66.Градиентные (с продольным и поперечным градиентом) дтп

Градиентными называются датчики, принцип действия которых ос­нован на измерении градиента температуры на известном термическом со­противлении.

Датчик с продольным градиентом. В одномерных датчиках с продольным градиентом тепловой поток определяется по измеренной раз­ности температур ДГ между тепловоспринимающей и тыльной поверхно­стями ТВЭ. В случае термостагирования тыльной поверхности ТВЭ реше­ние одномерного уравнения теплопроводности с краевыми условиями вто­рого рода позволяет получить простое выражение для определения тепло­вого потока в стационарном режиме. Датчики теплового потока с продольным градиентом получили ши­рокое распространение для измерения стационарных тепловых потоков. Их достоинством являются простота обработки сигнала и отсутствие пря­мых ограничений на длительность работы (в отличие от тонкопленочных и калориметрических). Время работы датчика с продольным градиентом оп­ределяется теплоемкостью термостатирующего элемента и величиной теп- лопотерь с ТВЭ в боковую изоляцию. Эти ограничения обычно снимаются при принудительном охлаждении жидкостью или газом тыльной поверх­ности ТВЭ. Одиночный датчик представляет собой плоскую дифференциальную термопару, промежуточный термоэлектрод которой образует термическое сопротивление, на котором формируется и измеряется разность темпера­тур АТ. В качестве материала для среднего слоя часто используется кон- станган, либо комель, крайние пластины обычно выполняются из меди. Для увеличения чувствительности необходимо увеличение толщины датчика. Однако при этом возрастает показатель тепловой инер­ции датчика. Датчики с поперечным градиентом температуры. ДТП, предложенный Р. Гардоном, является наиболее известным и распростра­ненным датчиком с поперечным градиентом температуры. Его принцип действия основан на измерении разности температуры, возникающей при воздействии теплового потока между центром и пери­ферией тонкого константанового диска (ТВЭ), закрепленною на медном теплоотводе с достаточно большой теплоемкостью (в идеале — с постоян­ной температурой). Разность температур измеряется дифференциальиой термопарой, образованной центральным медным электродом, ТВЭ и теп­лоотводом. Таким образом, чувствительность датчика прямо пропорциональна квадрату радиуса ТВЭ и обратно пропорциональна его толщине. Это по­зволяет варьировать чувствительность датчика в широких пределах без изменения посадочного места, что важно при создании унифицированных средств измерений.

Основным достоинством датчика Гардона является линейность его градуировочной характеристики в широком интервале температур и теп­ловых потоков благодаря взаимной компенсации зависимости от темпера­туры термоэлектрического коэффициента пары медь - константан и тепло­проводности константа. Нелинейность градуировочной характеристики датчика при разогреве центра ТВЭ до плюс 250°С не превышает 3%.

Основным недостатком датчика Гардона является его низкая чувст­вительность при малой инерционности. При этом необходимо отметить, что чувствительность датчика Гардона более чем на порядок выше чувст­вительности одиночного датчика с продольным градиентом (при одинако­вых инерционностях датчиков).

Существенное увеличение чувствительности датчика с поперечным градиентом может быть достигнуто при использовании для измерения пе­репада температур пленочных батарей дифференциальных термопар. Обеспечение максимальной чувствительности датчиков позволяет исполь­зовать материалы с большим значением термоэлектрического эффекта: висмут, сурьма, тройные сплавы на основе Bi₂Tc3.