Устройство и способ одновременного измерения тепловых свойств



Устройство и способ одновременного измерения тепловых свойств
Устройство и способ одновременного измерения тепловых свойств
Устройство и способ одновременного измерения тепловых свойств
Устройство и способ одновременного измерения тепловых свойств

 


Владельцы патента RU 2456582:

Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Дагестанский государственный университет (RU)

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения тепловых свойств твердых тел и газов. Техническим результатом является возможность одновременного измерения теплоемкости и температуропроводности и определение из их произведения теплопроводности. Устройство для измерения температуры включает основание, крышку и стеклянные волокна, на которых расположен образец, к которому приклеена термопара. Угольный термометр сопротивления установлен в отверстие у основания. Нагреватель намотан по внешней поверхности крышки. С одной стороны верхней крышки утоплена термопара калориметра, с другой стороны крышки расположена трубка-держатель калориметра, внутри которой проходят провода. Над окном в крышке расположен световод, подведенный к калориметру по трубке вместе с подводящими проводами. Способ определения тепловых свойств, включающий измерение температуры, заключается в том, что измерение теплоемкости и теплопроводности проводят одновременно. При этом теплопроводность определяют из произведения теплоемкости и температуропроводности, которая рассчитывается по оригинальной формуле. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения тепловых свойств твердых тел и газов в широком интервале температур, от гелиевых и до комнатных, и магнитных полей.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано для измерения теплоемкости, температуропроводности и теплопроводности твердых тел малых размеров, подготовленных для измерения в виде пластин с толщиной от 0,1 до 0,5 мм и плоскими размерами, в которые может быть помещен круг диаметром 3 мм.

Известна версия метода а.с.-калориметрии, позволяющая одновременно измерять теплоемкость и теплопроводность, в котором теплоемкость и теплопроводность рассчитываются из измерений частотной характеристики образцов [1], т.е. зависимости амплитуды осцилляции температуры образца от частоты этих осцилляций. Этот метод трудоемок и сложен, т.к. для получения одной пары точек данных приходится измерять целую частотную зависимость, на которую затрачивается много времени (несколько часов), т.к. при каждой новой частоте необходимо время, чтобы фазочувствительный усилитель достоверно детектировал сигнал. Затем аппроксимировать эту зависимость с помощью метода наименьших квадратов, чтобы получить значения теплоемкости и теплопроводности. Вот почему даже в самой оригинальной работе [1] в подтверждение разработанного метода измерена только одна частотная характеристика, из которой получено только по одному значению теплоемкости и теплопроводности образца.

Известен также так называемый метод тени, в котором одновременно измеряются теплоемкость методом а.с.-калориметрии, а теплопроводность методом стационарного теплового потока [2]. По сути, этот метод является комбинацией двух методов измерения - модуляционного и стационарного - на одном и том же образце и вследствие этого технически сложен в осуществлений. В этом методе к обратной стороне образца приклеиваются две термопары на небольшом расстоянии друг от друга. Одна из них находится под той частью образца, которая освещается модулированным световым потоком и тем самым детектирует температурные осцилляции, амплитуда которых обратно пропорциональна теплоемкости. Вторая же термопара расположена в той области образца, которая защищена от света тенью от тонкой металлической полоски, и измеряет температуру этой области образца. Из разности температур между спаями этих термопар с помощью закона Фурье можно найти теплопроводность образца, если известны расстояние между спаями этих термопар и световая мощность, поглощаемая экспонируемой областью образца. Однако определить световую мощность, поглощаемую экспонируемой областью образца, бывает довольно трудно, поэтому в эксперименте получают относительные значения теплопроводности. Кроме того, как и всем стационарным методикам, теплопроводности этой методике присущи большие погрешности.

В силу вышеизложенных трудностей и недостатков аналоги, приведенные здесь, не нашли практического применения.

Наиболее близким по технической сущности является известная экспериментальная установка для измерения теплоемкости профессора физики Иллинойского университета М.Б.Саламона, которая содержит в себе а.с.-калориметр, температурные осцилляции которого возбуждаются модулированным светом, передаваемым по световоду, который обеспечивает следующие параметры измерений теплоемкости: - относительные погрешности измерений теплоемкости около 0,1%; - масса измеряемого образца от 0,1 mg до 100 mg; - диапазон рабочих температур 80-300 К; - скорость изменения температуры 0,1 К/мин [4].

