Устройство для измерения теплопроводности и температуропроводности материалов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<ц911277 (6t) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 110680 (21) 2936863/18-25

)51) М. gg.

G 01 N 25/18 с присоединением заявки №

Государственный комитет

СССР но дедам изобретений и открытий (23) Приоритет (33) УДК 536 ° 2 (088. 8) Опубгжковано 070382. Бюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 07. 03. 82

В.В.Курепин, Е.A.Áåëoâ и Е.С.Платунов

{72) Авторы изобретения

Ленинградский технологический Институт х промышленности (7т ) Заявитель

/ (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

И ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ

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

Известно устройство для измерения теплопроводиости и температуропроводности твердых материалов без изготовления специального образца и без внедрения щупа внутрь материала. Термозонд для измерения теплопроводности и температуропроводностн выполнен в виде теплоизолирующей пластины, на контактной поверхности которой смонтирован линейный проволочный нагреватель и батарея дифференциальных термопар, рабочие спаи которой расположены по обе стороны вдоль нагревателя на одном и том же расстоянии от него (1) . недостатком устройства является большая ошибка измерения свойств теплоизолирующнх материалов, так как при их исследовании поток тепла, поглощенный зондом за время опыта, сравним с потоком, поглощенным исследуемым телом за это же время.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения температуропроводностн и теплопроводности, состоящее из термозонда, выполненного в виде пластины из теилоизолирующего материала со встроенным в него нагревателем и термоприемннком, расположенным s контактной поверхности и включенным в измерительную схему. Для -измерения- температуры контакта,служит термометр сопротивления, выполненный в виде тонких пленочных .покрытий ва обоих сторонах тонкой неэлектропроводной пленки, которая в свою. очередь наклеивается на кон.тактную.поверхность термозонда.(2).

Недостатками данного устройства

1> является невозможность применения

-его к исследованию теплофиэических характеристик теплоиэоляторов из-за неконтролируемого отвода части энергии,.выделяемой нагревателем, в термозонд и йз-эа теплообмена между исследуемым телом и зондом вне кругового нагревателя, что нарушает условия.в плоскости контакта, положенные в основу расчетных соотношений метода. Кроме того, сложна технология изготовления склеенных пленочных нагревателя и термометра сопротивления.

Целью изобретения является ïîâûЗО .жение точности измерения теплопро911277 и термопара 7 включены в измерительную систему 15. устройство работает следующим образом.

Обойма 1 устанавливается на трех щупах 2 на поверхность исследуемого материала. В соответствии с сигналом дифференциальной термопары система

13 автоматического регулирования температуры устанавливает температуру теплопроводящего кольца 4 равной начальной температуре исследуемого материала. Одновременно система 11

I автоматического регулирования температуры по сигналу термопары 10 устанавливает температуру корпуса зонда на 10 — 20 К выше начальной температуры материала, после чего теплопроводящее кольцо и термозонд приводятся в контакт с исследуемым телом. Измерительная система 15 фиксирует значения температуры Т в месте контакта термоэонда с исследуемь1м материалом и величину теплового потока о(с ), поступающего в материал, как функцию времени.

Начиная с некоторого момента времени, зависящего от темнературопроводности материала, поток с1(Ф) практически перестает изменяться и зави« сит только от теплопроводности материалаЛ где Т - температура в плоскости контакта)

Т вЂ” начальная температура мао териала;

r — радиус контактного пятна о термозонда.

Отношение q (t)/q является функцией безразмерного комплекса

Фурье ) о где à — текущее время; а — температуропроводность материала.

Устройство состоит иэ обоймы l„ опирающейся на три щупа 2. В центральном отверстии обоймы помещается с возможностью осевого перемещения 40 корпус термозонда 3. Тенлопроводящее кольцо 4 фиксируется на трех щупах и может свободно перемещаться вдоль них. Вблизи контактной поверхности термозонда монтируется тепло- 4g мер типа дополнительной стенки, состоящей иэ металлической пластинки 5, закрепленной к термозонду через слой теплоизоляции 6 (эпоксидной смолы).

