Способ измерения теплофизических величин

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву

Союз Советских

Социалистимеских

Республик

681359

2 (51) M. Кл. (22) Заявлено 18.03.77 (21) 2463984/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

G 01 N 25/18

Государственный квинтет

СССР но делам нвобрвтвннй

N втнрытнй

Опубликовано 25.08,79. Бюллетень № З1

Дата опубликования описания 29.08.79 (53) УДК 536.6 (088.8) (72) Авторы изобретения.В. EO. Воскресенский и Е.. И. Тупов

Всесоюзный заочный институт пищевой промышленности (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Изобретение относится к измерительной технике, в частности, к способам измерения теплофиэических величин (коэффициентов теплопроводности и температуропроводности и теплоемкости) .

Известны способы измерения теплофизических величин при постоянной скорости увеличения температуры нагревателя, в которых процесс поддержания постоянной скорости увеличения температуры нагревателя осуществляют путем контроля температуры нагревателя термопарами, интегро-дифференциального регулирования температуры по заданной функции времени и использования исполнительных механизмов (1).

Известен также способ измерения теплофизиt5 ческих величин при постоянной скорости увеличения температуры нагревателя, в котором процесс поддержания постоянной температурной скорости нагревателя осуществляют с помощью программного устройства задания скорости на20 грева (2).

ЭДС термопары, расположенной в непосредственной близости от нагревателя, сравнивают с сигналом задатчика линейно изменяющейся MC.

При отклонении выходного сигнала от номинальной величины возникает сигнал разбаланса. Усиленный сигнал подают на управление синхронным двигателем, связанным с осью автотрансформатора, к выходу которого подключены . нагревательные элементы.

Автоматическую компенсацию тепловых потерь в установке обеспечивают системой фотоэлектронного регулирования.

Недостатком этого способа измерения теплофизических величин при постоянной скорости увеличения темпсратуры нагревателя является сложность измерения, связанная с необходимостью использования сложных дорогостоящих электронных приборов, кинематических и электромеханических связей. Требуется длительная и тщательная наладка приборов и всей электро.механической схемы работниками, имеющими специальную техническую подготовку и знания.

Цель изобретения — упрощение измерения за счет упрощения процесса поддержания постоянной температурной скорости нагревателя, уде.шевление и повышение надежности измерений.

681359

Для этого измерения проводят при постоянной силе тока в нагревателе величиной

Л.

Я (- где

К

Ro

3 — сила тока нагревателя; — коэффициент теплообмена; — электросопротивление нагревателя; — температурный коэффициент теплоемкости; — температурный коэффициент элект- росопротивления, Выделяемая нагревателем тепловая энергия частично поглощается (аккумулируется) самим прибором и частично рассеивается в окружающую среду через тепловую изоляцию.

В процессе нагревания мощность электрического нагревателя возрастает эа счет роста его сопротивления. Если поддерживать постоянной заданную силу тока в нагревателе, то выделяемая тепловая энергия полностью скомпенсирует потери тепла в окружающую среду и потери тепла на поглощение самим прибором, обеспечив тем самым линейное возрастание его температуры.

На чертеже изображены зависимости температуры нагревателя от времени при различных значениях постоянной силы тока в нагревателе; кривая А показывает линейное возрастание температуры во времени при пропускании через нагреватель оптимальной постоянной силы тока; кривые Б и В показывают зависимость температуры от времени при пропускании через нагреватель силы тока соответственно большей и меньшей, чем оптимальная.

Необходимая величина постоянной силы тока, поддержание которой обеспечивает линейный нагрев, определяется расчетным путем и затем может быть уточнена на готовом приборе.

Энергетический балан измерительного блока с нагревателем согласно первому закону термодинамики описывается выражением:

С1 = Ь0 + I, (1) где 0 = — KV, Ч = t — to, (2) — мощность теплового потока между нагревателем с изменяющейся температурой t и окружающей средой с постоянной температурой t при эффективном коэффициенте теплообмена К;

ИЗ = С,(1+ - V) V (3) — скорость изменения внутренней энергии измерительного блока с нагревателем теплоемкостью

Со при температуре то, температурном коэффициенте теплоемкости 7 и скорости увеличения температуры V;

L= I2R (1+PV) (4) — мощность, подведенная к нагревателю и вы- . деляемая на нем в виде тепловой мощности при электрическом сопротивлении нагревателя R< при температуре to температурном коэффициенте электрического сопротивления Р и силе тока через нагреватель I.

Задание условия постоянной скорости увеличения температуры

V const (<) позволяет представить решение системы уравнений (1-5) в виде формулы для величины постоянной силы тока

19 Д= (6)

Rî(P Yg

Измерения теплофнзических свойств проводят следующим образом.

Опытный образец, например для измерения коэффициента теплопроводности, закрепляют в

1% измерительном блоке между нагревателем и теп- ломером с известной теплоемкостью. Нагреватель представляет собой медный стержень теплоемкостью 1065 Дж/К при 20 С, обмотанный проволокой чистого железа (99,9) сопротивлениM ем 50 Ом при 20 С, После включения нагревателя поддерживают постоянной заданную силу тока 0,8 А, на диаграммной ленте потенциометра записывают температуры в слоях образца

3$ и вычисляют тепловой поток и величину коэффициента теплопроводности.

При измерении, например теплоемкости,образец размещают в измерительном блоке, включа>6 ют нагреватель и поддерживают заданную иэ условий постоянства скорости увеличения температуры нагревателя постоянную силу тока, измеряют температуры образца и нагревателя и по известному термическому сопротивлению зазора между образцом и нагревателем вычисляют тепловой поток и теплоемкость образца.

3$

Заданное значение силы тока, рассчитанное предварительно по формуле (б), окончательно уточняют в наладочных опытах. Для этого проводят серию опытов при различных значениях

46 постоянной силы тока, близких к расчетному, из которых выбирают величину постоянной силы тока, поддержание которой обеспечивает линейный нагрев в заданном интервале температур, Формула изобретения

Способ измерения теплофизических величин различных материалов при постоянной скорости увеличения температуры нагревателя и регистрации температур и теплового потока, отличатощийся тем, что, с целью упрощения измерения поддерживают постоянную силу тока нагревателя величиной

1 где — сила тока нагревателя;

681359 коэффициент теплообмена; электросопротивление нагревателя; температурный коэффициент теплоемкости; температурный коэффициент электросопротивления.

К—

Ro

150

120

110

100

1 Х 5 9 f 6 7 8 g 10 11 1

Время t, сел

Составитель E. Тупов

Редактор Л. Лашкова Техред Л.Алферова Корректор А.Гриценко.

Тираж 1090 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5078/40

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Просктная. 4

g0 Ъ

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР М 415564, кл. G 01 и 25/18, 1971.

2. Инженерно-физический журнал, 1969, т. 16, И 3 с 510-520