Устройство для определения теплоемкости,излучательной способности и удельного электросопротивления тугоплавких материалов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ, ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ И УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ ТУГОПЛАВКИХ МАТЕРИАЛОВ при высоких температурах, содержащее фотоэлектрический пирометр, соединенный с одним из выходов системы сбора и обработки данных, на вход которой подключены через образцовое сопротивление потенциальные отводы для измерения тока и потенциальные отводы от исследуемого образца, схемы нагрева образца и управления нагревом образца , соединенные между собой через контактор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности , в него дополнительно включен датчик начального значения температуры фотоэлектрического пирометра, соединенный с входом системы сбора и обработки данньпс, а схема управления нагревом образца дополнительно содержит два реле времени, два промежуточных реле, активный и балластный резисторы, нормально разомкнутые контакты первого реле времени включены в цепь катушки первого проW межуточного реле, нормально замкнутые контакты которого шунтированы активным резистором, последовательно соединенным с балластным резистором и источником постоянного тока , а временные контакты первого реле времени включены в цепь катушки второго реле.времени, нормально ф разомкнутые контакты которого подСП ключены к катушке контактора, а со ел со катушка второго промежуточного реле включена в цепь временных контак- , торов второго реле времени.

„„SU„„11 595

СОЮЗ СОЮТСНИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3646943/24-25 (22) 30.09.83 (46) 07.07.85. Бюл. У.25 (72) И.И. Петрова и В.Я. Чеховской (71) Институт высоких температур

АН СССР (53) 537,6(088.8) (56) 1. F. Righini, А. Rosso, G. Ruffino "System for fast hightemperature measurement", High-TempH1gh Ргезв, 1972, v. 4, р. 597-603 °

2.А. Cerairligan,,"Dåsigh and Operational characteristics of High-Speed (МИ1iвесопй) System for the Measu-.

rement of Hurno-plysical Puoperties

at High Temperatures" J. Res NBS

v. 75c, У 1, 1971, р. 7-18 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО. ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕПЛОЕМКОСТИ, ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ И УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ ТУГОПЛАВКИХ МАТЕРИАЛОВ при высоких температурах, содержащее фотоэлектрический пирометр, соединенный с одним из выходов системы сбора и обработки данных, на вход которой подключены через образцовое сопротивление потенциальные отводы для измерения тока и потенциальные отводы от

41511 G 01 N 25/20, 21/35, 27/02 исследуемого образца, схемы нагрева образца и управления нагревом образца, соединенные между собой через контактор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно включен датчик начального значения температуры фотоэлектрического пирометра, соединенный с входом системы сбора и обработки данных, а схема управления нагревом образца дополнительно содержит два реле времени, два промежуточных реле, активный и балластный резисторы, нормально разомкнутые контакты первого реле времени включены в цепь катушки первого промежуточного реле, нормально замкнутые контакты которого шунтированы активным резистором последовательно соединенным с балластным резистором и источником постоянного тока, а временные контакты первого реле времени включены в цепь катушки .второго реле. времени, нормально разомкнутые контакты которого подключены к катушке контактора, а катушка второго промежуточного реле включена в цепь временных контакторов второго реле времени.

1165959

Изобретение относится к области исследбваний теплофизических свойств тугоплавких электропроводных материалов при высоких температурах, в частности к определению теплоемкос- 5

1ти, излучательной способности и ; удельного электросопротивления, и может быть использовано в энергетической, теплотехнической, металлургической промьппленностях и других lp областях науки и техники.

Известно устройство, предназначенное для определения теплофизических свойств веществ при высоких температурах импульсным методом, содер- 15

magee вакуумную камеру с исследуемым образцом, батарею аккумуляторов для импульсного нагрева образца, быстродействующий фотоэлектрический пирометр, быстродействующий контак- 20 тор для включения и отключения греющего тока и систему сбора и обработки данных. В этом устройстве все управление измерениями, сбором и обработкой данных осуществляется от ЭВИ, 25 связанной непосредственно со всей системой. В этом случае задатчиком времени отдельных этапов в процессе работы .устройства является генератор импульсов, также находящийся в сис- gp теме (f) .

Недостатком этого устройства является большая погрешность измерений температуры, обусловленная дрейфом чувствительнбсти приемника излучения пирометра, работающего в режиме постоянного тока без опорной пирометрической лампочки.