Недостаток известной нам конструкции прототипа заключается в том, что она не позволяет проводить наряду с измерениями теплоемкости одновременно и измерения температуропроводности и теплопроводности.

Другим недостатком известной нам конструкции прототипа является то, что она не позволяет проводить измерения в широком интервале температур, от гелиевых и до комнатных, а также в экстремальных условиях.

Задачей настоящего изобретения является разработка портативного модуляционного калориметра многофункционального характера и одновременное измерение теплоемкости и температуропроводности, и определение из их произведения теплопроводности.

Поставленная задача решается тем, что измерения производятся с помощью оригинальной версии модуляционной калориметрии, что позволяет существенно интенсифицировать процесс измерения по сравнению с методиками, основанными на стационарном тепловом потоке, при этом использовано устройство для определения теплофизических свойств твердых тел, который состоит из собственно микрокалориметра, световода, источника света, нагревательного элемента, датчиков измерения средней температуры теплового резервуара и осцилляций температуры образца, которые электрически, оптически и конструктивно объединены в едином корпусе. Система предназначена для одновременного измерения температурных и полевых зависимостей теплоемкости, температуропроводности и теплопроводности образцов с экстремально малыми размерами, а также магнетокалорического и электрокалорического эффектов в интервале температур 4-300 К и магнитных полей до 15 Тл.

Задача также решается способом одновременного определения теплоемкости и теплопроводности, включающим измерение амплитуды измеряемого сигнала при двух различных значениях фазы, вычисление по этим значениям фазы измеряемого сигнала с помощью соответствующей оригинальной формулы, настройку на максимум фазочувствительного усилителя по рассчитанному значению фазы измеряемого сигнала, измерение амплитуды измеряемого сигнала при настроенном на максимум фазочувствительном усилителе и вычисление из ее значения теплоемкости по соответствующей формуле, вычисление по оригинальной формуле из фазы измеряемого сигнала значения температуропроводности и, наконец, определение теплопроводности из произведения теплоемкости и температуропроводности.

Сущность изобретения

1. Устройство для измерения температуры, включающее основание, крышку и стеклянные волокна, на которых расположен образец, к которому приклеена термопара, а угольный термометр сопротивления установлен в отверстие у основания, нагреватель намотан по внешней поверхности крышки, в верхней части крышки установлено окно из оптического стекла, с одной стороны верхней крышки утоплена термопара калориметра, с другой стороны крышки расположена трубка-держатель калориметра, внутри которой проходят провода, а над окном расположен световод, подведенный к калориметру по трубке вместе с подводящими проводами.

2. Способ определения тепловых свойств, включающий измерение температуры с помощью устройства по п.1, отличающийся тем, что измерение теплоемкости и теплопроводности проводят одновременно, при этом теплопроводность определяют из произведения теплоемкости и температуропроводности, которая рассчитывается по оригинальной формуле

где ω - угловая частота изменений подводимой мощности светового потока,

h - толщина образца,

α - разность фаз между осцилляциями мощности света, поглощаемого образцом и осцилляциями температуры образца.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубка-держатель калориметра, через которую производится откачка калориметра и впуск в него теплообменного газа и для подведения термопары к образцу, а трубка для проводки световода предназначена также и для подведения подводящих проводков к термопаре и термометру сопротивления, детектирующих температуру калориметра, и нагревателю калориметра, а полости в нижней части калориметра служат для намотки некоторой длины подводящих проводков, необходимой при монтаже образца и проведения измерения в экстремальных условиях.

На фиг.1 изображена схема калориметра (1 - основание; 2 - крышка; 3 - образец; 4 - стеклянные волокна; 5 - термопара, детектирующая температуру образца относительно калориметра; 6 - угольный термометр сопротивления; 7 - нагреватель; 8 - окно из оптического стекла; 9 - термопара, измеряющая температуру калориметра; 10 - трубка-держатель; 11 - световод; 12 - трубка для проводки световода; 13 - герметизация пицеином; 14 - наружная трубка-кожух).

На фиг.2 изображена схема тепловых потоков в образце.

