Устройство для определения теплоемкости материалов

 

УСТРОЙСТЮ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОШКОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее источник модулированного электрического то ка с выходом, подключенным при работе устройства к эталонному или исследуемому образцу, и фотоприемник с фокусирующей линзой, выход которого соединен с входом измерителя напряжения, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности определения теплоемкости материалов с различной спектральной излучательной способностью, оно дополнительно содержит регулируемую интегрирующую цепь с входом, подключенным при исследовании к образцу, a выходом соединенную с входом измерителя напряжениями приспособление для создання в образцах моделей абсолютно черного тела, при этом фокусирующая линза фотопрнемника установлена на уровне модели абсолютно черного . тела.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.Я()„„119 554 (51) 4 G 01 g 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОЬЮ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПЪЙ (21) 3736659/24 — 25 (22) 04.05.84 (46) 23.11.85. Бюл. Н 43 (71) Институт неорганической химии СО

АН СССР (72) Я; А. Крафтмахер (53) 536.6 (088.8) (56) Филиппов Л. П. Измерение тепловых свойств твердых и жидких металлов при высоких температурах. М., изд-во MfY, 1967, с. 326.

Ахматова И. А. Исследования при высоких температурах. Новосибирск.: Наука, 1966, с. 101-112. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕПЛОЕМКОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее источник модулированного электрического тока с выходом, подключенным при работе .устройства к эталонному или исследуемому образцу, и фотоприемник с фокусирующей линзой, выход которого соединен с входом измерителя напряжения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешности определения теплоемкости материалов с различной спектральной излучательной способностью, оно дополнительно содержит регулируемую интегрирующую цепь с входом, подключенным при исследовании к образцу, а выходом соединенную с входом измерителя напряжения, и приспособление для создания в образцах моделей абсолютно. черного тела, при этом фокусирующая линза фотоприемника установлена на уровне модели абсолютно чер- 3 ного . тела.

3554

1 119

Изобретение относится к технике определе- ния теплофизических свойств материалов при высоких температурах, а именно к устройст,saM для определения теплоемкости материалов модуляционным. методом, и может быть использовано в научных и прикладных иссле- 1 дованиях теплоемкости металлов, сплавов и полупроводников.

Цель изобретения — уменьшение погрешности определения теплоемкости материалов с различной спектральной излучательной способностью, достигаемой эа счет исключении гра1рировки фотоприемника, использования потока излучения в широком спектральном диапазоне и реализацией измерительной компенсационной схемы, условия уравновешивания которой не зависят от амплитуды переменной составляющей тока, нагревающего образец.

На чертеже показана схема устройства для определения теплоемкости материалов.

Устройство содержит образец 1 с моделью абсолютно черного тела 2, источник 3 модулированного электрического тока, фокусирующую линзу 4, фотоприемник 5, измеритель 6 напряжения потенциальные провода 7, резистор 8; нагрузки фотоприемника, элементы регулируемой интегрирующей цепи, состоящие из первого

9 и второго 10 сопротивлений и магазина 11 емкостей.

Образец 1 с моделью абсолютно; черного тела 2 подключен к источнику 3 модулированного электрического, тока. Излучение модели абсолютно черного тела 2 с помощью фокусирующей линзы 4 фокусируется на фотоприемнике 5. Измеритель 6 напряжения подключен к резистору 8 нагрузки фотоприемника. Тонкие потенциальные провода 7 выделяют центральную часть образца, в пределах которой аксиальные градиенты температуры отсутствуют. К этим проводам подключен вход интегрирующей цепи, выход которой присоединен к резистору 8 нагрузки фотоприемника

Устройство работает следующим образом.

Колебания подводимой к эталонному или исследуемому образцу 1 энергии вызывают колебания его температуры около среднего значения. Колебания светимости модели абсолютно:черного тела 2 регистрируются фотоприемником 5 и на резисторе 8 возникает переменная составляющая напряжения V, пропорциональная амплитуде колебаний температуры образца 8

V =КЕ (1) где К вЂ” коэффициент пропорциональности (производная выходного напряжения фотоприемника по температуре образца) .

При одинаковых средних температурах этот коэффициент для эталонного и исследуемого образцов одинаков. Напряжение Ч отстает по фазе от переменного напряжения на о образце U на 90 . Это напряжение компенсируют с помощью регулируемой интегрирующей цепи. Первое сопротивление 9 много больше, чем второе сопротивление 10. Значения первого сопротивления 9 и магазина 11 емкостей

10 таковы, что выходное напряжение интегрирующей цепи отстает по фазе от входного напря о жения на 90 . Напряжение U — это переменная составляющая напряжения на образце, входящая в формулу для расчета теплоем15 кости материала, нагреваемого постоянным электрическим током с небольшой переменной составляющей С = (2 Т©U/ Q) sin(g (2) где rn и С вЂ” масса и удельная теплоем20 кость образца, соответственно; I»0 — постоянная состгчляющая нагревающего тока; U— переменное напряжение (амплитуда) на образце; ы и Q — циклическая частота и амплитуда температурных колебаний, соответственно; (p — сдвиг фаз между переменной составляющей напряжения на образце и колебаниями температуры образца около среднего значения.

Напряжение на магазине 11 емкостей рав30 но U /QCR< (41 Я С»1), а компенсирую щее напряжение на резисторе 8 равно

UR„@CRT (R< + Я ),где R< — сопротивление на резисторе 8; R z и R> — первое и вто. рое сопротивления соответственно в интегрирующей цепи, а С вЂ” емкость в магазине емкостей.

Приравнивая это напряжение переменной составляющей выходного напряжения фотоприемника и используя формулу (2), получим (s in=1): тС = 21 KCRz(R<+ R) R . (3)

Так как величины К, Й1, R> и R > одинаковы для исследуемого и эталонного образца, отношение их полных теплоемкостей при данной температуре равно (" С) иссл (C) эг 1о,,СФ/1о Саа(4) где С и С вЂ” значения емкости магазина емкостей, соответствующие компенсации при опытах с исследуемым и эталонным образ-цом, соответственно : 1О, и 1„ — постоянные составляющие нагревающего тока, при которых средние температуры исследуемого и эталонного образца одинаковы, (гпС) „ (тС). — теплоемкость исследуемого и эталонного образца, соответственно. Указателем компенсации является измеритель 6 напряжения.

1193554

Составитель В. Битюков

Техред M Ïàðîöàé

Корректор А. Зимокосов

Редактор А. Шандор

Подписное

Заказ 7309/46

Тираж 896

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Таким образом, для сравнения теплоемкостей исследуемого и эталонного образцов достаточно измерить постоянные составляющие нагревающего тока, при которых достигается равенство температур образцов, и значения емкости конденсатора, соответствующие компенсации. Эти измерения могут быть выполнены в 2 — 3 раза точнее, чем измерения переменных напряжений на образце и на сопротивлении нагрузки фотоприемника.

Наиболее подходящим материалом для эталонного образца является вольфрам. При температурах ниже 3000 К его теилоемкость достаточно хорошо изучена, и вольфрам уже сейчас может служить эталоном теплоемкости при высоких температурах.

Таким образом, снабжение исследуемого образца моделью абсолютно черного тела расширяет возможности модуляционного метода определения теплоемкости, так как позволяет сравнивать температурные колебания образцов с разной величиной спектральной излучательной способности, а замена схемы

1р измерения выходного напряжения фотоприемника компенсационной схемой, условия уравновешивания которой не зависят от амплитуды переменном составляющей тока, нагревающего образец, приводит к уменьшению

I S погрешности определения теплоемкости.