Устройство для измерения удельной теплоемкости материалов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ : УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее калориметр с адиабатической оболочкой, нагреватель адиабатической оболочки, соединенный с блоком адиабатического регулирования , нагреватель образца, тепломер , термопреобразователь темпег ратуры образца и термопреобразователь ошибки адиабатического регулирования , блок питания нагревателя образца, интерфейс, соединенный с таймером, центральным процессорным блоком, блоком памяти, пультом управления сигналами интерфейса, аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к термопреобразователю температуры образца, а выходом - к интерфейсу, отличающееся тем, что с целью повышения точности при одновременном расширении функциональных возможностей , в него дополнительно введены , термопреобразователь перепада . температур на образце, цифроаналоговый преобразователь, регулятор программного разогрева, аналогоi цифровой преобразователь выполнен многоканальным и входами подключен (Л к термопреобразователю ошибки адиабатического регулирования и термопреобразователю перепада температур на образце и тепломера, причем блок питания нагревателя образца подключен к интерфейсу через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и регулятор программного разогрева. СП 00 05 ю

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(51) G 01 N 25 20

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и

Н ABT0PCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3446195/18-25 (22) 01.06.82 (46) 30.11.83, Бюл. Р 44 (72) В.М.Бурковский, A.Â.Ñàõàðîâ, М.Я.Сохрин,A.Í.Шкамарда и В.Б.Эстер-. ки н (71) Государственное специальное конструкторское бюро теплофизического приборостроения (53) 536.6 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 513304, кл. G 01 N 25/20, 1976.

2. Адиабатический прибор для измерения удельной теплоемкости. Выс. тавка "Наука" 78" . М., СССР, 13-23 октября 1978 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УДЕЛЬНОЙ TEIIJIOENKOCTH МАТЕРИАЛОВ, содержашее калориметр с адиабатической оболочкой, нагреватель адиабатической оболочки, соединенный с блоком адиабатического регулирования, нагреватель образца, тепломер, термопреобраэователь темпе-, ратуры образца и термопреобразователь ошибки адиабатического регулирования, .блок питания нагревате„„SU„„57832 A ля образца, интерфейс, соединенный с таймером, центральным процессорным блоком, блоком памяти, пультом управления сигналами интерфейса, аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к термопреобразователю температуры образца, а выходом — к интерфейсу, о т л и ч аю щ е е с я тем, что с целью повышения точности при одновременном расширении функциональных возможностей, в него дополнительно введены термопреобразователь перепада . температур на образце, цифроаналоговый преобразователь, регулятор программного разогрева, аналогоцифровой преобразователь выполнен многоканальным и входами подключен к термопреобразователю ошибки адиабатического регулирования и термопреобразователю перепада температур на образце и тепломера, причем блок питания нагревателя образца подключен к интерфейсу через последовательно соединенные цифроаналоговый

;преобразователь и регулятор программного разогрева.

1057832

Изобретение относится к устройствам для определения удельной теплоемкости материалов и может быть использовано в приборостроении, машиностроении и экспериментальной технике.

Известно устройство для опре.целения удельной теплоемкости, содержащее калориметр с двумя адиабатическими оболочками, нагревателями первой и второй адиабатических обо- 10 лочек, нагревателем образца, термопреобразователем температуры образца, термопреобразователем разности температур образца и первой адиабатической оболочкой, термопреобразователем разности температур образца и второй адиабатической оболочкой, блок питания нагревателя первой адиабатической оболочки, блок питания нагревателя второй адиабатической оболочки, блок питания нагревателя образца, блок программного нагрева образца и регулятор программного нагрева образца Г1 1.

Недостатком известного устройства является отсутствие контроля

25 поддержания адиабатических условий и возникающая при этом погрешность в определении удельной теплоемкости.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения удельной теплоемкости, содержащее калориметр с адиабатической оболочкой, нагревателем адиабатической оболочки, 35 нагревателем образца, термопреобразователем ошибки адиабатического регулирования, термопреобразователем температуры образца и термо преобразователем ошибки адиабатического регулирования, блок питания нагревателя образца, блок адиабатнческого регулирования, интерфейс, таймер, центральное процессорное устройство, схему управления сигналами интерфейса и аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к термопреобразователю темпера уры образца, а выходом — к интерфейсу (2 ).

5О

Недостатком такого устройства является снижение точности определения удельной теплоемкости ввиду отсутствия контроля точности поддержания адиабатических условий и учета возникающей при этом погрешности.

Цель изобретения - повышение точности измерений при одновременном расширении функциональных возможностей. указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения удельной теплоемкости материалов, содержащее,калориметр с адиабатической оболочкой, нагревателем адиаба— тической оболочки, нагревателем 65 образца, тепломером, термопреобразователем температуры образца и термопреобразователем ошибки адиабатического регулирования, блок питания нагревателя образца, блок адиабатического регулирования, интерфейс, таймер, центральное процессорное уст" ройство, запоминающее устройство, пульт управления сигналами интерфейса и аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к термопреобразователю температуры образца и выходом к интерфейсу, дополнительно введены термопреобразователь перепада температур на образце, цифроаналоговый преобразователь, регулятор программного разогрева, аналого-цифровой преобразователь выполнен многоканальным и входами подключен к термопреобразователю перепада температур на образце и тепломера, причем блок питания нагревателя образца подключен к интерфейсу через последовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и регулятор программного разогрева.

