Устройство для определения теплофизических характеристик материалов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. Союз Советских .

Социалистических

Республик н>911275 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 120б80 (21) 2930112/18-25 с присоединением заявки Йо

t51)M Кп з

6 01 Н 25/18

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет

153) УДК 538. 6 (088. 8) Опубликовано 070382. Бюллетень N9 9

Дата опубликования описания 07 ° 03 ° 82 (72) Авторы изобретения

Л.В.Декуша, В.Г.Федоров, Т.Г.Грищенко, A.Ã.ÌàçóðåHêî, В.Н.Пахомов и В.И.Ш (71) Заявитель

Институт технической теплофизики АН Ук (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

XAPAKTEP HCTHK МАТЕРИАЛОВ устройство относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для комплексного определения теплофизическйх характеристик.

Известно устройство для определе ния теплопроводности жидкости или газа, работающее по принципу теплометрического моста и содержащее нагреватель и холодильник, между которыми установлены тепломеры с заданными термическими сопротивлениями и расположена измерительная ячейка для .исследуемого вещества, образованная поверхностью одного из тепломеров и пластикой из высокотеплопро. водиого материала, причем один из тепломеров установлен в контакте с нагревателем и холодильником, а другой — с нагревателем и исследуемой средой.

Для определения коэффициента аеплопроводности исследуемой среды устройство погружают непосредственно в эту среду, включают электронагреватель и в стационарном тепловом режи. ме регистрируют термоэдс тепломеров.

Коэффициент теплопроводности определяют расчетным путем (1), Недостатком устройства является большая йродолжительность выхода его на стационарный тепловой режим из-за низких значений коэффициента теплоотдачи при условиях естественной конвекции. Кроме того, конструкция устройства не предусматривает возможность исследовать твердые маО териал

Известно устройство для измерения теплопроводности твердых образцов, содержащее эталон и исследуе- мый образец, смонтированные на общем теплоприемнике и контактирующие с ним через тепломеры; кроме того, на противоположных торцах эталона и образца установлены нагреватели, а между эталоном и образцом по высоте расположены тепломеры нулевых сигналов, контактирующие с их боко;выми поверхностями и подключенные к регулятору, управляющему нагревателем образца, а тепломер эталона подключен к регулятору нагревателя эталона. Принцип работы устрой ства основан на предположении, что при равенстве предметов температур . .в эталоне и образце, .о чем судят по показаниям тепломеров нулевых сигналов, отношение плотностей теп911275 лового потока, проходящего через эталон и исследуемый образец, будет прямо пропорционально отношению теплопроводностей эталона и образца, что позволит расширить теплопроводность образца по формуле (21.

Однако при таком принципе установки тепломеров нулевых сигналов, они будут генерировать, термоздс равную нулю только в случае равенства теплопроводности образца и эталона, что делает зто устройство малопригодным к использованию.

Наиболее близким к предлагаемому но технической сущности является устройство для определения теплофизических свойств материалов, содержащее две термостатируемые камеры, на плоских поверхностях которых ус.тановлены,тепломеры .с размещенными на их поверхностях датчиками температуры, механизм перемещения и установки термостатируемых камер, и измерительную схему. Для определения теплопроводности и теплоемкости исследуемый образец устанавливают между двумя тепломерами, задают требуемый температурный перепад на образце и в стационарном режиме, по!

5 измеренным плотности теплового потоловленная необходимостью в измерении малых изменений температур в пространстве и во времени, а также конечной толщиной тепломера {тепломер измеряет в переходном процессе среднеинтегральную по его толяине плотность теплового потока), что вызывает необходимость проведения большого числа тарировочных опытов для опрецеления постоянных прибора.

Цель изобретения » повышение точности определения теплофизических . характеристик.

