Устройство для определения теплофизических свойств материалов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, например, капиллярно-пористых, волокнистых и тканей, содержащее тепломеры , закрепленные на поверхности хермостатируемой камеры, и нагреватель , теплоотводящая поверхность которого параллельна и обращена к тепловоспринимакщей поверхности тепломеров , отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений, в него введены механизм плоскопараллельного перемещения , температуровыравнивающая пластина из высокотеплопроводного материала и датчик индикации касания нагревателя с температуровыравнивающей пластиной, при этом температуровыравнивающая пластина установлена между поверхностями нагревателя и тепломеров, выполненных с разными термическими сопротивлениями, на поверхности нагревателя, жестко скрепленного с подвижной частью механизма плоскопараллельного перемещения, § установлены датчики индикации касания нагревателя с температуровыравсл нивающей пластиной, причем отношение массы пластины к площади контакта ее с . с испытуемым материалом пропорционально заданному давлению на материал .

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(50 G 01 N 25 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOtAY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3487938/18-25 (22) 10.09,82 (46) 23,12,83, Бюл. Р 47 (72) T. Г. Грищенко; О.A.Ãåðàùåíêo, Л. В . Декуша и Л. К . Малик (71) Институт технической теплофизики AH Украинской CCP (53) 536.6(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 783664, кл. G 01 N 25/18, 1979.

2. Авторское свидетельство СССР

)) 911278, кл. G 01 N 25/18, 1980 (прототип). (54 ) (57 ) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕПЛОфИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, например, капиллярно-пористых, волокнистых и тканей, содержащее тепломеры, закрепленные на поверхности термостатируемой камеры, и нагрева .тель, теплоотводящая поверхность которого параллельна и обращена к тепловоспринимающей поверхности тепломеров, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений, в него введены механизм плоскопараллельного перемещения, температуровыравнивающая пластина из высокотеплопроводного материала и датчик индикации касания

° нагревателя с температуровыравнивающей пластиной, при этом температуровыравнивающая пластина установлена между поверхностями нагревателя и тепломеров, выполненных с разными термическими сопротивлениями, на поверхности нагревателя, жестко скрепленного с подвижной частью механизма плоскопараллельного перемещения, установлены датчики индикации касания нагревателя с температуровыравнивающей пластиной, причем отношение массы пластины к площади контакта ее ,с испытуемым материалом пропорционально заданному давлению на мате.риал.

1062586

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для исследования теплозащитных свойств материалов, в частности для определения термического сопротивления и теплопроводности образцов волокнистых материалов, тканей, жидких и газообразных веществ, применяемых для их наполнения, Известно устройство для определения коэффициента теплопроводности 10 материалов, содержащее нагреватель, холодильник, датчик теплового потока, держатель образца исследуемого материала, ленточные термопары в эластичных обкладках, установленные 15 соосно, и индикатор толщины образца, причем датчик теплового потока приклеен в рабочей поверхности холодильника и выполнен с покрытием холодильника,- причем покрытие холодильника и да.тчик теплового потока выполнены в монолите из идентичного материала (1), Недостатком устройства является невозможность широко варьировать 25 нормируемую нагрузку на образец, особенно в области малых значений (менее 500 Н/м ) . Кроме того, устройство не позволяет корректно измерять термическое сопротивление и 30 тем -.=; лее коэффициент теплопроводнос ти волокнистых материалов и тканей, .: .ть измерения теплопроводно=ти =- òèõ материалов оказывает вл. †. н.-.;.=- низкая точность измерения раз -;:остей температур, особенно мальх значений на тонких слоях материа ла..