На фиг.3 изображена частотная характеристика ΔPA/ωΔT от f=ω/2π для образца толщиной 0.030 cм из высокотемпературной сверхпроводящей керамики YBa2Cu3O7-δ.

На фиг.4 изображена теплопроводность обменного газа гелия в зависимости от температуры (+ - справочные данные).

Калориметр, показанный на фиг.1, состоит из медных основания 1 и крышки 2, которые герметично спаиваются друг с другом. Образец 3 с помощью двух стеклянных волокон 4 диаметром ≈5 µm, которые использованы для минимизации теплоотвода от образца, монтируется на расстоянии (2-3 мм) над основанием. Один из спаев термопары 5, детектирующей температуру образца относительно калориметра, приклеивается с помощью клея БФ-2, имеющего высокую теплопроводность, к образцу, а другой к основанию калориметра, для предотвращения тепловых осцилляций. Для низкотемпературных измерений (2-30 K) предусмотрено использование угольного термометра сопротивления 6, который устанавливается в высверленное под его диаметр отверстие в нижней части основания калориметра. По внешней поверхности крышки намотан нагреватель 7 из константанового эмалированного провода диаметром 0.1 мм с шелковой изоляцией с сопротивлением около 150 Ом. Окно 8 из оптического стекла приклеивается с внутренней стороны крышки с помощью аральдита, что обеспечивает герметичность даже при самых низких температурах.

Спай термопары 9, измеряющей температуру калориметра, помещается в небольшое углубление до 5 мм диаметром около 1 мм в крышке калориметра и для улучшения теплового контакта заливается клеем БФ-2. Другой спай этой термопары помещается в сосуде Дьюара в смеси воды и льда.

Роль держателя калориметра выполняет трубка 10, через которую также производится откачка калориметра и впуск в него теплообменного газа, а также выводятся подводящие провода термопары 5.

Для обеспечения герметичности световод 11 проводится в низкотемпературную зону через тонкостенную трубку из нержавеющей стали 12 и герметизируется пицеином 13 (смесь приблизительно равных частей канифоли и воска). Через эту же трубку производится откачка калориметра и выводятся наружу подводящие провода термопары 9, угольного термометра сопротивления 6 и нагревателя 7, которые герметизируются пицеином 13 на верхних концах трубок 10 и 12. Диаметр наружной трубки (кожуха) 14 криостата (15 мм) позволяет поместить криостат с образцом вовнутрь сверхпроводящего соленоида, в транспортный гелиевый криостат, и проводить исследования в экстремальных условиях.

Использованная для измерений электронная аппаратура состоит из следующих основных узлов: 1) питания источника света постоянным током; 2) измерения средней температуры теплового резервуара; 3) измерения разности температур между образцом и резервуаром; 4) измерения температурных осцилляций образца; 5) модуляции светового потока; 6) регулирования средней температуры образца.

В качестве источника может быть использована лампа накаливания либо светодиод.

Показания термоэдс термопары 9 детектируются цифровым милливольтметром и считываются компьютером по последовательному порту СОМ (RS232). Для моделей милливольтметров, не имеющих разъема, возможно считывание данных через параллельный порт Centronics с помощью разработанного нами мультиплексора, который поочередно подключает к параллельному порту компьютера соответствующие декады с двоично-десятичного кода цифрового выхода милливольтметра Щ300.

Измерение разности температур между образцом и резервуаром Tdc происходит аналогичным образом, лишь с той разницей, что к милливольтметру вместо термопары 9 подключается термопара 5.

Измерение осцилляции температуры образца осуществляется фазочувствительным усилителем с подключенной к нему термопарой 5.

Необходимая частота прерывания светового потока устанавливается с помощью механического прерывателя на основе синхронного электромотора.

Регулирование температуры калориметра осуществляется подключенным к нагревателю экспериментальной ячейки цифровым источником питания.

Процесс измерений автоматизирован на базе персонального компьютера.

Для измерения теплоемкости и температуропроводности используется разработанная нами оригинальная версия метода а.с.-калориметрии Салливана и Зайделя [3]. Основная идея этого метода состоит в том, что периодический подвод одинаковых количеств тепла ΔQ вызывает периодические изменения температуры в образце.

