Устройство для комплексного опре-деления теплофизических характеристикматериалов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскик

Социалистических

Ресо

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 30.0779 (21) 2802972/18-25 (51)М. КЛ. с присоединением заявки ¹

6 01 И 25/18

Государствеииый комитет

СССР по делам изобретеиий и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 150581. Бюллетень l4918

Дата опубликования описания 15.05.81 (53) УДК 538.2 (088.8) (72) Авторы изобретения

Г. A Беда, В. П. Сахаров и В. A Фадеев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к экспери= ментальной теплофизике и предназначено для исследования теплофизических свойств коксующихся при высоких температурах полимерных материалов, на5 пример, асбо- и стеклопластиков.

Известна комплексная установка для определения температуропроводности и средней теплоемкости твер-. дых тел. Данное устройство представляет собой механическое объединение двух установок для исследования темl йературопроводности и энтальпии твер. дых материалов, использующих общую высокотемпературную печь, и требует 15 проведения раздельных экспериментов в каждом случае. Установка содержит высокотемпературную печь сопротивлЕния с графитовым трубчатым нагревателем, окруженным системой графитовых и танталовых экранов, охлаж- . даемых кожухом. Внутри нагревателя располагается цилиндрический образец исследуемого материала, снабженный термопарами или пирометрическими каналами с известными координатами по радиусу. Данное устройство используется для исследования разлагающихся материалов в состоянии так называемого "предельного разложе- 3() ния", когда с точки зрения техники эксперимента исследуемый материал не отличается от обычных твердых веществ (1J .

Наиболее близким по техничЕской сущности к предлагаемому является устройство для определения теплофизических характеристик твердых тел, содержащее нагреватель, теплообменник, экраны, термопары, направляющую, узлы скольжения и измерительную схему. Для обеспечения дистанционной работы устройства теплообменник установлен на направляющей с проходящей по его оси подпружиненной торцовой термопарой и окружен нагревателем (холодильником), причем в зазоре между холодильником и теплоприемником расположен с воэможностью перемещения компенсационный экран образца, контактирующий с экраном нагревателя, а последний снабжен проходящей по его оси подпружиненной термопарой и закреплен на кронштейне. с воэможностью перемещения относйтель но теплоприемника, экрана образца и его нагревателя (холодильника) Ä2) .

Г1

Общим недостатком этих устройств является принципиальная невозможность исследования теплофизических свойств

830219 коксующихся полимерных материалов в процессе их термического разложения, когда изменяется их химический состав, плотность и прочие свойства.

Однако применение материалов данного класса, например в качестве теплозащитных, основано на использовании именно процессов термического разложения. Характеристикой степени прохождения реакций разложения коксующихся материалов является плотность, и для приближения условий исследования к натурным условиям экспериментальная установка помимо температурных измерений должна обеспечивать возможность определения полей плотности в исследуемом образце.

Цель изобретения — повышение точности измерения теплофизических свойств коксующихся полимерных материалов в условиях приближенных к натурным.

Указанная цель достигается тем, что высокотемпературный нагреватель содержит теплоаккумулирующий блок, в верхнем торце которого выполнены два плоских параллельных друг другу паза, в которых с зазором относительно блока расположены два плоских графитовых резистора, в нижнем торце выполнены дренажные каналы, сообщающиеся с двумя открытыми полостями. В узле скольжения, смонтированном на.платформе, установлена штанга для крепления образца, соединенная с последней через пружину, причем штанга связана с датчиком перемещений относительно платформы, перемещающейся вдоль четырех направляющих под действием дистанционного привода, связанного и с охлаждаемой заслонкой высокотемпературной зоны. Кроме того, в состав устройства введен " -IlJIoTHoMep в виде двух жестко связанных контейнеров источника и приемника излучения, снабженный щелевым коллиматором и приводом сканирования, расположенный на четырех вертикальных направляющих.

На фиг. 1 и фиг. 2 изображена схема предлагаемого устройства.

Схема содержит цилиндрический образец 1 исследуемого материала,снабженный термопарами, теплоаккумулирующий блок 2, окруженный системой экранов 12, плоские графитовые резисторы 3, охранный трубчатый экран.