Поставленная цель достигается тйм; что в устройстве для определения теплофизических характеристик материалов, содержащем две термост»атируемыЕ камеры, установленные на них тепломеры с датчиками темпе55

60 ратуры, и измерительную схему, между тепломерами размещен плоский источник регулируемой мощности, íà no- У верхности которого расположены до- 45 ка и перепаде температур на образце определяют его теплопроводность,. после этого изменяют уровень термо- Ж статирования в обеих камерах и по суммарному количеству тепла, измеренному тепломерами в переходном режиме до наступления следующего стационарного состояния, а также по из- З5 менению средне- объемной температуры образца определяют теплоемкость (3) °

Недостатками этого устройства являются низкая. точность (теплопро- 4() водность в пределах 3 - 4 Ъ, теплоемкость в пределах 5 - 7 Ъ),обусполнительные тепломеры, идентичные первым, и образующие с ними рабочую и эталонную измерительные ячейки, причем тепломеры рабочей ячейки снабжены одинаковыми по толщине и массе. температуровыравнивающими пластинами иэ листового металла, а тепломеры эталонной ячейки соединены между собой через дополнительную пластину с встроенным в нее датчиком температуры, при этом масса дополнительной пластины равна суммарной массе тем" пературовыравнивающих пластин рабочей ячейки. . На фиг. 1 изображена конструктивная схема измерительной головки устройствау на фиг. 2 - схема монтажа ограничительного кольца при исследо-. вании теплофизических характеристик жидкостей.

Измерительная головка устройства (фиг. 1) содержит тепломеры 1 — 4, выполненные с одинаковой чувстаи-. телъностью равной толщиной и тепло физическими характеристиками, расположенные между двумя термостатируемими камерами 5 и 6, и разделением на две измерительные ячейки - рабочую и эталонную - плоским источником 7 регулируемой мощйости (например, пленочным электронагревателем) . Между тепломерами 1 и 2 закреплена дополнительная пластина 8 с вмонтированным

s нее датчиком 9 температуры, испольэуемым для определения температурй отношения получаемых результатов.

На поверхности тепломеров 3 и 4 установлены температуровыравнивакщие пластинЫ 10, снабженные датчиками 11 температуры, используемыми для определения теплопроводности исследуемого образца 12 абсолютным методом, причем температуровыравнивающие пластины 8 и 10.выполнены иэ одного металла с одинаковой теплоемкостью и теплоцроводностью, а суммарная масса пластин 3.О равна массе пластины 8. для снижения влияния внешних условий на работу устройства оио снабжено охранными муфтами 13, контактирующими с боковыми поверхностями тер.— мостатируемых камер 5 и б и подвиж-. но с ними соединенными.

Когда требуется определять тепло фиэические характеристики жидкости, .между тепломерами 3 и 4 (фиг. 2) устанавливают ограничительное кольцо 14, с известными геометрическими размерами и теплофизическими характеристиками, снабженное капиллярами

15 для ввода вещества в ячейку и удаления газов, а также компенсации теплового расширения исследуемого вещества.

Устройство работает следующим образом» устройство позволяет определять теплофиэические характеристики как

911275 аосолютным методом, так.и методом . (обычно на 0,5 — 5 К) н регистрируют теплового моста. во времени изменения сигналов тепПрн определении теплофнзических ломеров до -момента выхода.на новый характеристик методом теплового мос- стационарный режим. 0 йаступленни та исследуемый образец 12 размещают стационарного режима судят по ра,между тепломерами 3 и 4. В термоста- я венству сигналов тепломеров нулю. тируемых камерах 5 и 6 поддерживают Величину теплоемкости определяют. . равные температуры, а источником 7 по óðàýHåíèþ: регулируемой мощности задают требуемый уровень теплового потока, про- Фк ниэывающего образец 12. В ..стадно-- Е $ (Q -gg)N. иарном тепловом режиме измеряют сигналы тенломеров 1 и 4 или тепломеров

2 и 3 и по ах величинам рассчитывают о,а, теплопроводность образца 12. Для

: увеличения чувствительности тепломеры

Х и- 2," а также тепломеры 3 и 4 мо- гут быть соединены попарно аддитив- (Из-64И но-. Температуру отФмазния полученно-. го результата измеряют датчиком 9 . : 3 (д -.Е,.) С температуры .

