Устройство для комплексного измерения теплопроводности и теплоемкости

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтскик

Социалистические

Республик (>894513 (61) Дополнительное к авт. свир-ву (22) За»лено 050580 (21) 2921175/18-25 с присоединением заявки Рй(23 ) ))1риоритет (5t)N. Кл.

6 01 и 25/18

Впуйерстеапве кеиктет

CCCP ее лелем кеебретвенН и етерытий

Опубликовано 30.1281. Бюллетень Рй 48

Ф

Дата опубликования описания 30.1 281 (53) УДК 536.2 (088. 8) F.

E.Ñ. Платунов, В. S. Курепин, В. И, Козин и С.Е. Буравой (72) Авторы изобретения

).,11)1Р(1. Я . ь.)) ! И ЛИОТЕКА

Ленинградский технологический институт холодильной промышленности (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОИПЛЕКСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ И ТЕПЛОЕИКОСТИ

Изобретение относится к тепловым испытаниям материалов, а именно к исследованию теплопроводности и теплоемкости твердых материалов.

Известно устройство для измерения теплопооводности и температуропровод" ности твердых материалов на образцах в виде пластин, в котором плоский образец установлен между основанием и стержнем. Для обеспечения плотного прилегания контактных поверхностей образца к основанию и стержню последний прижимается к образцу иголкой в точке, расположенной на оси стержня вблизи поверхности контакта с образцом. Это обеспечивает плавающую ус1$ тановку стержня и позволяет исключить ошибки за счет клиновидности образца и перекоса плоскости основания относительно оси устройства (1 1.

Недостат ком устройст ва являет ся сложность крепления стержня к иголке и необходимость в дополнительных деталях, предотвращающих вращение стержня, что ведет к снижению точности из-,г иеремий.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения теплофизических характеристик материалов, в котором исследуемый образец, размещенный в разъемной теплоизоляционной оболомке, зажимается между двумя теплопроводящими металлическими блоками с нагревателями и термоприемниками, вблизи контактных поверхностей которых заделаны термопары. Нижняя пластина имеет две степени свободы за смет конусной нижней опорной поверхности. Поворот пластины происходит относительно вершины конуса при ее нагружении. Верхняя контактная пластина выполнена в виде стакана, перемещающегося вдоль оси измерительного устройства по направляющей цилиндрической поверхности. Поэтому у нее плоскость контакта с образцом оказывается жестко зафиксированной от. носительно оси устройства. При наличии

3 8945 клиновидности у образца при сжатии его контактными пластинами происходит поворот плоскости нижней контактной пластины, т.е. ее самоустановка по поверхности образца (2).

Недостатком такого устройства является цанга, которая крепится за счет трения к иголке-хвостовику и ограничивает осевое перемещение и враще

we пластины вокруг оси. Термопара, fo измеряющая температуру поверхности нижней пластины, монтируется внутри иголки-хвостовика вдоль направления теплового потока. Поэтому измеряемая ею температура искажена значительной систематической погрешностью.

Другим существенным недостатком является то, что в нижнюю контактную пластину трудно вводить дополнительные элементы: нагреватели, термобатареи и др., так как это приводит к увеличению толщины пластины и, следовательно, увеличению расстояния от вершины опорного конуса до контактной поверхности. C увеличением этого расстояния уменьшается вращающий момент, приводящий к самоустановке плас» тины. А следовательно, клиновидность образца убирается не полностью, остаточный клиновой зазор между образцом и контактной пластинои приводит к nov 36 грешности измерения теплофизических характеристик.

Цель изобретения - повышение точности измерения теплопроводности и теплоемкости. ЭЭ

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для комплексного измерения теплопроводности и теплоемкости, состоящем иэ разъемной теплоизоляционной оболочки, расположенных внутри нее теплопроводящих блоков с нагревателями и термоцриемниками, теплопроводящих контактных пластин, закрепленных на лицевых обращенных друг к другу поверхностях блоков, термо- 43 приемников и нагревателей, располо-. женных в контактных пластинах, контактные пластины saKpenneHbl на лице вых поверхностях теплопроводящих блоков трубками, параллельными лицевым So поверхностям блоков и перпендикулярными друг другу, с возможностью вращения каждой контактной пластины вок- . руг трубок в пределах угла до 1-5 о

Кроме того, в трубках смонтирова- и ны термоприемники.

Трубки одновременно используются для монтажа термопар в контактных

13 ф пластинках. Взаимно перпендикулярное расположение осей трубок позволяет контактным пластинам устанавливаться по образцу независимо от того, в какую сторону направлен клин образца.

На чертеже изображено устройство для комплексного измерения теплопроводности и теплоемкости.

