Устройство для измерения коэффициентатеплопроводности сублимирующих веществ

 

:- „-ОЮЪйь.Б т -."..10-.в и -"=4 иот

Сеюз Соввтсккк

Социалистических

Республик

ОП И

ИЗОБРЕТЕНИЯ

< 1736747

О

К АВТОРСКОМУ СВ О ЕЛЬСТВУ (6t) Дополнитвльмое к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 060378 (2f) 2624354/18-25

Р11М. Кл.З с присоединением заявки Йо—

G 01 и 25/18

/ (23) ПриоритетГосударственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий

Опубликовано 070881; бюллетень МВ 29

Дата опубликования описания 070881

РЗ) УДК 538.38 (088.8) (72) Автор изобретения

В. Рарков (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ СУБЛИИИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Изобретение касается теплофизическкх измерений н предназначено для измерения коэффициента теплопро- водности твердой фазы веществ, сублимирукицих при низкой температуре.

Известно устройство для измерения коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов при низких температурах, имеющее измерительный 1О промежуток, образованный двумя теплопередакицими стенками, одна иэ которых омывается с одной стороны хладагеитом, например сжиженным газом, а вторая соприкасается с наружным воздухом, т.е. является более нагретой. Устройство снабжено средствами измерения температуры (обычно, термопарами) теплопередакщих стенок и прибором для измерения количества кспаренного хладагента (газовыми счетчиком), по которому определяют тепловой поток.

Образец изучаемого материала расположен в измерительном промежутке между теплонередакицкми стенками. Исслвдуеьый материал записывают в вкде крошки в сферическом устройстве или наматывают на внутренний сосуд цилиндрического устройства, или зажимают между пластинами в устройстве с плоской геометрией (1g.

В этих устройствах условия. иэме;ренкя соответствуют условиям работы исследуемого материала, но тепловой контакт образца с теплопередающими стенками получается нестабильным, а при зажиме образца между пластинами возможно нарушение структуры исследуемого материала. При измерении коэффициента .теплопроводности неста» бильность теплового контакта илк нарушение структуры вещества приводит к значительным ошибкам измеряемой величины. Кроме того, йэмеренке твплопроводности гексафторида урана в этих условиях сильно затрудняется из-эа высокой летучести и агрессивности. (Известно устройство для измерения твклопроводиости электропроводных материалов, содержащее источник лучистой эйвргни, тепломер и холо- дильник. В этом устройстве образец и тепломер расположены на холодильнике в зоне равного облучения, причем сверху и снизу образца установ« лены пластины, образуккцие с ним естественную дифференциальную термопару P J.

Такое устройство не обеспечивает стабильность теплового контакта

736747 измеряемого вещества с пластинами и непригодно для работы с сублимирующими веществами, в частности с гексафторидом урана, из-за его высокой летучести и химической агрессивйости.

Цель изобретения — уменьшение погрешйости измерения путем создания возможности полного и равномерного заполнения объема между пластинами десублиматом и получения нарушенной структуры.

Это достигается тем, что в устройстве для измерения коэффициента теплопроводности, включающем последовательно расположенный холодильник, тепломер и измерительный промежуток в виде пластин, выполненных иэ элект-: ропроводного материала и соединенных перемычками из другого электропроводного материала, образующими дифФеренциальную термопару с первым, 20 между которыми располагается образец.По крайней мере, одна из пластин измерительного промежутка снабжена отверстиями. Пластина может быть выполнена из перфорированного листо- р5 вого материала. Определяющий размер отверстия (диаметр для круглогб отверстия, меньшая из сторон для прямоугольного отверстия) должен быть не менее расстоянйя меЖДу йлаотинами., Зо

Пластины могут быть изготовлены иэ меди, а перемычки иэ конеля. Поверхность тепломера, обращенная к образцу может одновременно служить одной из пластин измерительного промежутка. Эта пластина измерительного промежутка может быть также выполнена

-в виде покрытия, нанесенного на поверхность тепломера, например, медного покрытия, нанесенного гальва ничесй м способом. 40

На чертеже приведен общий вид устройства для измерения коэффициента теплопроводности твердой фазы вещества, сублимирующего при низкой температуре, например гексафторида 4j урана.

Устройство содержит холодильник

1, тейломер 2, с охранным кольцом 3, которое вместе с тепломером образует дно холодильника. С нижйей стороны @ тепломера при помощи стоек 4 из изо лирующего материала прикреплена нижняя пластина 5 измерительного промежутка 6. Верхняя пластина измерительного промежутка образована. нижней поверхностью 7 тепломера, ко торая может быть покрыта электропроводным материалом, например медью.

Нижнаяя пластина 5 измерительного промежутка выполнена иэ электропроводного материала и снабжена отверстия- 4Q мхь Она может быть выполНена иэ перфорированного медного листа.Пластины измерительного промежутка соединены перемычкой 8 из электропроводного материала, отличного от матерна- фф ла пластин измерительного промежутка, например из копелевой проволоки, и образуют дифференциальную термопару.:

Для снижения паразитных потоков тепла холодильник окружен внутренней теплоизоляцией 9, охранным пространством 10, заполняемым тем же хладагентом, что и холодильник, и внешней теплоиэоляцией 11. Сверху холодильник закрыт пробкой 12 из теплоизолирующего материала, например, пенопласта.