Наиболее близким техническим реше-40 нием является устройство, содержащее вакуумную камеру с исследуемым образцом, фотоэлектрический пирометр, батарею аккумуляторов, быстродействующий .контактор и три независимых системы для управления экспериментом, сбором и обработкой данных. Система, построенная на базе генератора импульсов и задержек, управляет импульсом греющего тока. Система, построенная на генераторе импульсов и задержек в устройстве управления памятью, осуществляет сбор данных и вывод их на перфоленту. Система, содержащая большой компьютер и уст- у ройство ввода-вывода, обрабатывает данные с перфоленты после заверше.ния всех циклов измерений (2), Недостатком известного устройства является низкая точность определения теплоемкости, излучательной способности и удельного электросоп-. ротивления из-за ошибок в измерении температуры, обусловленных широким динамическим диапазоном изменения регистрируемых сигналов пирометра, и неточности определения поправки на потери тепла излучением. Это связано с тем, что схема управления работой устройства .не является гибкой, т.е. не позволяет регулировать диапазон изменения регистрируемых сигналов пирометра в процессе работы и заканчивать нагрев при заданном значении температуры. Отсутствие регулировки диапазона регистрируемых сигналов ухудшает разрешение аналого-цифрового преобразователя, вследствие чего возникает дополнительное увеличение погрешности измерения температуры. При минимальном измеряемом сигнале, равном 40 мВ, ошибка измерения только из-за разрешения АЦП составит 2,5Х.

Цель изобретения — повышение точности определения теплоемкости, излучательной способности и удельного электросопротивления тугоплавких материалов при высоких температурах.

Поставленная. цель достигается тем, что в устройство, для определения теплоемкости, излучательной способности и удельного электросопротивления тугоплавких материалов при высоких температурах, содержащее фотоэлектрический пирометр, соединенный с одним из входов системы сбора и обработки данных, на вход которой под-; ключены через образцовое сопротивление потенциальные отводы для измере- ния тока и потенциальные отводы от исследуемого образца, схемы нагрева образца и управления нагревом образца, соединенные между собой через контактор, дополнительно включен датчик начального значения температуры фотоэлектрического пирометра, соединенный с входом системы сбора и обработки данных, а схема управления нагревом образца дополнительно содержит два реле времени, два промежуточных реле, активный и балластных резисторы, нормально разомкнутые контакты первого реле времени включены в цепь катушки первого. промежуточного реле, нормально эамк1165959

Источник 3 постоянного тока и контактор 4 образуют систему 20 на- . грева образца, пирометр 5 с датчиком 6 начального значения темпераSS нутые контакты которого шунтированы активным резистором, последовательно соединенным с балластным резистором и источником постоянного тока, а временные контакты первого реле вре- 5 мени включены в цепь катушки второго реле времени, нормально разомкнутые контакты которого подключены к катушке контактора, а катушка второго промежуточного реле включена в цепь временных контактов второго реле времени.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. .Устройство содержит вакуумную 15 камеру 1 с исследуемым образцом 2, источник 3 постоянного тока, контактор 4, фотоэлектрический пирометр 5 с датчиком 6 начального значения температуры, систему 7 управления 20 нагревом образца, содержащую два реле 8 и 9 времени, два промежуточных реле 10 и 11, активный резистор

12, балластный резистор 13, источник

14 постоянного тока, а также систе- му 15 сбора и обработки данных, содержащую мини-ЭВМ 16, аналого-цифровой преобразователь 17, мультиплексор 18. При этом датчик 6 начального значения температуры соединен с 30 одним из каналов мультиплексора 18 другие каналы мультиплексора 18 соединены с исследуемым образцом 2, образцовым сопротивлением 19, пирометром 5, системой 7 управления нагревом образца. Мини-ЭВМ 16 соединена с мультиплексором 18 и аналого-. цифровым преобразователем 17. Нормально разомкнуты контакты реле 8 времени включены в цепь катушки 40 промежуточного реле 10, нормально замкнутые контакты которого шунтированы активным резистором 12, последовательно соединенным с балластным резистором 13 и источником 14 45 постоянного тока, а временные контакты реле 8 времени включены в цепь катушки реле 9 времени, нормально разомкнутые контакты которого подключены к катушке контактора 4, а катушка промежуточного реле 11 включена в цепь временных контактов реле 9 времени. туры образуют пирометрическую систему 21.