В пластинке 5 монтируется термопара 50

7, а в слое б - термостолбик 8. Внутри корпуса 3 термоэонда смонтирован нагреватель 9. Спаи дифференциальной термопары 10 монтируются в теплопроводящем кольце 4 и в корпусе 3 термоэонда. Термоудара 10 и нагревате(яь подключены к системе 11 автоматй(ческого регулирования температуры.

В фтри теплопроводящего кольца 4 монтируется нагреватель 12, подключенный к системе 13 автоматического регулирОвания температуры. К этой же системе подключена дифференциальная .термопара 14, спаи которой расположены в щупах 2 и в теплопроводящем кольце 4. Термостолбик 8 65

Ъ а = т@ щ

rÄ (2) водности и температуропроводности без нарушения целостности образца.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуропроводности и теплопроводности материалов, состоящее иэ зонда-теплоприемника со встроенным в него нагревателем и термоприемником, расположенным в контактной поверхности зонда и включенным в измерительную схему, дополнительно 10 введены тепломер с термоприемником в зонде, теплопроводящее кольцо с вмонтированным электрическим нагревателем и термоприемником, обойма, опирающаяся на три щупа с термоприем-15 никами, и две системы автоматического регулирования температуры, причем на обойме, опирающейся на три щупа, установлены с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль 20 общей оси зонд-термоприемник с встроенным тепломером и теплопроводящее кольцо, причем термоприемники щупов обоймы, соединенные дифференциально с твплоприемииками кольца, и нагрева-25 тель кольца подключены к одной системе автоматического регулирования температуры, а один из термоприемников зонда, соединенный дифференциально. с термоприемником кольца, и нагреватель зонда подсоединены к другой системе автоматического регулирования температуры.

На чертеже изображено предлагаемое устройство. 35

Л (т — То) () стОц о

Определение этого отношения в определенные моменты времени ь„ позволяет определить значение соответствующего комплекса Ро„. и по нему расчнтать значение температуропроводности

Оценки показывают, что при размерах контактного пятна зонда r = 2мм время измерения составляет не более

5 мин.

Точность измерения повышается за счет поддержания вокруг зонда температуры, равной начальной температуре материала, что исключает неконтролируемый теплообмен между исследуемым телом и окружающей средой.

911277

Формула изобретения

Составитель А.Хорцев

Редактор И.Николайчук Техред A. Áàáèíåö Корректор А.Ференц

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

Для всех известных устройств характерно большое время подготовки к процессу измерения, связанное с необходимостью обеспечения равномерного температурного поля в системе зонд — исследуемое тело. Так как исследуемые в этих системах зонды выполнены на основе теплоизолирующих материалов, врЕмя подготовки опыта превышает 1 ч. В предлагаемом устройстве эа счет использования металлического термозонда это время снижается до 5 мин, что приводит к повышению производительности устройства примерно на порядок. Вывод устройства в рабочий режим в предлагаемом решении автоматизирован, что существенно облегчает работу с прибором. Высокая производительность устройства позволяет испольэовать его в технологических процессах для контроля качества иэделий в процессе производства.

Устройство для измерения теплопроводности и температуропроводности материалов, состоящее из зондатермоприемника со встроенным в него нагревателем и термоприемником, расположенным в контактной поверхности зонда и включенным в измерительную схему, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения без нарушения целостности образца, в него дополнительно введены тепломер с термоприемником в зонде, теплопроводящее кольцо с

5 вмонтированным электрическим нагревателем и термоприемником, обойма, опирающаяся на три щупа с термоприемниками, и две системы автоматического регулирования температуры, причем на обойме установлены с воэможностью перемещения относительно друг друга вдоль общей оси эоидтермоприемник с встроенным тепломером и теплолроводящее кольцо, а термоприемники щупов обоймы, соединенные дифференциально с термоприемниками кольца, и нагреватель кольца подключены к .одной системе автоматического регулирования температуры, а один иэ термоприемников зонда, 20 соединенный дифференциально с термоприемником кольца, и нагреватель зонда подсоединены к другой системе автоматического регулирования температуры.

25 Источники ииформации, принятые во внимание при экспертизе

1. Фомин С.Л. и др. Расчет конструкций подземных сооружений.

Сборник. Киев, Буд1вельник, 1976, у) с. 66 — 71.

2. Известия ВУЗов. Пищевая технология, 1976, М 2, с. 162-163 (прототип).