Тепломер снабжен батарейной дифференциальной термопарой 13 и термопарой 14, измеряющей температуру его нижней поверхности. Снизу устройство заключено в герметичный кожух

15, снабженный штуцером 16 для вакуумирования рабочего пространства и подвода в гаэообразиом виде исследуемого вещества, которое конденсируется в нэмерительный промежуток б.

Устройство работает следующим образом. Холодильнйк 1 и охранное пространство 10 заполняют хладагентом, например сжижеиным газом, и вы- держивают до установления заданной температуры. Через штуцер 16 откачивают рабочее пространство и подают изучаемую газовую смесь, при этом в измерительном промежутке б конденсируется в твердую фазу исследуемое вещество, пары которого проникают через перфорированную пластину 5.

Процесс конденсации продолжают при визуальном контроле через окна в кожухе 15 (на чертеже не показаны), пока исследуемое вещество не заполнит измерительный промежуток б полностью и покроет перфорированную пластину 5; сформировав образец.

Отсчет перепада температуры на обра-зце проводят Ilo показаниям дифферен-. циальной термопары. Тепловой поток определяют по показаниям батарейной термопары 13. Измерения проводят при разных тепловых потоках. Коэффициент теплопроводности вычисляют по формуле д где Я - тепловой поток через тепломер и образец, gt .= перепад температуры на образце, S - площадь образца, равная площади тепломера, d - толщина образца, равная толщине измерительного промежутка 6.

Опытный образец предлагаемого .Устройства имеет тепломер и охранное кольцо толщйной 20 мм, выполненные из сталй 1Х18Н10Г, диаметр тепломера

80 мм, наружный диаметр охранного кольца 140 мм. По взаимно перпендикулярным диаметрам в тепломере на равном расстоянии друг от друга расположено двадцать одно отверстие диаметром 1,5 мм, из которых девятнадцать

736747 отверстий используют длй размещения электродов батарейной дифференциаль,ной термопары 13 (37 спаев), одно отверстие предназначено для термопары 14 и одно отверстие -.для вйвода проводников дифференциальной термо ïàðå измерительного промежутка. Измерительный промежуток образован нижней поверхностью тепломера, гальванически покрытой по никелевому подолою (0,005 мм) слоем меди толщиной

0,2 мм, и перфорированной медной пластиной толщиной 0,5 мм, укрепленной на стойках 4, выполненных из фторопласта-четыре.®ирина измерительного промежутка — 10 мм, Пластины в четырех точках соединены копелевююи проводниками, припаянными серебряным припоем, этим же припоем припаяны медные выводы дифференциальной термопары измерительного промежутка. Все отверстия для термопар и зазор между 20 теппомером и охраннмч кольцсьГ герме= - = тиэированы клеем БФ при рекомендованной термообработке. Тепломер с охранным кольцом в сборе приварен к холо» дильнику 1, который снабжен внутрен- д ней и внешней теплоиэоляцией (толщиной 10 и 31 мм соответственно), заполненной каолиновой ватой и отвакуумированной. Между внутренней и внешней изоляцией расположено охранное пространство 10 толщиной 12 мм, заполняемое хладагентом. Снизу при помощи фланца герметично присоединяется кожух 15, снабженный четырьмя окнами для визуального наблюдения за формированием образца. Кожух снабжен двумя штуцерами с вентилями, через которые проводится заполнение в рабочем пространстве.

Предлагаемое устройство дает воз можность измерения коэффициента 40 теплопроводности сублимирукщих при низкой температуре веществ, в частности гексафторида урана, на образце, имекщем хороаий стабильный тепловой контакт с теплопередающими поверхностями и ненарушейную структуру, обусловленную параметрами конденсации. На этом устройстве можно также исследовать завйсимость" величи= йы коэффициента теплопроводности от условий конденсации и температуры.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения коэффициента теплопроводности сублимирукицих веществ, содержащее последовательно расположенные холодильник, тепломер и выполненные из электро проводного материала пластины, сое- диненные между собой перемычкой из другого электропроводного материала и образующие дифференциальную термопару, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью -уменьшения потрешностей измерений путем сбздания возможности полного и равномерного заполнения объема между пластинами десублиматом и получения ненарушенной его структуры, по крайней мере, одна пластина имеет отверстие.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что определяющий размер отверстия а (диаметр для круглого, меньшая иэ сторон для, прямоугольного отверстия) выбирают в пределах d - а Ф5д (d — расстояние между пластинами), причем суммарная площадь отверстия составляет

40-80% площади пластины.

3. Устройство по пп.1 и 2, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что одна из пластин выполнена как поверхность теплсмера или покрытие на поверхности тепломера.

Источники информации, принятые во внимание при эксйертизе

1. Каланер М.Г.. Тепловая изоляция в технике низких температур. М., Машиностроение, 1966, с. 162-165.

2. Авторское свидетельство СССР

В 446818, кл. G 01 М 25/18, 1973 °

736747

Составитель В. Гусева

Техред А. Ач Корректор Е. Рококо

Редактор С. Суркова

Заказ 5917/50 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раумская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4