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.