Схема образца толщиной h, используемого в методе, показана на фиг.2. Из всего количества теплоты ΔQ, поглощенной образцом, часть ΔQ1 диссипирует с постоянной времени τ1 в тепловой резервуар (в основном через теплообменный газ), а другая часть ΔQ2 передается с постоянной времени τ2 к обратной стороне образца и затем также диссипирует в тепловой резервуар. Амплитуда ΔТ изменений температуры при периодическом подводе тепла обратно пропорциональна теплоемкости образца. Салливан и Зайдель [3] показали, что в случае одномерного теплового потока в направлении наименьшего размера тонкого образца

где ΔРА - амплитуда осцилляции мощности, подводимой к образцу, ω - угловая частота изменений подводимого потока мощности, СА - теплоемкость в расчете на единицу площади, η - температуропроводность образца, С - объемная теплоемкость образца, g - теплопроводность от образца к резервуару через обменный газ. Уравнение (1а) используется для определения теплоемкости путем подбора постоянных времени τ1 и τ2 при выборе рабочей частоты в соответствии с условием

Здесь условие ωτ1>>1 обеспечивает пренебрежимо малые потери тепла в резервуар за один цикл изменения теплового потока (квазиадиабатические условия), а условие ωτ2<<1 - установление теплового равновесия в образце. Величину τ1 можно изменять путем изменения теплопроводности g от образца к резервуару, а величину τ2 - путем изменения толщины образца h. На фиг.3 показана зависимость ΔPA/ωΔТ от частоты f=ω/2π в логарифмических координатах для одного из исследованных нами образцов высокотемпературной сверхпроводящей керамики YBa2Cu3O7-δ толщиной 0.030 см. Эти данные получены при температуре 77 K. Представленная кривая позволяет отметить важную особенность: выше 4Hz условие 2πfτ2<<1 не выполняется

Если τ21<<1 и одновременно выполняется условие (2), то второй, третий и четвертый члены в скобке в правой части выражения (1а) становятся пренебрежимо малыми и оно превращается в

Из сравнения выражения (3) при учете, что теплоемкость вещества образца при постоянной температуре неизменна (CA=const), и графика на фиг.2 очевидно, что (3) справедливо при частотах ω, соответствующих горизонтальному участку графика.

Поглощение образцом мощности ΔPA приводит к некоторому увеличению температуры образца относительно резервуара

где d - расстояние между образцом и тепловым стоком резервуара. Выражение (4) может быть использовано для дополнительного тестирования условий эксперимента и методики. Так, если измерить температурную зависимость Tdc, можно получить температурную зависимость теплопроводности газа, заполняющего калориметр. На фиг.4 представлена температурная зависимость теплопроводности обменного газа гелия, рассчитанная из температурной зависимости Tdc с помощью выражения (4). Как видно из чертежа, теплопроводность гелия в зависимости от температуры хорошо согласуется со справочными данными [4].

Получив из (4) выражение для ΔPA и подставив его в (3), получим

Из (5) следует, что, измерив ΔТ и Tdc при известных значениях g и d, можно определить абсолютное значение теплоемкости образца.

Температуропроводность образца определяется выражением (1b). Для определения величины τ2 в формуле (1b) воспользуемся формулой [3]

где α - разность фаз между осцилляциями мощности света, поглощаемого образцом, и осцилляциями температуры образца.

Из (6) найдем выражение для τ2

При выполнении условия (2) второе слагаемое в правой части (7) окажется пренебрежимо малым по сравнению с первым, тогда

Выражение (8) используется нами для определения значений τ2 по измеренным в эксперименте значениям α.

Усилители типа Unipan 232 имеют по сравнению с современными усилителями, например SR830, тот недостаток, что выходной сигнал зависит от фазы, которая подстраивается вручную. Другими словами, усилители типа Unipan 232 не являются фазочувствительными усилителями векторного типа, поэтому экспериментатору приходится при использовании таких усилителей вручную настраивать их на максимум, при этом в силу субъективных причин погрешность измерения фазы достигает 5%. С этой целью нами предложена формула, с помощью которой из значений сигналов x1, x2 при двух различных значениях фазы φ1, φ2 можно точно найти фазу измеряемого сигнала α:

Из-за неоднозначности arctg приходится определять экспериментально. Для этого значение α посылается в фазовращатель. Если после этого выходной сигнал синхронного нановольтметра положительный, то n=0, иначе n=1.