Оно состоит иэ разъемной теплоизоляционной оболочки 1, внутри которой на стойках 2 закреплены теплопроводящие блоки 3 и 4. На лицевых, обращенных друr к другу поверхностях блоков 3 и 4 закреплены контактные. пластины 5 и 6 на трубках 7. Причем оси трубок параллельны лицевым поверхностям блоков и перпендикулярны друг другу. В контактных пластинах смонтированы нагреватели 8 и 9, а в блоках - нагреватели 10 и 11. В качестве термоприемников использованы термопары. В трубке 7 верхнего блока 4 монтируются термопары и спай дифференциальной термопары 12, а в нижнем блоке 3 - термопара и спай дифренциальной термопары 13. Исследуей образец 14 эажимается между контактными пластинами 5 и 6.

Устройство работает следующим образом.

Образец 14 устанавливают на нижнюю контактную пластину 5 и закрывают тея. лоиэоляционную оболочку 1. Верхняя контактная пластина 6 под весом верхнего блока 4 устанавливается по образцу. При наличии клиновидности в образце и при перекосе относительно друг друга лицевых поверхностях блоков контактные пластины развернутся относительно осей трубок 7, обеспечивая тем самым плотное прилегание к плоскостям образца. На протяжении всего опыта между контактными пластинами и блоками, к которым они крепятся, поддержи-. ваются нулевые перепады температур.

Автоматическое поддержание нулевых разностей температур осуществляется с помощью дифференциальных термопар 12 и 13, подключаемых на вход регуляторов температуры. Выходной сигнал ре-. гуляторов подводйтся к нагревателям

10 и 11 блоков. В начале измерений на один из нагревателей, например, нижней контактной пластины подается постоянная мощность И„. Под действием постоянной мощности Мм через время ре гуляриэации Cp@r в системе тел, состоящей иэ образца и прилегающих к нему контактных пластин, устанавливает94513 вой и правой частей уравнений (2) и (4)

Л- .{ н + ) щ{ е он ) (6) овр овр

5 8 ся монотонный тепловой режим. Прово-, дятся измерения мощности нагревателя

W<, перепада температуры на образце ф„о и скоростей разогрева нижней

Ь„„ и верхней Ьря контактных пластин.

После этого выключают нагреватель нижней пластины и включают нагрева" тель верхней пластины, подавая на него такую же мощность (И = У, W).

Вновь дожидаются регуляризацйи температурного поля в системе тел и про. водят измерение тех же величин: WS, в

Чо р, Ьпи и Ьоя. Полученные данные используют для расчета теплопроводности и теплоемкости материала.

Расчетные формулы получают из системы уравнений теплового баланса. При включении нижнего нагревателя:

ы= (Си+С m+ С ) Ья (1) — -(и- (o scm+c,1i. (u)

При включении верхнего нагревателя:

К- (С„+С. +С ) Ь (3)

{0,5 с m+ с„) Ь8 {4) л-9 ° ч где С, m - удельная теплоемкость и масса образца

С - полные теплоемкости кон тактных пластин, Ь„, Ь - средние скорости разогрева системы тел при включении нижнего и верх» него нагревателей.

Теплоемкости пластин подбирают равными друг другу, т.е. С„= См = С. Суммарную их теплоемкость Сн + Сз 2С определяют из градуировочного опыта.

Средние скорости определяют по скоростям нижней b и верхней Ьпя контактных пластин, измеряемым в опыте

Ьв = 0,5 (bÄÄ + Ьпв) .

Из уравнения (1) получают формулу для расчета теплоемкости м (C„+ 1 ) (5) м

Формулу для расчета теплопроводности получают суммированием ле .

%И)в+ ba) >

25(чн VR )

Преимущества устройства состоят в том, что повышается точность измерения теплопроводности и теплоемкости за счет надежного прилегания образца к пластинам, повышается в 2 ра за надежность устройства. За счет совмещения во времени измерения тепло1з проводности и теплоемкости, также в

2 раза возрастает его производительностьь.

Формула изобретения

Устройство для комплексного изме26 рения теппопроводности и теплоемкости, состоящее из разъемной теплоизоляционной оболочки, расположенных внутри нее теплопроводящих блоков с нагревателями и термоприемниками, 1з теппопроводящих контактных пластин, закрепленных на лицевых, обращенных друг к другу поверхностях блоков, термоприемников и нагревателей, расположенных в контактных пластинах, зф отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, контактные пластины закреплены на лицевых поверхностях теплапроводящих блоков трубками, параллельными лицевым поверхностям блоков и перпендикулярными друг другу, с возможностью вращения каждой контактной пластины вокруг трубок в пределах угла до

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с. я тем, что в трубках смонтированы термоприемни ки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Платунов E. С. Теплофизические измерения.в монотонном режиме. Л., "Энергия", 1973, с. 106.

2. Авторское свидетельство СССР

11 315981, кл. G 01 и 25/18, 1971 (прототип).

894513 (I)tl )

Составитель А. Харцев

Редактор H. Гришанова Техред Т. уточка, Корректор А. Дзятко

Заказ 11472/68 Тираж 910 Подли сное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открмтий

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

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