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства; на фиг. 2 схема соединения искомого термического сопротивления исследуемого материала (Нк) и термических сопротивлений тепломеров -(R„ и R<), служащих для измерения тепловых потоков (c(< и с ), проходящих через цепи моста, Устройство (фиг. 1) содержит тепломеры 1 и 2, закрепленные на тепловоспринимающей поверхности термостатированной камеры 3, и нагреватель

4, теплоотдающая поверхность которо45 го обращена к теплопринимающей поверхности тепломеров 1 и 2, Нагреватель 4 жестко скреплен с механизмом

5 плоскопараллельного перемещения, позволяющим изменить величину зазора между нагревателем 4 и тепломерами

1 и 2, В зазоре между нагревателями

4 и тепломерами 1 и 2 на тепловос, принимающей поверхности тепломеров свободно установлена температуровыравнивающая пластина 6. По периферии теплоотдающей поверхности нагревателя 4 смонтированы датчики 7 индикации касания нагревателя 4 с температуровыравнивающей пластиной 6.

Для фиксирования положения образца 8 исследуемого материала, помещаемого между тепломерами 1 и 2 и температуровыравнивающей пластиной

6, устройство снабжено прижимным ,кольцом 9 с закрепленными на нем фиксирующими устройствами иглами и

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения коэффициента теплопроводности жидкостей и газов, содержащее тепломеры, закрепленные на поверхнссти термостатируемой камеры, а также нагреватель, теплоотдающая поверхность которого параллельна и обращена к тепловоспринимающей поверхности тепломеров (2), К недостаткам известного устройства следует отнести фиксированные геометрические размеры (толщина) измерительной ячейки, что делает невозможны корректное изменение теплофизических свойств тканей. Кроме того, в устройстве не предусмотрена возможность задавать и контролировать нормируемую нагрузку на образец в случае волокнистых, тканых и нетканых материалов, что приводит к получению случайных значений, не позволяющих „-удить о теплозащитных качествах материалов.

Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения теплофизических свойств материалов.

Эта цель достигается тем, что в устройстве для определения теплофизических свойств материалов, например, кациллярно-пористых, волокнистых и тканей, содержащем тепломеры, закрепленные на поверхности термостатируемой камеры, а также нагреватель, теплоотводящая поверхность которого параллельна и обращена к тепловоспри нимающей поверхности тепломеров, введены механизм плоскопараллельного перемещения, температуровыравнивающая пластина из высокотеплопроводного материала и датчик индикации касания нагревателя и температуровыравнивающей пластиной, при этом температуровыравнивающая пластина свободно установлена между поверхностями нагревателя и тепломеров, выполненных с разными термическими сопротивлениями, на поверхности нагревателя, х<естко скрепленного с подвижной частью механизма плоскопараллельного перемещения, установлены датчики индикации касания нагревателя с температуровыравнивающей пластиной, причем отношение массы пластины к площади контакта ее с исследуемым материалом пропорционально заданному давлению на материал.

1062586 профилированным кольцом 10. Профилированное кольцо 10 выполнено с кольцевой проточкой, в которую вводят фиксирующие иглы при закреплении образца 8. Кроме того, устройство снабжено съемным колпаком 11, герметич- 5 но соединяемым с термостатированной камерой 3. В колпак 11 вмонтированы штуцера 12 для замещения газовой среды в рабочем объеме устройства и контроля давления этой среды. 10

Тепломеры 1 и 2 выполнены с неодинаковыми термическими сопротивлениями, что можно обеспечить использованием для заливки тепломеров компаундов с контрастной теплопроводностью либо изготовлением тепломеров с неодинаковой плотностью укладки термоэлементов, либо выполнением защитных электроизоляционных покрытий тепломеров разных толщин.

Тепловоспринимающая поверхность термостатированной камеры 3, на Которой закреплены тепломеры 1 и 2, выполнена из высокотеплопроводного материала для обеспечения изотермических условий в плоскости с тепломерами 1 и 2. Теплоотводящая поверхность нагревателя 2 выполнена из высокотеплопроводного материала для обеспечения изотермических условий на этой поверхности.