В основу работы, устройства положен метод высокоскоростного импульсного нагрева исследуемого образца проходящим через него электрическим током и регистрации зависимости от времени 2 температуры образца Т, тока I проходящего через образец, и падения напряжения U на его рабочем участке. По полученным зависимостям рассчитывают теплоемкость С

С1 иот

=шС(ЙТ/d"ü)„ „- поправка на потери

Р тепла излучением во время нагрева;

3 n/о1," — темп нагрева; излучательную способность И

4 dT/d „E = UI/ Т (dT(dt л где б — постоянная Стефана-Больцмана; — поверхность рабочего участка образца;

37(d i о„„" темп охлаждения образца; удельное электросопротивление

0 5

/ =Т е (3)где S — - площадь поперечного сечения образца;

У вЂ” его длина.

Устройство. работает следующим образом.

Образец 2 в виде трубки или стержня, помещенный в вакуумную камеру 1, нагревается током от источника 14 постоянного тока за короткий промежуток времени (около 1 с). Во время работы устройства измеряются температура образца 2 с помощью быстродействующего фотоэлектрического пирометра 5, приемником излучения в. котоl ром является фотоумножитель, падение напряжения на рабочем участке образца 2 и ток в цепи образца 2. Все эти сигналы поступают на аналого-цифровой преобразователь 17, связанный где U — падение напряжения на образце;

I — ток, проходящий через образец; ш — масса рабочего участка образца1

1165959 с мультиплексером 18, который поочередно подключает к АЦП соответствующие каналы. Фотопирометр 5 поочередно сравнивает сигналы, поступающие с образца 2, с сигналом опорной лампочки пирометра. Датчик 6 начального значения температуры вырабатывает некоторый постоянный сигнал, когда температура образца 2 достигнет за- 1р ранее заданной величины. Этот сигнал является стартовым для начала измерений АЦП. Четыре системы устройства — система 20 нагрева образца, содержащая источник 3 постоянного тока и контактор 4, система 7 управ-. ления нагревом образца, пирометричес кая система 21, содержащая пирометр

5 и датчик 6 начального значения температуры, и система 15 сбора и обработки данных — связаны между собой и работают по программе проведения измерений, находящейся в памяти мини-ЭВМ.

Устройство выполняет программу on-25. ределения одного из вьппеуказанных теплофизических свойств следующим образом.

С помощью кнопки К4 включается система нагрева образца 20 и одновре- щ менно через активный резистор 12 подается сигнал на запуск АЦП 17.

АЦП начинает измерения. При этом в течение времени, установленного на реле 8 времени, АЦП производит некоторое число измерений до нагрева образца для проверки отсутствия помех в каналах тока и напряже, ния.На температурном канале при этом измеряются постоянные сигналы опорной лампочки пирометра. По истечении времени, установленного на реле 8 времени, с помощью реле 9 . времени включается контактор 4 и на- 45 чинается нагрев образца 2. АЦП начи. нает производить измерения тока, напряжения и температуры образца 2 по сигналу, который вырабатывает датчик 6 нач ьного значен т нерату- 50 ры, главным элементом которого является фильтр нижних частот, на выходе которого скачком меняется постоянная составляющая. Для усиления этого скачка служит пороговое устройство, выполненное на базе триггера Шмитта.

Датчик начального значения температуры вырабатывает сигнал на запуск

АЦП, когда температура образца достигает величины порядка 1800-2200 К.

В этих пределах датчик позволяет регулировать начало измерений АЦП.

Конец измерений регулируется с ngмощью напряжения питания фотоумножителя пирометра.

Время нагрева образца, установленное на реле 9 времени, можно регулировать в пределах О, 1-2,5 с в зависимости от материала и массы образца.

Число измерений во время нагрева регулируется программным путем в широких пределах.

После выключения нагрева образца 2 измерения продолжаются с целью получения кривой охлаждения образца, которая используется для расчета излучательной способности и введения поправки на охлаждение в определении теплоемкости.

Измеренные значения тока, напряжения и температуры заносятся в память мини-ЭВМ, затем выводятся на печать для предварительного анализа, после чего дается команда ЭВМ на обработку полученных результатов °

Расчет излучательной способности, теплоемкости и удельного электросопротивления производится по приведенным формулам.

Повьппение точности определения теплоемкости, излучательной способности и удельного электросопротивления достигается за счет ограничения динамического диапазона изменения регистрируемого сигнала пирометра во время импульсного нагрева.

При использовании устройства суммарные погрешности в определении теплоемкости составляют 1,5Х излучательной способности 2,5Х, удельного электросопротивления О, 4Х.

1165959

Составитель В. Гусева

Редактор С. Патрушева Техред T.Èàòo÷êà Корректор В. ?ирняк

Заказ 4302/36 Тираж 8И Подписное

ВНИИАИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4