Устройство для измерения теплопроводности твердых тел

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявленод80676 (21) 2373558/18 25 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет (43) Опубликовано 050678. Бюллетень )ее 21

Союэ Советских

Социапистицеских

Республик (11) 61 0009 (51) М

Ст 01 к 25., }8

Гасударственный комитет

Совета Иинистров СССР оо делам изобретений и открытий (53) УДК 536. 2 (088. 8) (45) Дата опубликования описания05.05. r8 (72),Авторы изобретения

В.В. Александров, A.Н. Борзяк и Ю.Д. Лепешкин (7l) Заявитель

Институт металлургии им. A.A. Байкова AH СССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Изобретение относится к устройствам для измерения теплопронодности твердых тел с помощью аксиального потока тепла н широкой области температуры. Оно может быть использовано н физических, химических, металловед- ческих и промышленных лабораториях при разработке новых материалов и веществ и расчете конструкций из них.

Известно устройство для измерения Щ теплопроводности с помощью аксиального теплового потока11) . Это устройство не позволяет учитывать тепловое излучение образца, поэтому результаты измерений содержат ни чительные погреш- l5 ности .

Ближайшим техническим решением к предложенному является устройство для измерения теплопроводности твердых тел, содержащее расположенную в криос- ЯО тате вакуумную рабочую камеру с закрепленным на ней теплообменником, установленные в камере цилиндрический тепловой экран с нагревателями, закрепленные на образце термометры и нагре- 25 ватель, дифференциальные термопары, включенные между образцом и теплоным экраном(2) .

В этом устройстве не исключены потери мощности на тепловое излучение 30

2 от элемента пс)верхности образца к . элементу поверхности теплового экрана в направлении, отличном от перпендикулярного к элементу поверхности образца. Величина потерь занисит от излучательной способности поверхностей экрана и образца, размеров образца и .теплового экрана. Из-за сложности расчета величины потерь при измерении теплопроводности появляется систематическая погрешность.

Цель изобретения — уменьшение систематической погрешности за счет сведения к минимуму тепловых потерь на излучение мощности от образца к тепловому экрану в направлении, отличном от перпендикулярного к образцу.

Указанная цель достигается за счет того, что на внутренней поверхности теплового экрана перпендикулярно ему закреплены на расстоянии от

0,2 до l,Î см высокотеплопроводные, например медные, ширмы, находящиеся в тепловом контакте с экраном в месте их крепления к нему.

Конструкция устройства для измерения теплопроводности позволяет существенно уменьшить систематическую погрешность измерения теплопроводнос610009 ти по сравнению со случайной погрешностью ее измерения и дает воэможность сраннивать данные по теплопроводности, полученные в разных i лабораториях, для одних и тех же веществ и материалов.

На чертеже показано предложенное устройство для измерения теплопроводности, продольный разрез.

Устройство содержит вакуумную ка- 0 меру 1, помешенную в криостат 2, заполненный криогенной жидкостью. Камера находится н тепловом контакте с теплообменником 3, к которому креаятся тепловой экран 4 с намотанными на него нагревателями 5 и образец б с установленными в держателях термометрами 7. На нижнем конце образца смонтирован нагреватель 8. Между образцом и тепловым экраном включены дифференциальные термопары 9. На внутренней поверхности теплового экрана укреплены ширмы 10, а на его нижнем концевтулка 11 с резьбой, на которую навинчивается гайка 12.

Тепловой экран 4 представляет со- 25 бой цилиндрический стакан, разрезанный по образующей на две симметричные части. Закрепленные перпендикулярно на его внутренней поверхности ширмы 10 выполнены из материала с высокой 30 теплопроводностью (например из меди или серебра) и имеющие с ним хороший тепловой контакт, чтобы в процессе измерения теплопроводности температура каждой ширмы была равна температуре теплового экрана в месте ее крепленИя к нему. Поверхность ширм и внутренняя поверхность экрана отполированы и на них нанесено блестящее неокисляющееся покрытие (например, из никеля или 40 хрома). Ширмы представляют собой тонкие, примерно 0,2 мм толщины, пластины в форме полудиска с диаметром, равным внутреннему диаметру теплового экрана. По центру диаметрального разреза ширмы имеется выточка н виде по45 лудиска с диаметром не бол е чем на

1 мм превышающим, диаметр образца б, но таким, чтобы при сборке теплового экрана. не было теплового контакта между образцом и ширмой, за счет их 50 касания. Прикрепленная снизу к тейловому экрану втулка также разрезана по образующей. Смонтированные на внешней поверхности теплового экрана 4 нагреватели 5 состоят из двух секций, каж- 55 дая из которых находится на одной и той же высоте. Тепловой экран 4 и образец б крепятся коаксиально.

Формула изобретения

Устройство для измерения теплопроводности твердых тел, содержашее расположенную н криостате вакуумную рабочую камеру с закрепленным на ней теплообменником, установленные в камере цилиндрический тепловой экран с нагревателями, закрепленные на образце термометры и нагреватель, и дифференциальные термопары, включенные между образцом и тепловым экраном, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения систематической погрешности измерений, на внутренней поверхности теплового экрана перпендикулярно ему закреплены на расстоянии от 0,2 до 1,0 см высокотеплопроводные, например медные, ширмы, находящиеся в тепловом контакте с экраном в месте их крепления к нему.

Источники. информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Н В, Березникова и др., Сб, Физико-механические и теплофизические свойства металлов и сплавов, Изд.-во Наука, М., 1976.

1.J.Q.Hust,×.L.ÐoìãåÈ,ала Р.Н,Weitr egт

ГИе ла0 Conductivity Standart Veferenc Ma teriafs Prod 4 to300N.Ý,Arvnco Oron: Jnctuding Apparatus Deecriytion and егоr ка 1 вЬ, "3. кеьеагсЬ яа1.3ur.&Еа nd., (1970, 74А,И 5, 673-690.

Устройство для измерения теплопроводности работает следующим образом.

После сборки устройства и охлаждения образца и экрана до минимальной температуры с помошью криогенной жидкости, заливаемой в криостат 2, вакуУмная рабочая камера 1 откачива: тся ()5 до давления 10 -10 мм рт.ст. Включается нагреватель 8 и по истечении некоторого времени ло образцу 6 Устанавливается стационарное распределение температуры, которое поддерживается выделяющимся теплом нагревателя 8 и теплостоком от Tåïëooáìåníèêà 3 в криогенную жидкость, а измеряется термометрами 7. Такое же стационарное распределение температуры устанавливается по длине теплового экрана 4, температура которого регулируется нагревателями 5 и дифференциальными термопарами 9, включенными в систему автоматического регулирования температуры. Как и н известной конструкции, за счет этого исключается составляющая потерь мощности на тепловое излучение в перпендикулярном направлении от образца к тепловому экрану. Наличие ширм 10, находящихся на расстоянии

0,2-1,0 см друг от друга и от образца и имеющих температуру, близкую к температуре элементов поверхности образца, снодит к минимуму тепловые потери на излучение мощности от образца к тепловому экрану в направлении, отличном от перпендикулярного.

3а счет этого сушественно уменьшается систематическая погрешность измерения теплопронодности по сраннению со случайной погрешностью ее измерения.

610009

ID

/4 в !

Составитель А. Волков

Редактор Т, Орловская Техред Н. Андрейчук Корректор И ° Гоксич

Заказ 2999/32 Тираж 1112 Подписное

?1НИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий .113035 Москва Ж-35 Ра ская наб. д. 4 5 с УЕ с

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4