Устройство для комплексного определения теплофизических свойств материалов с высокой теплопроводностью

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДИВЛЬСТВУ

443293 (61) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлеио08. Х2. VX (21ф722ХЯф26-25 (51) М Кл.

Ф ОХп 25/18 с присоединением заявни—

Государственный номнтет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий (32) Приоритет—

ОпубликованоХ5.09.74 Бюллетень № 34 (45);Дата опубликования описания 15. з2. 7 (53) УДК 536.2.

022(088.8) (72) Авторы изобретения 10. В. Алешкевич, С.Е.Буравой, Е.С. Платунов и В.Б.Ясюков (71) Заявитель ЛЕНИНГрадСКИй ИНСтИтут ТОЧНОЙ МЕХаНИКИ И ОПТИКИ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОЯПЛЖСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕПЛОФИЯИЧЕБК Х СВОИСТВ МАТЕРИАЛОВ С BbOOKOA

ТЕПЛОПРОВОПНОСТЪЮ

Изобретение относится к области твплофизичвского приборостроения и используется для комплвксного изучения температурной зависимости твплофизичвских свойств — ко- 5 эф4ицивнта твмпвратуропроводности и истинной твпловмкости материалов с -высокой твплопроводностью

Я,= 10 — 150 вт/м,град. в интер-. вале температур 300 w %500 К. . 1о

К этой группе материалов относятся металлы, оплаты, карбиды, бориды, гидриды, силициды и др.соединения, получаемые методами порошковой металлургии.Эти материалы в настоящ- 15 ее время широко используются ь различных объекрах новой техники,а ь связи с этим возникает необходимость в проведении массовых исследований их твплофизических свойств 2о в широком интервале темпвратур.для решения этой задачи требуются достаточно простыв по конструкции и высокопроизводительные калоримет рическив Устройства, Ооеспечиваю

2 щие измерения на образцах малых азмвров с погрешностью не хуже

+ 8 . Такив устройства целесообразно основывать на закономврност ях квазистационарного или монотонного режима.

Известйо устройство для скоостных широкотвмпературных твплоизичвских измвренир материалов, содержащее металлическое ядро и твплозащитную разъемную оболочку.

В металлическое ядро входят образец в виде стержня, тепломер, ско- ° роствмер (устройство для измерения скорости роста температуры образца)е внутренний и наружныр колпаки, металлическое основание с вмонтированной в него спиралью нагревателя и датчики температуры.

ОДНаКО такое уотРОйотВО ОтЛМн чается сложностью конструкции. Вну-, тренний колпак имеет нбопредвленный ,тепловой контакт с основанием, по;этому Обеспечить полную тв ловую ! изоляцию боковой поверхности о6443293 поверхность образца от бокового таплообиана. Площадь контакта обо- ) лочки с основанием и величину зазора между ними преднарительно расс- читыэают, МеталлическиИ тепломер 11 rrpsp

3* разца невозможно даже при условии подбора материала колпака и площади его контакта с основанием.Из вестное устройство невозможно использовать для повышенных темпера тур (500 — 1000 С), так как при этих температурах йарушается электрическая изоляция основного нагревателя, что приводит к появлению помех в измерительной".термопа- 1о рной цепи.

Для упрощения конструкции, повышения надежности и точности йзмерения, расширения температурного диапазона одновременного изучения 15 температуропронодности и истинной теплоемкости применительно к высокотеплопроводным материалам новой техники в предлагаемом устройстве между охранным колпаком и образцом 20 установлена адиабатическая пассивная оболочка, контактирующая с оснонанивм, а между нагревателем и . основанием расположена изолирующая газовая прослойка. 25

На чертеже показано предлагаемое устройство.

Устоойство состоит из разъем ной герметичной камеры,ныполненной1, из двух частей 1 и 2, системы за- зо щитных экранов 5, нагревательного узла и металлического ядра.

Нагревательный узел выполнен в виде "беличьего колеса", и изготовлен из нихромовой проволоки диаметром 1 мм. Спираль ч намотана на кварцевые трубки 5, которые в свою очередь одевают йа сто ри 6 из стали Х18Н9Т. Стойки размещают между двумя платами.7 и Б. Жесткость контруцции придают три стойки 9, с помощью которых весь нагревательный узел креяят к эерхней камере. Концы спирали выводят через вакуумное уплотнение (на чертеже 45 не показано).

