Устройство для измерения теплофизических свойств веществ

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

И3ОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. санд-ву (22) Заявлено30.03.76 (2I) 2339852/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

««655948 (51) М. Кл.

G 01 М 25/18

Говударрвтвенный квинтет

СССР аа делам изобретений и открытий

Опубликовано 05.04.796юллетень ¹ 13 (53) УДК536 (088.8) Дата опубликования опнсання08.04.79 (72) Авторы изобретения

Ф

П. А. Павлов и P. P. Мулюков

Отдел физико-технических проблем энергетики Уральского научного центра АН СССР (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВ

Изобретение относится к области тепловых испытаний веществ, в частности, K измерениям теплофизических свойств жи цкостей.

Известно большое количество устройств для измерения теплофизических свойств веществ, вклточающих источник нагрева и систему регистрации температуры, состоялую, например, из термопар и лабораторны» и отененном етров (l j. то

Влижайшим техническим решением является устройство цля измерения теплофизических свойств веществ посрецством регистрации изменения электросопротивления, электропоцогревателя, погруженного в исследуемое вещество, состоящее из четырехплечего измерительного моста, источника питания и индикатора рассогласования, причем оцна ветвь моста включает нагреватель и резистор, а вторая, являющаяся измерительной ветвью, — резисторы переменной и постоянной величин (2).

Нецостатком этого устройства является невозможность определения комплекса теплофизических характеристик, а точность измерения ограничивается тем, что мо ;то-вая схема работает в неуравновешенном режиме, а также необхоцимостью регистрации зависимости температура-времясамопишущим прибором, Цель прецлагаемого изобретения оцновременное измерение коэффициента теплопровоцности и теплоемкости и повышение точности.

Для этого устройство цополнительно снабжено измерительными ветвями, инцикаторами рассогласования, причем эти ветви соцержат цополнительно установочные резисторы.

Схема предлагаемого устройства привецена на чертеже.

К источнику 1 питания поцключены цве ветви четырехплечного моста. Одна из ветвей включает нагреватеы Г погружаемый в исслецуемое вешество„ и постоянное сопротивление Я; вторая

- скорость роста темню

Q (В РС2Ь2

655948 ратуры идеально теплоизолированной проволочки

5 с)(.= 2 —., где ).) С и, P C рс

О() -) ) 2 2»

Т 1-е

- -f(<„5<<)= p ) з,„,(, 1

UJ о

) (т)=)о((у(т+т,)1 (э) И гце Т вЂ” превышение температуры цилнн- где отсчет температуры Т ведется or цра (проволочки) нац температурой те(1- температуры термостата Тт мостата в момент времени Г от начала разогрева; измерительная ветвь включает постоянное сопротивление R<, и переменное h

К тому же источнику подключены цве цополнительвые измерительные ветви, при этом R,=R„=R»R =R„„„=R„„

В переменные плечи цополнительных ветвей п оцключены установочные сопротивления gg., g . Инцикатором рас1 2 согласования основного м оста является элемент 2, элементы 3 и 4 - инцикато-10 ры рассогласования мостовых схем, о6разованных ветвью, включающей нагреватель и дополнительные ветви.

В качестве примера одного из вариантов реализации показано, что к индика- М торам рассогласования подключены измерители 5, 6, 7 времени, фиксирующие моменты прохождения нуль-сигналов рассогласования измерительных схем.

При подаче импульса напряжения от 20 источника 1 индикаторы 2, 3, 4 рассогласования, последовательно регистрируют моменты баланса мостовых схем, что отмечается измерителями 5, 6, 7 времени 25, Устройство применяется цля исследования теплопроводности и теплоемкости жидкости на(чальнЬ(й момент разогрева. Сопротивления R= (", В о « „=й

На измерители 5, 6, 7 времени сигнал запуска поступает от генератора в начале импульса, а сигнац останова от соответствующей ветв)и в момент баланса. Перед измерением строенный блок 4О

R „подстраивается так, чтобы мост о, Й „был сбалансирован.

Для математического описания развития процесса на проволоке, помещенной в исслецуемую жидкость, пригодно реше45 ние теплофизической зацачи о нагреваемом цилиндре из идеального проводника, окруженном неограниченной однородной средой

- удельные теплоемкости, соответственно, жидкости и цилиндра;

С1 где Ь вЂ” радиус проволочки

Ф Л (т(илинцра),, С = —,, - температуропровод р c ность окружающей среды (жидкости), — теплопроводность жидкости.

2 2

h(ubk) J=(u 3u(u)-а)„(и )) + (u ((u)- т (ц)),где 3< и Ч функции Бессели.

Из выражения (1) видно, что знания теплопроводности и удельной теплоемкости исследуемой жидкости необходимо знание времен разогрева Г и C2 до определенных температур Т4 и Т2;.

Для удобства математической обработки результатов заранее на ЗВМ табулируется интеграл из выражения (1) и решается система

1 () „1„ „ = 1 (22 уi 1 Р1Т2) f2

Решение системы оформляется в виде диаграмм зависимости < . и ф (или Л

I и P,Q ) or Г и С так, что, зная Yq H, можно найти соответствующшие данной температуре термостата Л и р С, и наоборот.

Величина f2 определяется допустимой длительностью измерении. При длитель-Э . -4 ности измерения л 10 с 5.10

Так как $2=T I TU(,, то постоянная прибора фцо подбирается такой, чтобы температура перегрева проволочки относительно жидкости не превышала допустимую.

Отношение f < / Х, определяется из условия минимальности ошибки и составляег л 1,4. для расчета величин сопротивлений

R< и Я используется известная anсг проксимация

655948

Из баланса моста, образованного -ой ветвью и ветвью Я ., следует

2©, =ХТ 1 1=1,2 (4) 1

Величины f(+ P Г.) оказываются по1 1 стоянными

Ч . R = „. г у- = 5 о

Эти постоянные выбираются при табу лировании.

f(W„P„i,)=S

По показаниям измерителей времени 1 считываются значения Т и С> и контроли1 руется условие 7=O.

Предлагаемое устройство можно применять для абсолютных измерений. Для этого необходимы электрические измерения величины - Т . При относительных измерениях постоянная T определяется из опытов с эталонной жидкостью.

Величины добавочных сопротивлений определяются из выражения (5), из этого же соотношения видно, что предлагаемое устройство обеспечивает постоянство величин и Х при различных температурах исслецуемой жицкости, т. е. обеспе1

36 чивает возможности предварительного табулирования зависимости теплопровоц-. ности и удельной теплоемкости от времен разогрева на цве опрецеленные температуры и независимость градуировки устройства от температуры исследуемой жицкости при относительном метоце измерени я.

Формула изобретения

Устройство для измерения теплофизических свойств веществ посрецством регистрации изменения электросопротивления электронагревателя, погружаемогг в исследуемое вещество, состоящее из четыреяплечного измерительного моста„ источника питания и индикатора рассо» гласования, причем одна ветвь моста включает нагреватель и резистор, а вторая, являющаяся измерительной ветвью,резисторы переменной и постоянной величин, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью одновременного измерения коэффициента теплопровоцности и теплоемкости, а также повышения точности, оно снабжено цвумя цополнительными измерительными ветвями, инцикаторами рассогласования, причем эти ветви соцержат цополнительно установочные резисторы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Рафалович И..М. Денисова И. A.

Определение теплофизических свойств металлургических материалов, М., Металлургия, 1971, с. 82-84.

2. Известия ВУЗов, "Прибор остр оение",.1974, 17, N8,,с. 109-112.