Устройство для теплофизических измерений

 

Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к устройствам для измерений теплофизических свойств веществ. Цель изобретения - упрощение устройства и расширение температурного диапазона испытаний. Устройство включает сосуд Дьюара, заполняемый хладагентом размещенный внутри сосуда Дьюара корпус, измерительную ячейку и теплопровод. Теплопровод выполнен в виде сочлененных высокотеплопроводного стакана и цилиндрического элемента из малотеплопроводного материала, продолжающего стенку стакана. Свободный торец цилиндрического элемента закреплен на крышке корпуса и открыт для соединения с внутренним объемом сосуда Дьюара. Измерительная ячейка крепится к дну стакана. Внутри цилиндрического элемента размещен поршень с возможностью продольного перемещения. Глубина стакана превышает толщину поршня. Изменение положения поршня меняет тепловое сопротивление между измерительной ячейкой и хладагентом. При опускании поршня на дно стакана хладагент непосредственно контактирует с высокотеплопроводным стаканом. Широкий диапазон изменения теплового сопротивления обеспечивает расширение температурного диапазона испытания при фиксированной температуре хладагента. Достигается также упрощение устройства за счет сокращения числа элементов, осуществляющих тепловую связь измерительной ячейки и хладагента.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G 01 N 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4384759/31-25 (22) 29.02.88 (46) 30.10.89. Бюл. Н 40 (71) Харьковский государственный университет им.А.М.Горького (72) Б.А.Мерисов, А.А.Завгородний, О.А.Гавренко и Г.М.Злобинцев (53) 536.2 (088.8) (56) Eine Apparatur for cliessungen чоп War mekepazitaten zwischen, 2 und

30 К вЂ” Expic mentelle Technik der

Physik, 1977, Ф 4, s.300-304.

Авторское свидетельство СССР

Я 1092395, кл. G 01 N 25/18, 1983. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

ИЗМЕРЕНИЙ (57) Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к устройствам для измерений теплофизических свойст веществ. Цель изобретения— упрощение устройства и расширение температурного диапазона испытаний.

Устройство включает сосуд Дьюара, заполняемый хладагентом размещенный внутри сосуда Дьюара корпус, измери- тельную ячейку и теплопровод. ТеплоИзобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к устройствам для измерений теплофизических свойств веществ.

Цель изобретения — упрощение устройства и расширение температурного ,диапазона испытаний.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

„„SU„„1518752 А 1

2 провод выполнен ввиде сочлененных

Ъ высокотеплопроводного стакана и цилиндрического элемента из малотеплопроводного материала, продолжающего стенку стакана. Свободный торец цилиндрического элемента закреплен на крышке корпуса и открыт для соединения с внутренним объемом сосуда Дьюара. Измерительная ячейка крепится к дну стакана. Внутри цилиндрического элемента размещен поршень с возможностью продольного перемещения. Глубина стакана превьппает толщину поршня. Изменение положения поршня меняет тепловое сопротивление между измерительной ячейкой и хладагентом. При опускании поршня на дно стакана хладагент непосредственно контактирует с высокотеплопроводным стаканом. Широкий диапазон изменения теплового сопротивления обеспечивает расширение температурного диапазона испытания при фиксированной температуре хладагента. Достигается также упрощение устройства за счет сокращения числа элементов, осуществляющих тепловую связь измерительной ячейки и хладагента.

Устройство содержит теплопровод, состоящий из стакана 1, выполненного

-из материала с высокой теплопроводностью, например меди и соединенного со стаканом трубчатого элемента 2, изготовленного из материала с низкой теплопроводностью, например нержавеющей стали, поршень 3, установленный в трубчатом элементе 2 с воэможностью

1518752 продольного перемещения посредством тяги, вакуумный корпус 4, в котором монтируется теплопровод и измерительи;.я ячейка, ячейка включает в себя

5 исследуемый образец 5, печи 6 и 7, сермометры 8, а также защитные экран. „ обеспечивающие проведение измерений (не показаны). Все устройство размещено в сосуде 9 Дьюара. Верхняя асть сосуда Дьюара, содержащая приспособления для заливки гелия и откачки его паров, вывода измерительных проводов и прочего на чертеже не пока- лип. Поршень 3 может быть изготов; сн из материала с любым коэффициентом теплопроводности: меди, нержавеющей стали, фторопласта и др. Диаметр поршня должен обеспечивать свободное бс, затираний перемещение ее в трубчатом .лементе 2. Глубина стакана до.южна превышать толщину поршня 3.