Арматура нагревательного узла изолиронана в холодноИ зоне от корпуса камеры электроизоляционными прокладками, а н горячей — от металлического ядра — газовыми прослойками. Таков выполнение нагревателя обеспечивает изме ения без наводок вплоть до 7000 С, а также увеличивает надежность и срок службы нагревателя.

Металличесыое ядро является основным узлом устройства. В нем азмешен образец TQ и тепломер И . снование Е2 ядра установлено в нижнеИ части камеры с помощью трех стоек H.

Цилйндрическая медная оболочка И с двумя экранами f5 защищает ставляет собой пельн в констпчкпию из технического ниобия. В верхней

его части в горизонтальной плоскости э днух перпендикулярных направлениях просверлен ряд отнерстиИ диаметром 7 мм. Оставшиеся перемычки образуют рабочий слоИ

16 тепломера. Перепад температуры на этом слое измеряется дифференциальноИ термобатарееИ, "горя иие" спаи которой размещаются э отверстиях в теле Т7, а "холодные" в платсинке 18. Тепловой поток направлен снизу внерх из оснонания в образец и проходит через его рабочий слой. Величину потока определяют по перепаду температуры на рабочем слов тепломера и измеренному н градуировочных опытах с медным образцом коэффициенту его теплопередачи.

Лля температурных измерений в устройстве смонтировано три термопары: две н образце для измерения аксиального> перепада температур и одна в оболочке. Термопара оболочки армирована трубочкой из нержавеющей стали.

Электроды термопар изолированы керамической соломкоИ и выведены из камеры через вакуумное уплотнение.

УстроИство работает следующим образом.

Подготовленный к опыту образец IO с двумя радиальными отверстиями для термопар устанавливают на пластинку тепломера 18.

В основание ХЯ вставляют обо. лочку Х4, которую затем накрывают колпаком 19. Верхняя часть камеры опускается вместе с укрепленным на ней нагревательным узлом и экранами.

После откачки (до 5 ХО мм рт.ст) и заполнения камеры инертным газом подают напряжение на нагреватель, ядро начинает разогреваться. Мощность нагренателя выбирают так, чтобы скорость разогрева за время опыта находилась в пределах 0,4 + 0,6 град/сек.

В опыте на определенных урпвняж температуры измеряют временное запаздывание нерхнеИ точки образца относительно нижнеИ, скорость разогрева образца, сигнал дифференциальной термобатареи тепломера и перепад температуры об5 443295

6 разец - оболочка.. пературе t (L) > o < bo

)масса и скорость разогрева образКоэффициенты темпрвратуропро- ца, Г„, „, @, водности с. Ы) и истиннОИ тейло- HpBBEM ° емкости с(й ) расчитывают по фор- 5 IIPEQIRT ИЭОБРЕТЕНИЯ .мулам:

Устройство для комплексного в — и определения теплофизических свойств

® 2(Z -) - 4 + 6);(О материалов с высокой теплопреводИ В g

1о, ностью, содержащее основание с ра сположенным на нем тепломером и обУУI — I+Р— У У (РЮЮ Р" Р"," Р о b " 1 1и охранный колпак, о т л и ч а вщ е е с я тем, что с целью повыгде h> и Ь - расстояния от цент- 1, шения надежности и расширения темров. отверстий (соотвественно верх- пературного диапазона измерений, него и нижнего) до верхнего торца,между охранным колпаком и образцом образца, 7g, - время 3апаа установлена адиабатическая пассивР" У Р Р " " У" "" "РУ

Р, I В-: III Р Ю"

ФФ Ю РЮ»РЮ"" Р Ф Ю РУЮ мера и показания тепломера при тем- газовая прослойка.

443293

Л. (аркана

1: !; (,; И. ШубИЕИ (е. I Я,(, щ цц I 11!ик;(!1, 1!. (ЕОБЧИ1 .

0 0 11" "- 1.Ь2 I (1!и t, Г L Il..till с((ое

I I I I I I I I l l I (t t (! 1 и t t" и I t 1 t ! t и а ! ! t t I t ! ! t ((. С I! " !.) ! и !, \ и и и и 1!! ! !.! I t it и, I (! " 1 : с и и и t t; !, .1