических задач часто возникает необходимость сравнения интенсивности тепловых потоков, пронизывающих поверхности объектов, имеющих разные площади. Для этого используют понятие поверхностная плотность теплового потока.
Степень разработанности проблемы.
Вид измерений, связанный с определением теплового потока и его поверхностной плотности, принято называть теплометрией. Технической основой тепло-метрии являются измерительные преобразователи (датчики) теплового потока, которые преобразуют измеряемую плотность теплового потока в электрический сигнал.
Датчики теплового потока широко используют при изучении тепловых процессов в теплоэнергетике, в авиационной и ракетно-космической технике, в геофизике и медицине.
Первыми научными центрами в области теплометрии были Институт технической теплофизики (ИТТФ) академии наук Украины (г. Киев), Харьковский авиационный институт, Институт измерительной техники (г. Королёв), Институт холодильной промышленности и специализированное конструкторское бюро теп-

Суммарная стандартная неопределенность равна 0,6 %. Расширенная неопределенность с коэффициентом охвата К=3 - 1,7% и с коэффициентом охвата К=2 -1,3% [21].
1.2.3 Методы передачи единицы плотности теплового потока
Передача единицы поверхностной плотности теплового потока осуществляется в настоящее время в соответствии с ГОСТР 8.797 - 20121 различными теплометрическими установками. Наибольшее распространение в диапазоне от 1 до 500 Вт/м2 получили кондуктивные установки, основанные на сравнении показаний одинаковых по размерам калибруемого и эталонного датчиков, когда через них проходит одинаковый тепловой поток, рисунок 7. Тепловой поток создается за счет разности температуры нагревателя 1 и холодильника 2 , между поверхностями которых помещены калибруемый 3 и эталонный датчик 4. Для исключения влияния окружающей среды на калибровку датчиков, их помещают в термостатированную камеру 5, охлаждаемую газообразным азотом. Нагрев и охлаждение выполняется посредством термоэлектрических преобразователей - элементов Пельтье [1,40].
Из условия равенства плотностей тепловых потоков
Я = КоЕ0= К,Е,; К, = К0 Е0/К, , (1.4)
где К0, - коэффициент преобразования эталонного датчика;
Е0 - сигнал от эталонного датчика;
К] - коэффициент преобразования калибруемого датчика;
ЕI - сигнал от калибруемого датчика.
1 ГОСТ Р 8. 749-2012. ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений
поверхностной плотности теплового потока в диапазоне от 1 до 10 000 Вт/м2. - М.: Стандар-тинформ,2012.