64.Основные задачи измерений тепловых потоков. Классификация датчиков теплового потока (дтп). Физические модели «тепловых» дтп.

Датчики теплового потока (ДТП) - специализированные приборы, непосредственно измеряющие плотность теплового потока (ТП). Их ис­пользование, как правило, дает более полную и точную информацию об исследуемом процессе передачи и распространения тепловой энергии, чем использование для этой цели нескольких датчиков температуры. Случай чисто конвективного ТП реализуется тогда, когда ТП обу­словлен разностью температур испытываемого объекта и обтекающей его внешней среды, а лучистая компонента теплового потока отсутствует. При этом плотность ТГ1 пропорциональна разности температур внешней среды и испытываемого объекта и зависит от их физических свойств (теплопро­водности, теплоемкости, плотности) и скорости обтекающего потока. Зачастую ТП, действующий на испытываемый объект, включает в себя как лучистую, так и конвективную составляющие. При этом датчики будут измерять суммарный проходящий через них ТП. Для измерения од­ной из компонент ТП предпринимают специальные меры. Так, для измере­ния конвективной составляющей ТП (и исключения влияния лучистого ТП) на поверхность тепловоспринимающего элемента ДТП наносятся зер­кальные покрытия с коэффициентом поглощения А, близким к нулю. К основным задачам измерений тепловых потоков на объектах авиа­ционной и ракетно-космической техники следует отнести:

1.Измерение кондукгивных (A:At/Ax) медленноменяющихся ТП ма­лой (менее 1 Вт/м') величины в диапазонах температур от минус 150°С до плюс 150°С для контроля качества теплоизоляции. 2.Измерение лучистых тепловых потоков в диапазоне 0,1...2 кВт/м² для обеспечения контроля имитаторов излучения Солнца и планет при те­пловакуумных испытаниях космической техники, а также в метеорологии.3.Измерение конвективных быстроменяющихся тепловых потоков в диапазоне 10... 10000 кВт/м² при газодинамических испытаниях объектов и модулей авиационной и ракетно-космической техники.4.Измерение лучистых, конвективных и суммарных (лучисто конвективных) тепловых потоков в диапазоне 20...5000 кВт/м , поступаю­щих в элементы конструкции от факелов двигательных установок, при аэ­родинамическом торможении объектов в плотных слоях атмосферы, испы­таниях и отработке мощных теплоэнергетических установок. К основным требованиям, предъявляемым к датчикам конвективного теплового потока, при газодинамических испытаниях, несомненно, следует отнести предельно малые инерционность и габариты датчиков. Существующие на сегодняшний день, можно разделить на две большие группы: a)ДТП с использованием фотоэлектрического эффекта (и примы­кающего к нему по области использования пироэлектрического эффекта); b)«тепловые» ДТП, использующие преобразование измеряемого ТП в изменение температуры ТВЭ. Первая группа ДТП широко распространена и используется, в ос­новном, для измерения (обнаружения) ТП сверхмалых интенсивностей (приборы ночного видения, фотоэлектрические усилители). Ее особенно­стью является прямое преобразование оптического излучения в электриче­ский сигнал. Использо­вание пироэлектриков крайне затруднено по своей конструктивной реали­зации. «Тепловой» принцип предусматривает промежуточное преобразо­вание ТП в температуру. ТП воспринимается ТВЭ, нагревает его, и уже температурные изменения преобразуются в электрический сигнал. Необходимо отметить, что температура ТВЭ зависит не только от поступающего в него теплового потока, но и от теплообмена ТВЭ с эле­ментами конструкции датчика и окружающей средой. Работу физическим моделям могут быть раз­биты на две основные группы: 1.ДТП, физическая модель которых описывается одномерным урав­нением теплопроводности, (координатная ось совпадает с направлением распространения тепла) 2.ДТП. физическая модель которых описывается двумерным уравне­нием теплопроводности, (координатные оси лежат в плоскости ТВЭ). В силу цилиндрической симметрии конструкции этих ДТП уравнение теплопроводности также сводится к одномерному в цилиндрических координатах. В зависимости от толщины ТВЭ, времени измерения (воздействия) ТП, теплофизических характеристик материалов ТВЭ и подложки, количе­ства и места установки термопрсобразоватслсй, и, наконец, граничных ус­ловий одномерные ДТП подразделяются на: тонкопленочные; калориметрические; градиентные (ДТП с продольным градиентом температуры). Датчики второй группы часто называют ДТП с поперечным градиен­том температуры.