Устройство для измерения коэффициента теплопроводности твердых материалов

 

Союз Советских

Соцналистичаскнх

Раснубпик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИЛЬСТВУ (11) 879421 ф

% (61) Дополнительное к авт. свид-ву (51)М. Кл 3

G N 25/18 (22) Заявлено 040280 (21) 2880626/18-25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет—

Опубликовано 07.11.81. бюллетень N9 41

Дата опубликования описания 0 7.1181

Государственный комитет

СССР

Ilo делам изобретений н открытий (53) УДК 536 (088.8) (72) Авторы изобретения

A.A. Аникин, Ю.В. Гусаров, В.Н. Карцев, Н.Н. Киреев, В.Е. Федоров и В.A. Хотинский (71) Заявитель

Саратовский институт механизации сельского хозяйства им. М.И. Калинина (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЯХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к испытаниям с целью определения теплофизических свойств материалов.

Известно устройство для измерения теплоцроводности, включающее источник электрической мощности, полюса которого предназначены для подключения к испытуемому образцу, и наружный нагреватель, предназначенный для повышения общей температуры испытания образца (1).

Устройство позволяет испытывать только электропроводные материалы, выбор геометрических размеров испы-. 15 туемых образцов ограничен (протяженные стержни).

Прототипом изобретения являетсв устройство для измерения коэффициента теплопроводности твердых материало 20 содержащее цилиндрический нагреватель, концы которого соединены с полюсами источника электрического тока, а концы центральной зоны нагревателя ограничены контактирующими с ними кон- 25 цами потенциальных отводов (2). Нагреватель служит источником осесиметричного нагрева образцов в виде полых цилиндров. Недостатками устройства являются большое время смены образцов,30 обусловленное необходимостью отсоединения нагревателя от источника электрического тока, ограничение точности. вследствие электромагнитных помех от нагревателя при измерении температуры в характерных точках образца термопарами.

Ф

Цель изобретения сокращение времени сменй образцов и повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что, нагреватель выполнен s виде соосных цилиндра и стержня, размещенных один в другом с зазором и соединенных между собой с одной стороны, потенциальные отводы проложены внутри зазора, причем два отвода присоединены к цилиндру и два — к стержню.

На фиг. 1 изображено схематически устройство для измерения коэффициента теплопроводности твердых материалов в paapesei на фиг. 2 — узел I на фиг. 1 схема крепления потенциальных выводов и термопар.

Устройство для измерения коэффициента теплопроводности металлов методом радиального теплового потока пред ставляет собой высокотемпературный нагреватель 1, помещенный внутрь sa879421

35 куумной (гаэонаполняемой) камеры 2, заключенный в цилиндрический стакан

3, выполненный, например, из нержавеющей стали и охлаждаемый водой, протекающей по навитой на нем металлической трубке 4, изготовленной, например, из меди. Нагреватель 1 изготовленный, например, из молибдена выполнен в виде коаксиально расположецных цилиндрических проводников замкнутых с одного конца, причем внешняя, часть нагревателя по форме представляет собой трубку, а внутренняя цилиндрический стержень. Соединение внутренней и внешней частей нагревателя может быть осуществлено, например, при помощи сварки. Верхний

5 и нижний 6 токоподводы, изготовленные, например, иэ меди расположены с одной стороны нагревателя в его нижней части и представляют собой диски, в нижнем токоподводе сделаны QQ три выемки под крепежные элементы верхнего токоподвода. Внешняя часть нагревателя при помощи, например, наружной резьбы фиксируется в верхнем токоподводе 5; контакт стержня (внутренней части нагревателя) с нижним токоподводом 6 скользящий, так как для предотвращения деформации нагревателя при высоких температурах, стержень должен иметь степень свободы в аксиальном направлении. Скользящий контакт осуществляется при помощи разрезной втулки 7, изготовленной, например, из графита, притертой к конусному отверстию нижнего токоподвода 6 и прижимаемой к нему грузиком 8. Крепление токоподводящих шин

9 к токоподводам 5,6 осуществляется болтами 10. Верхний и нижний токоподводы при помощи металлических шпилек

11, на которые одеты алундовые изоля- 4() ционные трубки 12, жестко закреплены, например, на резьбе в диэлектрическом основании 13 в форме диска, изготовленном, например, из асбоцемента, которое, в свою очередь, крепится ко 45 дну вакуумной (газонаполняемой камеры 2 болтами 14. Каждый из токоподводов 5,6 крепится на трех шпильках, о расположенных под углом 120 относительно друг друга. Потенциальные выводы 15 выполненные, например, из молибденовой проволоки, заключенной