Датчики 7 индикации касания нагревателя 4 с температуровыравниваюшей пластиной б служат для регулирования зазора между нагревателем 4 и пластиной б, обеспечивают условие, З5 при котором образец 8 не испытывает иной нагрузки, кроме нормируемой, задаваемой с помощью температуровыравнивающей пластины б.

Тепловое состояние моста описывается системой следующих уравнений ъА+я,)= т„} с 2 И к г) = дт(} (2)

Ю Х} 2> где Ч,, Чг, — плотность теплового потока по первой и второй вервям моста.

Решением этой системы получаются расчетные для искомого термического сопротивления:

Ъrq -"г (- }„( (3) Температуровыравнивающая пластина б выполнена из высокотепловодного материала для обеспечения изотермических условий на поверхности образца 8, обращенной к нагревателю 4, а также для создания требуемой нормируемой нагрузки на образец. Последние достигается температуровыравнивающей пластины б с заданным отношением массы пластины к площади контакта с исследуемым образцом 8.

Устройство комплектуется набором температуровыравнивающих пластин б одинаковой площади, но разной толщины, благодаря чему обеспечена возможность варьировать нагрузку íà об- 55 раэец 8 в заданном интервале ее значений.

Устройство работает следующим образом.

Образец 8 исследуемого материала, 60 например, текстильного, изготовленный в форме диска, помещают на тепловоспринимаемую поверхность тепломеров 1 и 2, фиксируют его положение при помощи прижимного кольца 9, фикс ирукщие иглы которого, пронизы. вая образец 8, вводят в проточку профилированного кольца 10. Сверху на образец устанавливают температуровыравнивающую пластину 6 требуемых размеров.

При помощи механизма перемещения опускают нагреватель 4 до касания с температуровыравнивающей пластиной

6, о чем судят по показаниям датчиков 7. В момент замыкания цепи индикации вращения маховика в обратную сторону нагреватель 4 выводят иэ положения касания с пластиной б, устанавливая зазор порядка 0,1 — 0,2 мм.

Через штуцера 12 при необходимости производится откачка воздуха иэ рабочего пространства устройства и заполнение его газовой средой необходимого давления, На нагреватель 4 подают питание, включают систему термостатирования камеры 3, подключают тепломеры 1 и 2 к регистрирующей аппаратуре и производят наблюдение за их показаниями.

В установившемся тепловом состоянии записывают значения термо-ЭДС, гене,рируемых тепломерами 1 и 2, значение термического сопротивления или коэф-. фициент теплопроводности.

Устройство работает по методу теплометрического моста.

Первая ветвь моста состоит из двух последовательно расположенных термосопротивлений R< и ((г,на концах которой при помаши нагревателя

4 и термостатируемой камеры 3 создается перепад температур д Т, =Т(-Т, где Т и Тг соответственно температуры температуровыравнивающей пластины 6 и тепловоспринимающей поверхности термостатированной камеры 3.

Вторая ветвь состоит также из двух последовательно расположенных термосопротивлений R < и Вг, на кон цах которой при помощи тех же нагревателя 4 и термостатируемой камеры 3 создается .перепад температур д Т =

Т< — Тг, т.е. на концах обеих ветвей моста соблюдается идентичность перепадов температуры (1) д } („-д 1"„) = 1 еп1.

1062586 (-k e,/e

"к "х ю

q,e,(å -Ь

Составитель В.Битщков

Редактор Н,Бобкова Техред М.Гергель Корректор В.Бутяга

Заказ 10209/44 Тираж 873 Подп ис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4 и коэффициента теплопроводности Ъ/Чг

"х= х q . (4)

" 9<(qg-Rg где, h< — толщина образца.

С учетом формулы для плотности теплового потока ;= k; 1;, где К< и

1; рабочий коэффициент тепломера и генерируемая им термо-ЭДС, (i =1,2), соотношение (4) преобразуется к виду где " 4 I) g,а = gо В,,Ь, Rg - KOHCTBHTH устройства, определяемые в градуировочных опытах с эталонными образцами.