Устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее последовательно соединённые измерительно-регулирующий блок, тиристорный блок и трансформатор, в цепь вторичной обмотки которого включен плоский нагг ревателЬ, контактирующий с образдом, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности определения материалов с низкой теплопроводностью , устройство дополнительно содержит выпрямитель со сглаживающим фильтром, делитель напряжения и генератор синусоидальных сигналов инфранизких частот, при этом параллельно нагревателю подключен выпрямитель со сглаживающим фильтром, параллельно которому включен делитель напряжения, выход которого соединен с первым входом измерительно (Л С регулирующего блока, второй вход которого связан с выходом генератора синусоидальных сигналов инфранизких частот.

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ((9) ())) 4(5!) G 01 N 25/18

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР .

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ: (21) 3709529/24-25 (22) 16.03.84 (46) 07.06.85. Бюл. 9 21 (72) А.Н.Улащик и В.К.Битюков (71) Московский институт радиотехники, электроники и автоматики и Институт высоких температур АН СССР (53) 536.6(088.8) (56) 1. Филиппов Л.П. Измерение тепловых свойств твердых и жидких металлов при высоких температурах. N., Изд-во МГУ, 1967, с. 326.

2. Витюков В.К. Радиационно-кон" дуктивный перенос энергии в плоском слое конденсированной среды. Дис. на соиск. учен. степени канд. техн. .наук. М., ИВЖН, 1981 (прототип). . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ

МАТЕРИАЛОВ, содержащее последовательно соединенные измерительно-регулирующий блок, тиристорный блок и трансформатор., в цепь вторичной обмотки которого включен плоский нагг ревателЬ, контактирующий с образцом, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности определения материалов с низкой теплопроводностью, устройство дополнительно содержит выпрямитель со сглаживающим фильтром, делитель напряжения и генератор синусоидальных сигналов инфранизких частот, при этом параллельно нагревателю подключен выпрямитель со сглаживающим фильтром, параллельно которому включен делитель напряжения, выход которого соединен с первым входом иэмерительнорегулирующего блока, второй вход которого связан с выходом генератора синусоидальных сигналов инфраниэких частот. деление коэффициента температуропро водности неметаллических материалов осуществляется с большой погрешнос-. тью, значительно влияющей на точность. определения искомой величины.

Например, 37-ная погрешность в определении. излучательной способности:: нагревателя приводит к 257.-ной погрешности определения коэффициента темлературопроводности.

Цель изобретения — уменьшение погрешности определения коэффициента температуропроводности материалов.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов, содержащее последовательно соединенные измерительно-регулирующий блок, тиристорный блок и трансформатор, в цепь вторичной обмотки которого включен плоский нагреватель, контактирующий в процессе .измерения с образцом из исследуемого материала, дополнительно содержит выпрямитель со сглаживающим фильтром, делитель напряжения и генератор синусоидальных сигналов инфранизких частот, при этом параллельно нагревателю подключен выпрямитель со сглаживающим фильтром, параллельно которому включен делитель напряжения, выход которого соединен с первым входом измерительнорегулирующего блока, второй вход которого связан с выходом генератора синусоидальных сигналов инфранизких частот.

Дополнительное введение в известное устройство выпрямителя со сглаживающим фильтром, делителя напряже+ ния, генератора синусоидальных сигналов инфранизких частот и их соответствующее соединение позволяет реализовать автоматическую систему с обратной связью, обеспечивающую уменьшение погрешности определения коэффициента температуропроводности неметаллических материалов, благодаря синусоидальной форме (с высокой точностью) греющего образец теплового потока с периодом порядка (5-100) с.

Существующими средствами, широко используемыми при исследовании свойств высокотеплопроводных материалов, например металлов и их сплавов, модуляционный нагрев по синусоидальному закону с периодом выше 1 с осуществить практически невозможно.

1160291 г

Изобретение относится к области определения теплофизических свойств неметаллических материалов, в частности к устройствам для опреДеления коэффициента температуропроводности неметаллических материалов, и может быть использовано в химической, электронной, электротехнической и других отраслях промышленности.

Известно устройство для определе- 1п ния коэффициента температуропроводности материалов, содержащее вольфрамовый спиральный, катод, располагаемый параллельно плоскому образцу исследуемого материала, и фотоэлект- 15 рический блок измерения температуры, установленный со стороны ненагреваемой поверхности образца (1 ).

Недостаток этого устройства для определения коэффициента температуропроводности материалов состоит в том, что определение искомой величины осуществляется с большой погрешностью, так как при практическом осуществлении устройства не в полной р5 мере реализуются граничные условия теоретической модели задачи.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения коэффициента температуропроводности неметаллических материалов, содержащее последовательно соединенные измерительно-регулирующий блок, тиристорный блок и трансформатор, в цепь вторичной обмотки которого включен плоский нагреватель, контактирующий в процессе измерения с образцом из исследуемого материала. В процессе эксперимента измеряют температуру нагрева40 теля и разность температур на образце исследуемого материала известной толщины. После чего, привлекая информацию о показателях преломления

45 и поглощения системы нагреватель— образец — холодильник, решают обратную задачу теплопроводности, а искомую величину определяют по формуле

Л

Ф =— 50 у где а — коэффициент температуропроводности;

Л вЂ” коэффициент теплопроводности с — удельная теплоемкость; 55 у — плотность материала 12).

