Устройство для определения теплофизических свойств материалов

 

Использование: в измерительной технике , в частности при определении теплофизических свойств пористых материалов путем воздействия на исследуемый образец разноосного внешнего и внутрипорового давлений . Сущность изобретения: в устройство введена система задания и регистрации осевой нагрузки, подпятник и поршень, входящий в отверстие крышки рабочей камеры, причем подпятник и поршень являются одновременно первым и вторым эталонами, теплопроводность и температуропроводность которых удовлетворяют соотношению , приведенному в формуле изобретения. 1 ил.

СО!ОЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5()5 6 01 M 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЬ!Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

Г1РИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. (21) 4889715/25 (22) 10.12,90 (46) 15.08.92. Бюл, № 30 (71) Казанский государственный университет им. В.И. Ульянова-Ленина (72) А.А, Липаев (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 779870, кл. G 0" Й 25/18, 1979.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1327975, кл. G 01 N 25/18, 1986. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для определения теплофизических свойств материалов, например, образцов горных пород при воздействии на них разносного внешнего и внутрипорового давлений, Известно устройство для измерения теплопроводности твердых веществ методом стационарного теплового потока, содержащее автоклав с крышкой, термопары, основной и, охранный нагреватели, холодильник, сильфон герметически соединяющий охранный нагреватель с крышкой автоклава, пружиненные капилляры для термопар и токоподводов нагревателей, установленные в отверстиях крышки автоклава и нагревателей.

Основными недостатками этого устройства являются. длительность процесса измерения, обусловленная временем выхода на стационарный режим: невозможность определения всего комплекса теплофизических свойств исследуемого материала; от,, SU,,1755152А1 (57) Использование; в измерительной технике, в частности при определении теплофизических свойств пористых материалов путем воздействия на исследуемый образец разноосного внешнего и внутрипорового давлений. Сущность изобретения: в устройство введена система задания и регистрации осевой нагрузки, подпятник и поршень, входящий в отверстие крышки рабочей камеры, причем подпятник и поршень являются одновременно первым и вторым эталонами, теплоп роводность и температуроп роводность которых удовлетворяют соотношению, приведенному в формуле изобретения.

1 ил, сутствие воздействия на образец внутрипорового давления, что не позволяет определять теплопроводность образцов горных пород в.условиях приближенных к пластовым.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения теплофизических cBQAGTB материалов, которое содержит рабочую камеру с крышкой, для эталона, расположенные с зазором для исследуемого образца, окруженном непроницаемой оболочкой, закрепленной на боковой поверхности эталонов, плоский источник тепловых колебаний, помещенный на границе одного эталона с зазором и соединенный через генератор тепловых колебаний с блоком управления и регистрации, две дифференциальные термопары, помещенные каждая в эталоне и подключенные через предварительный усилитель постоянного токак системе управления и регистрации, систему задания давления, один канал которой связан с по17551 52 лостью, образованной непроницаемой оболочкой и торцами эталонов, а второй подключен к рабочей камере (2).

Однако, известное устройство не предусматривает воздействия на исследуемый образец разностного давления, что не позволяет определять теплофизические свойства образцов горных пород в условиях сложнонапряженнаго состояния, характерного для их естественного залегания, и влияет на достоверность получаемых результатов, Цель изобретения — расширение области применения за счет возможности определения теплофизических свойств пористых материалов при воздействии на образец разностнога внешнего и внутрипораваго давлений и повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, чта в устройство, содержащее рабочую камеру с крышкой, два эталона, расположенные с зазором для исследуемого образца, окруженном непроницаемой оболочкой, закрепленной на боковой поверхности эталонов, пла(.ий источник тепловых колебаний, помещенный на границе первого эталона с зазором и соединенный через генератор тепловых колебаний с блоком управления и регистрации, дифференциальную термопару, помещенную на торцах второго эталона и подключенную через предварительный усилитель постоянного тока к системе управления и регистрации, систему задания давления, один канал которой связан с полостью, образованной непроницаемой оболочкой и торцами эталонов, à второй подключен к рабочей камере, дополнительно введена система задания и регистрации осевого давления, первый эталон выполнен в виде падпятника, второй эталон — поршня, входящего в отверстие крышки рабочей камеры, а теплафизически". свойства эталонов удовлетворяют отношению: где 11 и BI — соответственно, теплапровадность и температуропроводность первого и второго эталонов, Предлагаемое устройство представлено на чертеже.

Устройство для определения теплофизических свойств материалов содержит внешний термастат 1, корпус рабочей камеры высокого давления 2 с кKрp ыIIшjIIк:оoй, имеющий отверстие для выхода поршня, затвор

3 с предохранительным кольцом 4, крышку

5, струбцину 6, давильный патрон, состая5

10 щий из корпуса 7 и поршня 8, манометр 9, индикатор 10, поршень (2-ай эталон) 11 с помещенной в нем дифференциальной термопарой 12, исследуемый образец 13, непраницаемую оболочку 14, плоский источник тепловых колебаний 15, размещенный на торце первого эталона (подпятника) 16, гидравлический насос 17 переменного внутрипороваго давления с подводящим трубопроводом и краном 18, манометром 19, предварительный усилитель постоянного тока 20, аналого-цифровой преобразователь 21, миниЭВМ 22, генератор тепловых колебаний 23, гидравли ческий насос переменного давления баковога абжатия 24 с краном 25, подводящим трубопроводом 26 и манометрам 27.