Такое выполнение устройства позволяет учесть ошибку поддержания адиабатических условий при определении удельной теплоемкости и тем самым повысить точность измерения удельной теплоемкости. При этом одновременно расширяются функциональные возможности за счет измерения теплопроводности и температуролроводности.

На чертеже показана блок-схема устройства„ устройс".во содержит измерительную ячейку 1 (калориметр 1 с адиабатической оболочкой 2, нагревателем 3 адиабатической оболочки, подключенным к выходу блока 4 адиабатического регулирования, термопреобразователем

5 ошибки адиабатического регулирования, подключенным к входу блока 4 адиабатического регулирования и к входу многоканального аналого-цифрового преобразователя 6. Образец 7 помещается в измерительную ячейку 1.

Нагреватель 8 образца подключен к выходу блока 9 питания нагревателя образца, Термопреобразователь 10 температуры образца. подключен к входу многоканального аналого-цифрового преобразователя 6. Интерфейс 11 подключен к таймеру 12, центральному процессорному блоку 13, запоминающему устройству 14 и многоканальному аналого-цифровому преобразователю 6.

Кроме этого, уcòðoéñòâî имеет тепломер 15, подключенный к входу многоканального аналого-цифрбвого преобразователя 6, и " ермопреобразбватель 16 перепада температур на образце,, подключенный так же к входу многоканального аналого-цифрового

l;j)e0f. :,. азователя 6. Тепломер 15 и

-.,=ìîïðåoáîàýoçàòåëü 16 перепада темвЂ;:ератур на образце находятся в иэ1057832 мерительной ячейке 1. Цифроаналого=- вый преобразователь 17 подключен входом к интерфейсу 11, а выходом— к входу регулятора 18 программного нагрева, который выходом подключек входу блока 9 нагрева образца.

Имеющийся в устройстве пульт 19

;управления подключен к интерфейсу 11, Устройство работает следующим образом.

Образец 7 помещают в измеритель- 10 ную ячейку 1. Через равные промежутки времени таймер 12 вырабатывает сигналы прерывания, поступающие через интерфейс 11 в центральный процессорный блок 13. По сигналу тай- )5 мера 12 центральный процессорный блок 13 вырабатывает задающее воздействие для контура регулирования программного нагрева. Сигнал с термопреобразователя 10 температуры образца через многоканальный аналого-цифровой преобразователь б и интерфейс 11 поступает в центральный процессорный блок 13, где преобразуется в значение температуры образца и сравнивается с задающим воздействием. Выработанная разность, являющаяся ошибкой регулирования контура программного разогрева, поступает через интерфейс 11 на вход цифроаналогового преобразователя 17 ЗО и обрабатывается регулятором 18 ,программного разогрева, подключенным через блок 9 питания нагревателя образца к нагревателю 8 образца. Блок

4 адиабатического регулирбвания 35 по сигналу термопреобразователя 5 ошибки адиабатического регулирования управляет нагревателем 3 адиабатической оболочки, обеспечивая выполнение условия адиабатики.

Параметры образца, необходимые для вычислений, вводятся с пульта

19 управления; При достижении об.,разцом заранее заданных значений температуры производятся измере45 ния перепада температур на образце

7 термопреобраэователем 16 перепада температур на образце, сигнала с тепломера 15 и сигнала с термопреобразователя 5 адиабатического регулирования. Измеренные значения через многоканальный аналого-цифровой преобразователь 6 и интерфейс 11 поступают в центральный процессорный .блок 13, который по этим значениям и сигналам таймера 12 вычисляет теплофизические параметры образца по программе, хранимой в запоминающем устройстве 14 в соответствии с методом равномерного разогрева.

В формуле для расчета теплофизических параметров вводятся поправки, учитывающие теплообмен образца с адиабатической оболочкой.

Поправка на теплообмен образца с оболочкой получена из решения уравнения теплопроводности для тонкого стержня, разогреваемого с постоянной скоростью, с теплоотдачей на боковой и торцовой поверхностях, Из расчета поправки на теплообмен видно, что в опыте выгодно обеспечивать такие-.условия,при которых верхняя точка образца будет несколько недогрета по отношению к оболочке (Up(01, где Vp- разности температур между верхней точкой образца и оболочкой, а суммарная поправка на теплообмен оказывается меньше на 2-3Ъ.

Таким образом, техническим преимуществом изобретения является возможность учета ошибки поддержания адиабатических условий, что позволяет снизить погрешность измерений на 2- .

ЗЪ. Устройство не только обладает высокой точностью измерения теплоемкости, но и имеет широкие функциональные возможности, позволяя одновременно определять теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность материала. B сравнении с известными измерителями теплофиэических свойств ИТС-2 и ИТС-400 предлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения с 10% до 7Ъ.