Основной недостаток известного .устройства состоит в том, что опре1160291

K = d" щia

Π— толщина образца; и =27

Применение механических способов модуляции приводит к искажению синусоидальной формы питающего напряжения и, как следствие, к необходимости выделения основной гармонической составляющей при температурных измерениях.

На чертеже показана схема устрой.— ства.

Устройство для определения коэффициента температуропроводности неме- . таллических материалов состоит из последовательно соединенных измерительно-ре улирующего блока .1, тиристорного блока 2, трансформатора 3, в цепь вторичной обмотки которого включен плоский нагреватель 4, контактирующий в процессе измерения с двумя образцами 5 из исследуемого

/ материала, выпрямителя 6, вход которого подключен .параллельно нагревателю, а выход соединен через сглаживающий фильтр У и делитель напряжения 8 с первым входом измерительно-регулирующего блока 1, второй вход которого связан с выходом генератора 9.

Устройство работает следующим образом.

С помощью измерительно-регулируютиристорного 2 блоков нап ряжение питающей сети подается с частотой Х на трансформатор 3, в цепь вторичной обмотки которого включен плоский нагреватель 4, находящийся в тепловом контакте с двумя образцами 5 исследуемого материала. Для проведения автоматического регулирования заданного теплового режима напряжение с нагревателя 4 подается на .выпрямитель 6, после чего сглаживаются пульсации напряже. ния фильтром 7 и с одного из резисторов делителя 8 постоянное напряжение подается на первый вход измерительно-регулирующего блока 1, на второй вход которого подается синусоидальное напряжение инфраяизкой частоты с генератора 9. После установления теплового режима измеряется иа нагреваемой поверхности образца разность фазы между напряже-. нием питания и температурой этой поверхности, после чего коэффициент температуропроводности определяется из соотношения

4 х

sh — сОВ + c h 515 (1) М2 12 2 ÃÉ где Ч - разность фазы между напряжением питания и температурой ненагреваемой поверхности образца;.

Пример. Полосовой зигзагообразный нагреватель, изготовленный из нихромовой фольги толщиной

50 мкм, устанавливают между двумя плоскими образцами исследуемого материала, на ненагреваемых поверхI

N ностях которых закреплены хромельалюмелевые термопары. В качестве измерительно-регулирующего блока используют высокоточный регулятор температуры BPT-2, а в качестве тиристорного блока — тиристорный усилитель типа У-252 с тиристорным устройством типа БТ-01 и трансформатор ОСУ-20. Трансформатор служит как для понижения напряжения питания, так и для электрической развязки силовых и измерительных цепей. Постоянное напряжение отрицательной обратной связи с делителем напряжения поступает на измерительно-регулирующий блок. В этот же блок с генератора типа Гб-15 подается переменное напряжение инфранизкой частоты. В измерительно-регулирующем блоке переменное напряжение генера4О тора складывается с напряжением внутреннего задатчика блока. Постоянное напряжение, устанавливаемое задатчиком измерительно-регулирующего блока, дает средний уровень питающего

4у напряжения, а переменное напряжение генератора устанавливает глубину модуляции.

Устройство обладает достаточным быстродействием для создания модуляции с периодом порядка десятков секунд и высокой точностью поддержания напряжения на нагревателе. Напряжение на нагревателе поддерживается с погрешностью, не превышающей 0,17..

Коэффициент гармоник модулированного напряжения не превышает 1-2Х. Дрейф

" температуры образца рои отсутствии

1160291

ВНИИПИ Заказ 3744/40 Тираж 897 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 модуляции в худшем случае О, 1Х в минуту.

Для регистрации экспериментальных параметров используют два вольтметра; один типа Ф-30 (для измерения температуры) и второй типа А-203 ° (для измерения напряжения на нагревателе). Регистрацию данных проводят на цифропечатающем устройстве типа

Щ б8000 К. Вольтметры и цифропечатающее устройство включают генератором, вырабатывающим одновременно импульсы запуска вольтметров, работающих в ждущем режиме, и задержанный на

50 мс импульса запуска цифропечатающего устройства.

На установке проводят определение коэффициента температуропроводности образцов магнезиального бетона. Измерения выполняют в диапазоне температур 473-1373 К Погрешность определения коэффициента температуропроводности неметаллических материалов

5 складывается из погрешности онределения тощщины образца (1-2X), разности фазы (0,5-1X) и частоты (менее 0,1%)..

Суммарная погрешность определения искомой величины не превышает 47..

10 Использование предлагаемого устг ройства для определения коэффициента температуропроводностн неметаллических материалов позволяет. уменьшить погрешность определения искомой !

5 величины с 10-20Х присущую известному устройству,до 4%. Это, в свою. очередь, позволяет более точно выполнять тепловые расчеты аппаратов различного назначения.

Устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов Устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов Устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов Устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технической физике, в частности к теплофизическим измерениям

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано в тех отраслях, где требуется определение теплопроводности объемных, тонкослойных и пленочных, в том числе обладающих анизотропией теплопроводности, материалов

Изобретение относится к области технической физики

Изобретение относится к технической физике, а именно к области исследований теплофизических свойств веществ

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения теплофизических свойств жидкостей и газов, в том числе и в быстропротекающих и необратимых процессах, в потоках при неустановившемся режиме и т.п., а также для измерения нестационарных температур (скоростей)

Изобретение относится к строительной теплотехнике, в частности к измерениям теплофизических характеристик (ТФХ) многослойных ограждающих конструкций (наружных перекрытий, перегородок, покрытий, полов и т.п.)

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения теплофизических характеристик материалов

 

Наверх