9 в алундовую соломку 16, размещены в коаксиальном зазоре между наружной и внутренней частями нагревателя 1 и крестятся к ним в точках, расположенных на одном и том же уровне, фиксируя падение напряжения на рабочем участке нагревателя 1, т.е. на том участке который имеет изотермическую зону и расположен в центральной час- 6() ти нагревателя 1. Расстояние между точками крепления потенциальных выводов в их расположение, соответствуэт, таким образом, участку нагревателя 1 на котором поток тепла являет-, 65 ся радиальным..Этому же условию служит выбор образцов 17 такого диаметра, чтобы он укладывался 5-7 раз по высоте нагревателя 1. Для уменьшения стока тепла в аксиальном направлении образцы 17 набираются в виде цилиндрического столбика из отдельных дисков. Образцы электрически изолированы от нагревателя алундовой трубкой 18, одетой на нагреватель 1, и снизу диэлектрической шайбой, 19 лежащей на двух диэлектрических коаксиально расположенных дисках 20.

Диски 20 служат также тепловым изолятором, предотвращая сток тепла в аксиальном направлении. Две.термопары

21 в алундовой соломке 22 закладываются в двух глухих отверстиях, просверленных до одного и того же уровня вблизи боковых образующих поверхностей образца, расположенного в рабочей (изотермической) зоне. Потенциальные выводы, прикрепленные к внутренней части нагревателя и внеш.ней части и термоэлектроды термопар о

2l выводятся за пределы вакуумной (газонаполняемой) камеры 2 через диэлектрическую заглушку 23.

Измерения коэффициента теплопроводности на предлагаемом устройстве производятся следующим образом.

Снимается крышка 24 с прикрепленным к ней цилиндрическим стаканом 3 и на нагреватель 1„ защищенный диэлектрической трубкой 18 один за другим одеваются дискообразные образцы 17".

В одном образце, расположенном в иэотермической зоне, закрепляются термопары 21, после чего, крышка 24 закрывается и рабочая камера откачивается илн наполняется газом. На нагреватель 1 подается электрическое напряжение, система вводится в стационарный режим и производятся отсчеты перепада температур на образце и мощности, выделяемой на рабочем участке нагревателя. В процессе измерений рабочая камера 2, а также крышка 24 и цилиндрический стакан 3 охлаждаются проточной водой. Системы измерения температуры, мощности на рабочем участке нагревателя, а также изменения его температуры, регулирование давлений, газовой среды и вакуума, вычисление коэффициента теплопроводности образцов аналогичны известным (при использовании метода радиального теплового потока). Мощность, выделяемая на рабочем „частке нагревателя, равна сумме мощностей на его внешнем и внутреннем участке. Коэффициент теплопроводности материалов определяется по известной формуле.

Упрощение конструкции установки, уменьшение ее габаритных размеров, обеспечение легкой заменяемости цилиндрических образцов в процессе проведения экспериментов, увеличение изотермической рабочей зоны нагрева879421 теля 1 достигается расположением токопроводов 5,6 с одной стороныв нижней части рабочей камеры 2.

Этот эффект, а также исключение влияния магнитного поля на образцы, в связи со встречным направлением токов нагревателя, становится возмож-, ным в результате применения конструкции нагревателя 1 в виде коаксиально расположенных цилиндрических проводников, замкнутых с одного конца.

При этом в коаксиальном зазоре в изотермической зоне помещены две пары потенциальных выводов в диаметрально противоположных плоскостях, причем выводы попарно располагаются на одном уровне в горизонтальной 15 плоскости, что обеспечивает корректное измерение удельной по длине нагревателя мощности. Благодаря такому расположению потенциальных выводов не искажается геометрическая форма 20 нагревателя и образцов, уменьшается искажение радиального теплового потока на рабочем участке нагревателя °

Конструкция устройства позволяет . производить измерения коэффициента 5 теплопроводности твердых материалов при различных давлениях и в различных газовых средах.

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента теплопроводности твердых материалов, содержащее цилиндрический нагреватель, концы которого соединены с полюсами источника электрического тока, а концы центральной зоны нагревателя ограничены контактирующими с ними концами потенциальных отводов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения времени смены образцов и повышения точности измерений, нагреватель выполнен в виде соосных цилиндра и стержня, размещенных один в другом с зазорами и соединенных между особою с одной стороны, потенциальные отводы проложены внутри зазора, причем два отвода присоединены к цилиндру и два - к стержню.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Микрюнов В.E. Теплопроводность и электропроводность металлов и сплавов, M., Металлуриздат, 1959.

2. Банаев А.М. Экспериментальное определение коэффициента теплопроводности твердых веществ в интервале температур 200-1000 С, ТВТ, т. 3 В 1, с ° 57-63 (прототип).

879421 гг

zz

lб

Составитель В. Вертоградский

Техред А,Ач Корректор.Л. Бокшан

Редактор Н. Коляда

Заказ 9707/11

Тираж 910 Подписное

BHHHOH 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