Внутренняя полость трубчатого элемента 2 со сторон его свободного торца соединена с полостью сосуда 9 Дьюара, 25 являющегося емкостью для хладагента.

Трубчатый элемент должен быть жестко за,рс.плен в расточке стакана 1 с обеси чением герметичности. Вакуум в корпусе 4 обеспечивается вакуумными на-. сосами (не показаны) через трубку 10.

Устройство работает следующим обра зом.

Сосуд 9 Дьюара заполняют криогенной жидкостью таким образом, чтобы ее уровень GbUI выше верхнего уровня трубчатого элемента 2. Поршень 3 при этом находится в трубчатом элементе

2, В нижнем положении поршня 3, т.е. когда она находится в выточке стака- 40 на 1, хладагент заполняет весь объем трубчатого элемента 2 над поршнем 3.

11ри этом хладагент контактирует. с материалом стакана 1, выступающим над поршнем 3, и охлаждает его дб собст- д5 венно температуры,, т.е. до 4,2 К в случае жидкого гелия. Температура ниже 4,2 К (до 1,5 К) достигается откачкой паров гелия над поверхностью жидкости. Для проведения измерений в установленном диапазоне температур и ршень 3 посредством тяги перемещают по трубчатому элементу, фиксируя в заданных положениях. При этом, благодаря наличию зазора между поршнем 3 и элементом 2, в пространство между

55 поршнем и цилиндрическим элементом проникает небольшое количество хладагента, который испаряясь, заполняет образующийся при подъеме заглушки объем и препятствует проникновению туда хладагента, Давление газа в объеме равно давлению столба хладагента над заглушкой.

Перемещением поршня 3 по трубчатому элементу 2 задают величину теплосопротивления между хладагентом и стаканом 1, которое реализуется материалом стенок трубчатого элемента.

Изменением теплосопротивления изменяют температуру холодного конца исследуемого образца 5, который находится в непосредственном контакте со стаканом 1. Более тонкую регулировку температуры образца осущестгляют посредством электронного терморегулятора, элементом которого является печь 6.

Пример. Внутренний диаметр трубчатого элемента 2, выполненного из нержавеющей стали, равен 20 мм, длина 60 мм. Поршень 3 выполнен из фторопласта толщиной 5 мм. Глубина стакана 8 мм. В сосуд 9 Дьюара для измерений заливается 2,5 л жидкого гелия. Процесс измерений не отличается от измерений на устройстве-прототипе.

По сравнению с известным в предлагаемом устройстве существенно упрощена конструкция за счет исключения длинного и сложного теплопровода и колпака в виде сосуда Дьюара, а также повышена надежность устройства за счет исключения узла теплопровод— колпак, уменьшены вес и габариты.

За счет более широкого диапазона изменения теплового сопротивления теплопровода расширен температурный диапазон испытаний.

При одинаковых габаритах измерительной ячейки и объеме хладагента, температурный диапазон измерений в предлагаемом устройстве с использованием только жидкого гелия расширен до 1,5-150 К по сравнению с 1,580 К у известного устройства.

Таким образом, предлагаембе устройство может найти широкое применение при теплофизических испытаниях с использованием жидких сред для за-дания температурного уровня испытаний, в первую очередь это относится к испытаниям с использованием криогенных сред.

Формула изобретения

1. Устройство для теплофизических измерений, содержащее теплопровод

Составитель В.Вертоградский

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Черни

Редактор Ю,Середа

Заказ 6650/50 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина,101

5 15187 связывающий обьект испытаний с емкостью для хладагента, выполненный в виде стакана из высокотеплопроводного материала и соединенного с ним трубчатого элемента, выполненного иэ материала с низкой теплопроводностью, сопряженного с боковой стенкой стакана, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения устройст- 10

/ б

8 ва и расширения температурного диапа-, эона испытаний, в трубчатом элементе размещен поршень с возможностью его продольного перемещения.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что глубина внутренней полости стакана превышает толщину поршня.