Теплофизические свойства материалов, в т,ч, гарных пород-коллекторов апределя20 ются на образцах н форме пластины., толщиной от единиц миллимеров до 20 мм.

Полуограниченное тело (1-ый эталон) 16 выполняется из фтаропласта, обладающего

Л1 низкими значениями параметра уа1

=-0,78 10, Вт с /(м К), его длина составляз о,н ет 15 мм. Для предотвращения ползучести эталон из фторопласта вмонтирован в днище камеры высокого давления. На "îðöå

30 1-го эталона методом напыления нанесен плоский электранагреватель изолированный от контакта с образцом. Полуограниченное тело 11 (2-ай эталон) выполнено из низкатеплапроводной нержавеющей стали

35 Ж з ал 2 (- — — 6,4 10, Втс "/(м К))длиною 80мм, 3 а2

Рабочий спай дифференциальной термопары "Хромель-копель" вмонтирован Во 2-ой эталон на расстоянии 2 мм от торца, нахо40 дящегося в контакте с образцом, а холодный спай расположен на расстоянии, обеспечивающем затухание амплитуды температурных колебаний в эталоне до величины 0,1% от амплитуды температурных колебаний на границе контакта с исследуемым образцом.

Непроницаемая оболочка 14, н катару о заключается исследуемый образец 13, изготовлена из термастойкай резины, Осевое давление до 100 МПа на иссле50 дуемый образец создается давильным патроном и фиксируется манометром 9, укрепленном на давильном патроне. Перемещение поршня 11 регистрируется индикатором 10. Полость камеры высокого

55 давления 2 с помощью трубопровода 26 соединяется с гидравлическим насосом высо- кого давления 24 и боковое давление на образец до 100 МПа, контролируемое манометром 27, создается обжатием его через

1755152 непроницаемую оболочку. Давление в порах исследуемого образца до 100 МПа задается насосом высокого давления 17 и контролируется манометром 19. Камера высокого давления помещается во внешний термостат 1, обеспечивающий равномерный нагрев и термостатирование исследуемого образца s диапазоне температур 20—

2000С, Генератором тепловых колебаний 23 с помощью плоского источника 15 задаются колебания теплового потока прямоугольной формы фиксированной частоты и амплитуды, По прошествии некоторого времени в системе контактирующих тел возникают периодические колебания температуры, которые затухают в полуограниченных телах 11 и 16. С помощью дифференциальной термопары 12 изменение температуры преобразуется в электрический сигнал, который после усиления предварительным усилителем постоянного тока 20 переводится в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 21 и вводится в ЭВМ 22. ЭВМ осуществляет управление генератором тепловых колебаний 23 и аналого-цифровым преобразователем 21, а также" производит обработку первичной информации и расчет теплофизических свойств.

Устройство для определения теплофизических свойств материалов имеет широкие функциональные возможности измерений при вариациях осевого и бокового нагружения, внутрипорового давления в исследуемом образце, и хорошие метрологи/ ческие характеристики. Длина тепловой ячейки в предлагаемом устройстве на 30% меньше, чем в прототипе, соответственно, меньше и размер внутренней полости рабочей камеры при одновременном расширении функциональных возможностей. В качестве 1-ого эталона могут быть применены другие более эффективные теплоизоляторы, при этом общая длина рабочей камеры еще более уменьшится, а точность определений возрастет.

Параллельное многократное проведение измерений на образцах из стекла КВ при всестороннем давлении показывает, что разброс значений теплопроводности и температуропроводности в предлагаемом изобретении на 0,3% меньше, чем в прототипе.

Таким образом, предлагаемое устройст5 во позволяет проводить определение теплофизических свойств пористых материалов. при воздействии на образец разностного внешнего и внутрипорового давлений и повышает точность измерения.

10 Формула изобретения

Устройство для определения теплофизических свойств материалов, содержащее рабочую камеру с крышкой, два эталона, расположенные с зазором для исследуемо15 го образца, окруженного непроницаемой оболочкой, закрепленной на боковой поверхности эталонов, плоский источник тепловых колебаний, помещенный на границе первого эталона с зазором и соединенный

20 через генератор тепловых колебаний с блоком упра влейия "и "ре1 йстрации,""дифференциальную термопару, помещенную на торцах второго эталона и подключенную через предварительный усилитель постоянно25 ro тока к системе управления и регистрации, систему задания давления, один канал которой связан с полостью, образованной непроницаемой оболочкой и торцами эталонов, а второй подключен к рабочей ка30 мере, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения за счет определения теплофизических свойств пористых материалов при воздействии на образец разноосного внешнего и внут35 рипорового давления повышения точности, оно дополнительно сбдержит систему задания и регистрации осевого давления, первый эталон выполнен в виде подпятника, второй эталон — поршня, входящего в отвер40 стие крышки рабочей камеры, а теплофизические свойства эталонов удовлетворяют соотношению

1 < - г — т. — г — т < 20, Л1 где Л и ai — соответственно теплопроводность и температуропроводность первого и второго эталонов.

1755152

Ф ч

Составитель А.Липаев

Техред M.Mîðãeíòàë Корректор Л,Лукач

Редактор M,Ïîâõàí

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

Заказ 2888 . Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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