® - яичйну коэффициента тепФ про полученными из решения сист полученными из решения системы уравопределяэт .по формуле:

М . ®((» и — .1) ) (1)

ИМИ ., фф

Др* .(А 4 е - Bj (2) полученными.иэ решения системы уравнений е

ki На где С и m Ten ocTb и масса (, 36 исследуемого образца;а « g + Во . . (З) 1н н Тк - начальная и конечная

4 . среднеобъемная температура, измеренная, где 3 - теплопройодность, h - тол- датчиком 9 темперащина и Р - площадь нссле- 3 туры в моменты вреR - c дуембго образцау . . меня С и Ф к .1 п. — суммарное термическое со- С и m - величина прямо проротивление цепи, состоя-. порциональная аккумуf щей из.двух тепломеров 1 лирующей способности и 2, дополнительной пластн- 46 . измерительных иы 8 и части нагревателя ячеек (или из двух тепломеров 3 0 и Š— постоянная прибора, и 4, пластин 10 и части на- определяемая в опатах с эталонными образцаQ и Q, — тепловые потоки, измеренные мн е тепломерами 1 и 41 . 45 Методика измерений упрощается, а

К ° иВ-- рабочий коэффициент и термо- точность повьааается, если тепломеры эдс тепломеров (1=1+4); подключить к интеграторам.

М - и, ерепад температур между . При измерении теплофнэических поверхностью камею.5 илн 6 характеристик абсолютным методом и изотермической поверх" щ методика определения отличается ностью нагревателя 7, в «о- та я что тепломеры рабочей ячейки торой расположен тепловыде- включают дифференциально с тепломе-. ляющий элементу рами эталонной.

A и В - постоянные устройства, определяемые экспериментально N3 аиeлиэа O в опытах с эталонными образ- а также (4) и (5) следУет, что -длЯ цами. определения теплофиэических характеристик не требуется измерения изменений температур в пространстве и

Для определения теплоемкости теп- во времени, что позволяет повысить локамеры попарно (1 и 2, 3 и 4) точность измерений теплопроводности включают встречно по электрическому в пределах 1,0 — 1,5 % и теплоемкостоку и .подключают к приборам, регист- -ти в пределах 1 2 - 2 В. рирующим изменение сигналов во вре- Устройство позволяет сократить меня. В камерах 5 и 6 изменяют тем- время проведения эксперимента в 1,5пературу термостатирующей жидкости, Q 2 раза, что дает воэможность исполь(4) 911275

Формула изобретения

Составитель Л,Свешникова

Редактор О.Юрковецкая Техред A. Ач Корректор A,äçÿòêî

Заказ 1109/28 Тираж 883 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 зовать его для экспресс- анализа теплофиэических характеристик.

Устройство для определения теплоФиэических характеристик материалов, содержащее.две термостатируемые камеры, установленные на них тепломеры с датчиками температуры, и измерительную схему, о т л и ч а юв,е е с я тем, что, с целью повышения точности определения, между тепломерами размещен плоский источник регулируемой мощности, на поверхности которого расположены дополнительные идентичные тепломеры, образука ие с ними рабочую.и эталонную измерительные ячейки, причем тепломеры рабочей ячейки снабжены одинаковыми по толщине и массе температуровыравнивающими пластинами иэ листового металла, а тепломеры эталонной ячейки соединены между собой через дополнительную пластину с встроенным в нее датчиком температуры, при этом масса дополнительной пластины равна суммарной массе температуровыравнивающих пластин рабочей ячейки.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 262439, кл. G 01 N 25/18, 1963.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 542954, кл. G 01 N 25/18, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР

9 347643, кл. G 01 N 25/18, 1970 (прототип) .