4 образца с вертикальными пазами в диаметральной плоскости, выполненный .из того же материала, что и образец 1,два жестко связанных контейнера сканирующего -плотномера 5, привод сканирования (не показан), штангу 6, узел 7 скольжения на платформе 8, пружину 9 поджатия образца,. направляющие 10, датчик 11 относительного положения штанги 6 и платформы 8, привод поджатия образца (не показан) и охлаждаемую заслонку!

50

60

65 например, на летательных аппаратах.

35 высокотемпературной зоны (не показа на). Объем установки закрыт двумя кожухами 13 и 14, разъединяемыми в плоскости крепления установки 15.

Кожухи и экраны имеют соответствующие окна и отверстия для оптической пирометрии и работы плотномера.

Устройство работает следующим образом.

При открытом кожухе 14 на штанге 6 закрепляется образец 1 и экран 4.

Платформа 8 находится в нижнем положенин, высокотемпературная эона закрыта охлаждаемой заслонкой. Объем установки заполняется инертным газом или вакуумируется, подается энергия на графитовые резисторы 3, устанавливается заранее заданная температура теплоаккумулирующего блока 2, измеряемая, например, оптическим пирометром 16. Дистанционным приводом платформа 8 перемещается вверх,при этом открывается заслонка, образец 1 контактирует с блоком 2 с усилием, определяемым по датчику 11 положения штанги 6 и платформы 8, создаваемым пружиной 9. В момент контакта образца с блоком включается привод сканирования З -плотномера 5, который автоматически фиксирует изменение плотности образца в процессе его. прогрева и термического разложения. Изменение геометрических размеров образца фиксируется датчиком 11 положения а, расположенные в образце термопары с известными координатами фиксируют мгновенное поле температур. Выделяющиеся в процессе разложения газообразные продукты отводятся из плоскости контакта образца 1 с блоком 2 через дренажные каналы в открытые полости блока, выполняющие роль газовых коллекторов. Регистрация всех измерений осуществляется измеритель ной схемой. По окончании эксперимента платформа 8 опускается, заслонка закрывает объем высокотемпературной зоны, отключается привод сканирования -плотномера, вентилируется объем установки, отключается энергия с резисторов.

Полученные в эксперименте н естационарные температурные и мас сотые поля в о бра эце исследуемого материала позволяют определить e ro теплофизические характеристики в уе=ловиях, приближе н ных к реальным условиям эксплуатации, например тепло з ащитных материалов, в отличии от обычно нереалиэ уемого состояния " предельного разложения " . Все это и редста вляет возможность повысить качество исследований и расчетов. прогрева коксующихся полимерных материалов, проводить более обоснованный выбор толщин и весов теплозащитных покрытий, 830219

Формула изобретения фив. Й фиг. 1

Составитель А. Волков

Редактор Н. Минко Техред T.Маточка . Корректор В. Бутяга

Заказ 3291/51 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 устройство для комплексного определения теплофизических характеристик материалов,, например, асбо- и стеклопластиков, содержащее высоко- температурный нагреватель, систему экранов, термопары, направляющую, узлы скольжения, измерительную схему, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повыаения точности измерения в условиях приближенных к натурным, высокотемпературный нагреватель снабжен цилиндрическим теплоаккумулирующим блоком, в верхнем торце которого выполнены два плоских параллельных друг другу паза, в которых с зазором относительно блока распо-ложены два плоских графитовых резистора, в нижнем торце выполнены дренажные каналы, сообщающиеся с двумя открытыми полостями, в узле скольже- 20 ния, смонтированном на платформе, установлена штанга для крепления образца, соединенная с последней через пружину, причем штанга связана с датчиком перемещений относительно платформы, перемещающейся вдоль четырех направляющих пдд действием дистанционно управляемого привода, связанного и с охлаждаемой заслонкой высокотемпературной зоны и на направляющих расположен и з- -плотномер с приводом вертикального сканирования, выполненный в виде двух жестко связанных контейнеров источника и приемника излучения с щелевыми коллиматорами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Шашков A. Г. и Тюкаев В. И.

Теплофизические свойства разлагающихся материалов при высоких температурах. Минск, "Наука и техника", 1975, с.18-42.

2. Авторское свидетельство СССР

9 493715, кл. G 01 N 25/20, 1973 (прототип).