Фазочувствительные усилители векторного типа позволяют прямо измерять фазу измеряемого сигнала α. В этом случае можно воспользоваться формулой (8) без привлечения формулы (9).

Подставляя (8) в (1b), получим формулу для экспериментального определения температуропроводности

Теплопроводность рассчитывается из произведения теплоемкости (3) и температуропроводности (10).

Итак, измерив ΔT и α, одновременно определяем теплоемкость, температуропроводность и теплопроводность.

Экспериментальная установка была апробирована измерениями теплоемкости и теплопроводности меди и плавленого кварца в широком интервале температур, которые в пределах погрешности 1-2% согласуются со справочными данными [4].

Преимущество предлагаемого изобретения в том, что особенно удобно исследовать монокристаллы таких веществ, качественные образцы которых, как правило, имеют очень малые размеры. Среди таких веществ можно отметить высокотемпературные сверхпроводники, манганиты, сегнетоэлектрики, мультиферроики, сегнетомагнетики, фуллерены. Малые размеры образца позволяют многократно сократить время установления теплового равновесия в нем после поглощения теплового импульса и тем самым время на проведение измерений и проводить измерения в непрерывном квазистационарном режиме.

Предложена формула, позволяющая определять температуропроводность из фазы измеряемого сигнала по оригинальной формуле. Это позволяет работать с фазочувствительными усилителями, не имеющими так называемой функции векторной настройки максимума измеряемого сигнала. Такие усилители (У2-8, UNIPAN232B) относительно недороги в сравнении, например, с усилителем векторного типа SR830, что расширяет возможности использования предлагаемой системы.

Малый вес и объем системы позволяют проводить исследования в транспортном гелиевом криостате, в сверхпроводящем соленоиде, в ограниченном пространстве между полюсами электромагнита и, что особенно важно, на борту орбитальной космической станции с использованием естественного космического вакуума. Немаловажным фактором является стоимость устройства, которая будет на порядок меньше стоимости зарубежных аналогов.

Источники информации

1. C.C.Huang, J.M.Vainer and J.C.Novack New experimental technique for simultaneously measuring thermal conductivity and heat capacity Rev. Sci. Instrum., vol.56, No.7, p.1390-1393 (1985) Хуан, Вайнер, Новак. Новый метод одновременного определения теплопроводности и теплоемкости. Приб. для науч. исслед. 1985, No.7, p.93-97.

2. M.B.Salamon, P.K.Garnier, В.Golding, E.Buehler Simultaneous measurement of the thermal diffusivity and specific heat near phase transition J. Phys. Chem. Solids, vol.35, p.851-859 (1974).

3. P.Sullivan and G.Seidel Steady-state, ac-temperature calorimetry Phys. Rev.173, p.679-685 (1968).

4. Таблицы физических величин, справочник под ред. академика И.К.Кикоина, М., Атомиздат, 1976, с.257.

1. Устройство для измерения температуры, включающее основание, крышку и стеклянные волокна, на которых расположен образец, к которому приклеена термопара, а угольный термометр сопротивления установлен в отверстие у основания, нагреватель намотан по внешней поверхности крышки, в верхней части крышки установлено окно из оптического стекла, с одной стороны верхней крышки утоплена термопара калориметра, с другой стороны крышки расположена трубка-держатель калориметра, внутри которой проходят провода, а над окном расположен световод, подведенный к калориметру по трубке вместе с подводящими проводами.

2. Устройство по п.1, отличающийся тем, что трубка-держатель калориметра, через которую производится откачка калориметра и впуск в него теплообменного газа, используется и для подведения термопары к образцу, а трубка для проводки световода предназначена также и для подведения подводящих проводков к термопаре и термометру сопротивления, детектирующих температуру калориметра, и нагревателю калориметра, а полости в нижней части калориметра служат для намотки некоторой длины подводящих проводков, необходимой при монтаже образца и проведения измерения в экстремальных условиях.

3. Способ определения тепловых свойств, включающий измерение температуры с помощью устройства по п.1, отличающийся тем, что измерение теплоемкости и теплопроводности проводят одновременно, при этом теплопроводность определяют из произведения теплоемкости и температуропроводности, которая рассчитывается по оригинальной формуле

где ω - угловая частота изменений подводимой мощности светового потока,
h - толщина образца,
α - разность фаз между осцилляциями мощности света, поглощаемого образцом, и осцилляциями температуры образца.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерений свойств и тестирования материалов, в частности, к способам определения магнитокалорического эффекта (МКЭ). .

Изобретение относится к области термической обработки стали и сплавов для повышения их механических свойств. .

Изобретение относится к области исследования свойств материалов с помощью калориметрических измерений и может быть использовано в бомбовых калориметрах переменной температуры для определения теплоты сгорания топлива.

Изобретение относится к измерительной технике. .
Изобретение относится к области автомобилестроения, в частности к испытаниям транспортного средства по определению тепловых условий внутри кабины. .

Изобретение относится к области термической обработки стали и сплавов с целью повышения их механических свойств и может быть применено для построения кадастра жидкостей по их охлаждающей способности.

Изобретение относится к способам определения коэффициента теплопроводности твердых тел. .

Изобретение относится к технике для измерения состава двухкомпонентной среды и может быть применено в системах измерения и контроля в различных технологических процессах, например, при измерении состава и концентрации, уровня, массы и т.д.

Изобретение относится к области термической обработки стали и сплавов и может быть применено для построения кадастра жидкостей по их охлаждающей способности

Изобретение относится к области исследования и анализа теплофизических свойств материалов и может быть использовано при определении коэффициента теплопроводности сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий - u

Изобретение относится к области исследования свойств пористых материалов, в частности к методам определения величины смачиваемости и распределения пор по размерам

Изобретение относится к механическим и теплофизическим испытаниям и может быть использовано в процессе испытаний токопроводящих материалов. Заявлена установка для механических и теплофизических испытаний образца из токопроводящего материала при импульсном нагреве, содержащая рабочую вакуумную камеру с токоподводами, цанговыми зажимами для крепления образца, регистрирующую аппаратуру, нагружающий элемент, динамометр. Регистрирующая аппаратура состоит из термопар, приваренных непосредственно на рабочей части образца, датчика перемещений индуктивного коаксиального, закрепленного на средней части образца, и динамометра. Нагружающий элемент выполнен в виде тонкостенной трубы, в которой размещена тяга, жестко соединенная через цанговый зажим с образцом. Другой конец образца также через цанговый зажим соединен с динамометром, установленным шарнирно на имеющейся раме. Токоподводы установлены с возможностью нагрева образца и нагружающего элемента. Регистрирующая аппаратура связана с контрольно-измерительной аппаратурой, которая связана с ПЭВМ. Технический результат - повышение информативности данных испытаний. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к теплофизике и может быть использовано для определения радиационных характеристик поверхностей и покрытий твердых тел. Согласно заявленному способу определения степени черноты измеряют скорость изменения температуры и температуру образцов с покрытиями. Образцы изготовлены в виде двух одинаковых пластин с одинаковыми покрытиями, а в полости между данными параллельно установленными покрытиями наружу пластинами располагают нагреватель. Образцы устанавливают в воздушную среду, нагревают при постоянной мощности нагревателя. На линейном участке нагрева от температуры Tc до температуры T измеряют скорость нагрева образцов b0. Степень черноты исследуемых образцов ε, перегрев в конце линейного участка нагрева ϑ1 и продолжительность участка τ1 определяют из соответствующих аналитических выражений. Кроме того, для другого варианта осуществления заявляемого способа вычисления по приведенным зависимостям для τ1, ϑ1, ε производят последовательно итерационным методом до получения сходимости по ε при заданном значении k для значений параметров, определяемых в пределах соответствующих линейных участков изменения температуры образцов. Также заявлено устройство для осуществления указанного способа. Технический результат - повышение точности определения степени черноты. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил., 4 табл.

Изобретение относится к теплофизическим испытаниям и может быть использовано при испытаниях токопроводящих материалов (ТМ). Заявлена установка для теплофизических испытаний образца из токопроводящего материала при импульсном нагреве, содержащая дилатометрическую систему, рабочую камеру с вакуумной средой, термопары. Рабочая камера оснащена токоподводами, связанными с образцом, цанговыми зажимами для крепления образца. Дилатометрическая система установлена непосредственно на рабочей части образца. Дилатометрическая система и термопары связаны с контрольно-измерительной аппаратурой, которая, в свою очередь, связана с ПЭВМ. Дилатометрическая система состоит из датчика перемещений индуктивного коаксиального. Один токоподвод связан с образцом через гибкий проводник, а второй имеет с ним жесткую связь. Технический результат: возможность теплофизических испытаний ТМ с получением комплекса теплофизических свойств (теплового расширения, удельной теплоемкости, относительного электросопротивления) при импульсном нагреве (со скоростью ~100-1000 град/с) до температуры ~800°С в вакууме с одновременной защитой персонала и окружающей среды от воздействия испытуемых ТМ путем герметизации образцов из ТМ. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к приборам и методам исследования теплофизических свойств веществ с применением дифференциального калориметра и может найти применение при исследовании веществ и смесей веществ естественного происхождения, применяемых в пищевой и фармацевтической отраслях промышленности. Согласно заявленному способу измерения тепловых эффектов в камеры дифференциального калориметра помещают два идентичных исследуемых образца, а модулирующее воздействие подают на калориметрические камеры дифференциально. Благодаря этому регистрируемые тепловые эффекты, вызванные реверсивной составляющей реакции образцов на модулирующее воздействие, будут суммироваться, что приведет к повышению чувствительности. В калориметре для осуществления предложенного метода применена тепловая схема калориметра с компенсацией теплового потока. Прибор имеет камеры, снабженные датчиками температуры в виде термопар, одним из материалов которых является материал самой камеры и дистанционные индивидуальные нагреватели камер на излучающих светодиодах. Предложенная система выделения реверсивной составляющей теплового эффекта с применением синхронных детекторов выдает сигнал, содержащий полную информацию об амплитуде и фазе выделенной реверсивной составляющей. Технический результат - повышение чувствительности и точности измерений при применении модуляционного метода. 2 н.п ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области исследования свойств взаимодействия поверхности с флюидами и может быть использовано для определения теплоты адсорбции и смачивания поверхности. Заявлена измерительная ячейка калориметра, состоящая из изолированных друг от друга верхней и нижней частей, сообщающихся между собой посредством подвижного разъемного герметичного соединения. Ячейка снабжена двумя коаксиально расположенными трубками, выполненными с возможностью независимого подключения к внешним устройствам. Внешняя трубка подсоединена к верхней части ячейки, а внутренняя трубка подсоединена к нижней части ячейки через указанное подвижное разъемное герметичное соединение и выполнена подвижной. Технический результат - расширение функциональных возможностей устройства. 1 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области исследования свойств материалов с помощью калориметрических измерений и может быть использовано в калориметрах переменной температуры. Предложены три варианта калориметра переменной температуры, содержащего заполненный жидкостью калориметрический сосуд с камерой для проведения исследуемого процесса, окруженный калориметрической оболочкой, датчик температуры калориметрического сосуда и вычислительный блок для определения количества выделившейся теплоты по методу теплового эквивалента. Во всех вариантах калориметра на калориметрической оболочке дополнительно установлены датчики температуры, что позволяет осуществлять точное измерение температуры оболочки благодаря суммированию показаний всех термометров на ней. Во втором варианте изобретения калориметрическая оболочка выполнена изотермической, в третьем - адиабатической, и калориметр оснащен терморегулятором оболочки. Технический результат - повышение точности калориметрических измерений. 3 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области исследования свойств многокомпонентных сред и может найти применение в различных отраслях промышленности, например как нефтегазовая и химическая промышленности. Способы определения количественного состава многокомпонентной среды предусматривают размещение образца в ячейке дифференциального сканирующего калориметра и подачу в ячейку жидкости с известным коэффициентом теплового объемного расширения и известной объемной теплоемкостью. Определяют суммарную теплоемкость и суммарный коэффициент теплового объемного расширения образца и жидкости, находящихся в ячейке, и путем решения системы уравнения определяют объемы компонент, составляющих образец. Технический результат - повышение точности, надежности и скорости определения объемов компонент многокомпонентной среды. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх