Способ комплексного определения теплофизических свойств веществ в области фазовых переходов и устройство для его осуществления

 

Союз Соватсиих

Социалистических

Реслублин

ОПИСАНИЕ ОИ93

К АВТОРСКОеееУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (5I ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22)Заявлено 09 10.80 (21) 2988755/18-25 с присоединением заявки М (23) ПриоритетОпубликовано 15 ° 06 ° 82 ° Бюллетень М 22

Дата опубликования описания 1 5.06. 82 (51)%. Кд.

G.01 N 25/02

)оеудаустеанныб квинтет

СССР ео делам наебретеннй н отнрытн)1

{53у УДK 536.6 (088. 8) В. Я. Прохоренко, Б, И. Соколовский, В.;А. Пойинтвтн---...

1 и П. 10. Мартынюк-Лотоцкий

I

: .т-;-: а "а (1, .1

Львовский ордена Ленина государственный уни@ щтат„. им. Ивана Франко

Мl (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ CBOACTB ВЕЩЕСТВ

В ОБЛАСТИ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ

И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам исследования фазовых переходов в широком температурном интервале, и может быть использовано в научно-исследовательских лабораториях и в электS ронной промышленности при разработке новой экспериментальной техники.

Известен способ исследования теплофизических свойств веществ в широ"

1О ком температурном интервале (1), включающем резкие,измененйя параметров (области фазовых переходов),,заключающийся в произвольном непрограммированном измерении исследуемых параметров при монотонном изменении температуры исследуемого вещества.

Устройство для реализации известного способа состоит из взаимонесогласованных блоков: измерительной ячейки, нагревательной системы, измерительного устройства и механического коммутатора - многопозиционного переключателя (11, Однако при исследовании веществ, претерпевающих фазовые переходы, эти способ и устройство обеспечивают небольшое количество комплексных экспериментальных результатов в узком температурном интервале, в котором резко изменяются свойства вещества (2-3 комплексных экспериментальных результата в интервале 8-10 С), т ° е. известные способ и устройство не обеспечивают достаточной точности измерений теплофизических свойств (riaраметров) в температурном интервале, в котором происходит фазовый переход в исследуемом веществе, что не поз;, воляет провести глубокий теоретический анализ Фазовых переходов в рамках современных теорий.

Наиболее близким к предлагаемому является способ исследования комплекса теплофизических свойств (электропроводности и термо-ЭДС) в широком температурном интервале, заключающийся в монотонном режиме изменения

935764 температуры и поочередной регистрации тепловых и электрических параметров Е2а.

Устройство для осуществления известного способа состоит из несогласованных блоков: измерительной ячейки с исследуемым веществом, электронного коммутатора, связанного с ячейкой, источника тока и измерительного устройства, связанных с коммутатором, регистрирующего устрой- 1о сТВВ связанного с измерительным устройством, и нагревательной системы, состоящей из блока питания и нагревателя, в котором размещена ячей- 523

Недостатком известных способа и устройства является низкая точность измерения температурной зависимости тепловых и электрических параметров, по которым рассчитывают теплофизические свойства веществ в области фазовых переходов (2-3 экспериментальных комплексных результата на о

10 С), что не позволяет построить прецизионную кривую температурной зависимости свойств веществ в области фазового перехода. Т.е., получаемая экспериментальная информация недостаточна для объективной оценки величины и характера фазового перехода, А многократное повторение всей экспериментальной кривой занимаег много времени, а также может привести к необратимым нарушениям тер35 модинамического равновесия в исследуемом веществе, т.е. вызвать дополнительную погрешность измерений °

Цель изобретения - повышение точности измерений электрических и тепловых параметров, по которым рассчитывают теплофизические свойства веществ при фазовых переходах в широком интервале .температур.

Цель достигается тем, что соглас45 но способу комплексного определения теплофизических свойств веществ в области фазовых переходов, заключающемуся в монотонном изменении температуры и поочередной регистрации тепловых. и электрических параметров, регистрируют измеряемые параметры в монотонном тепловом режиме до температуры фазового перехода, после чего переходят на колебательный тепловой режим нагрев " охлаждение, при котором температура периодически возрастает и уменьшается в пределах температурной области фазового перехода, и после заданного количества измерений восстанавливают первоначальные монотонный тепловой режим и скорость регистрации, затем повторно проводят измерения, по которым судят об искомых параметрах.

В устройство для реализации способа, состоящее из измерительной ячейки для исследуемого вещества, электронного коммутатора, связанного с ячейкой, источника тока и измерительного устройства, связанных с коммутатором, регистрирующего устройства, связанного с измерительным устройством, нагревательной системы, состо. ящей из блока питания и нагревателя, в котором размещена ячейка, дополнительно введен программированный микропроцессор, состоящий из исполнительного блока, связанного с коммутатором, с блоком питания нагревательной системы и с регистрирующим устройством, программный блок, связанный с исполнительным блоком, анализирующий узел, связанный с измерительным устройством и с программным блоком.

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 — графики температурной зависимости электропроводности и термо-ЭДС при плавлении теллура

Устройство состоит из измерительной ячейки 1, управляемого электронного коммутатора 2, источника тока 3 для подачи тока на ячейку при измерении электропроводности, измерительного устройства 4, регистрирующего устройства 5 для регистрации измеряемых параметров программированного микропроцессора, состоящего из анализирующего узла 6, программного блока 7, исполнительного блока 8, нагревательной системы, состоящий из блока питания 9 и нагревателя 10.

Устройство работает следующим образом.

В программном блоке 7 заложена основная программа и подпрограмма управления (через исполнительный блок 8) коммутатором 2, блоком питания 9 нагревательной системы и регистрирующим устройством 5. Основная программа определяет скорость, температурные границы нагрева (охлаждения) исследуемого вещества, находящегося в ячейке 1; скорбсть и очередность регистрации измеряемых

935764

Формула изобретения электрических и тепловых параметров исследуемого вещества (электропроводность, термо-ЭДС, температура и .другие), а также пороговое значение относительной разности двух последующих однотипных измерений (КП ).

В процесСе определений по задан" ной на блоке 7 основной программе монотонно изменяется температура исследуемого вещества, находящегося в to ячейке 1. Из ячейки 1 измеряемые параметры в виде электрических напряжений через электронный коммутатор 2 поступают в цифровое измерительное устройство 4, с которого парамет- 5 ры в виде цифрового кода поступают для регистрации в регистрирующее устройство 5 и параллельно в анализирующий узел 6 микропроцессора, где происходит сравнение последующих однотипных измерений по формуле е

Х - XA4 к = — iоо, Х

И

25 где Х; Х и — два однотипных последующих измерения;

К вЂ” относительная разница.

В случае появления, а также исчезновения большой, выше пороговой, разности двух последующих измерений хотя бы по одному параметру (когда

К > КП - пороговая разность, заданная на блоке 7) анализирующий узел

35 автоматически переключает программный блок 7 в режим подпрограммы.

Согласно режиму подпрограммы монотонный тепловой режим переводится в колебательный тепловой режим нагрев - охлаждение, при котором температура периодически возрастает и уменьшается в пределах (Т - AT) (Т „+ ЬТ), где Тнп, Т п - температуры соответственно начала и конца

45 фазового перехода; b,Т - эапрограм" мированный на блоке 7 в подпрограмме интервал перегрева и переохлаждения относительно области перехода. При этом скорость регистрации измеряемых

50 параметров (в регистрирующем устроистве 5) устанавливается 5 изм./с.

После набора заданного по подпрограмме на блоке 7 количества (200-300) комплексных эксперименталь;,ых результатов в области фазового перехода, программный блок автоматически снова включается в режим основной программы эксперимента.

Пример. Проводятся измерения температурной зависимости электропроводности и термо-ЭДС теллура при плавлении с применением предлагаемого устройства.

Теллур при плавлении претерпевает фазовый переход полупроводник - металл, физическая сущность которого неизвестна вследствие отсутствия прецизионных экспериментальных результатов Ilo электропроводности и термо-ЗДС.

При монотонном нагревании ячейки с теллуром анализирующий узел 6 микропроцессора регистрирует моменты появления и исчезновения большой, выше пороговой, разницы по электропроводности и автоматически переключает программный блок 7 в режим подпрограммы с амплитудой колебания температуры 465-493 С, скоростью рео гистрации (в регистрирующем устройстве) параметров 5 иэм,/с. Работа устройства по подпрограмме продолжается до того момента, пока в температурном интервале фазового перехода (465-493 С) регистрирующее устройство 5 зарегистрирует 300 комплексных экспериментальных точек по электропроводности и термо-ЭДС. Сразу же после этого программный блок 7 автоматически восстанавливает режим программы (основной), по которой продолжается монотонный нагрев вещества и регистрация результатов с заданной скоростью (на блоке 7) 5 изм./мин.

Применение предлагаемого устройства, как видно из графиков (фиг. 2), позволяет наблюдать положительный высокий пик на кривой температурной зависимости электропроводности и отрицательный пик на кривой температурной зависимости термо-ЭДС.

Применение предлагаемого изобретения дает возможность повысить точность измерений электрических и тепловых параметров в области фазовых переходов веществ до 0,14; примерно в 10 раз сократить время определений, что существенно повышает продуктивность работы; применять предлагаемое устройство для прецизионной градуировки датчиков температуры на производстве.

1. Способ комплексного определения теплофизических свойств веществ

935764 в области фазовых переходов, включающий монотонное изменение температуры и поочередную регистрацию тепловых и электрических параметров, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения в широком интервале температур, регистрируют измеряемые параметры в монотонном тепловом режиме до температуры фазового перехода, после to чего переходят на колебательный тепловой режим нагрев - охлаждение, при котором температура периодически возрастает и уменьшается в пределах температурной области фазового пере- з хода, и после заданного количества измерений восстанавливают первоначальные монотонный тепловой режим и скорость регистрации, затем повторно проводят измерения, по которым судят об искомых параметрах.

2. Устройство для комплексного определения теплофиэических свойств веществ в области фазовых переходов, содержащее измерительную ячейку с исследуемым веществом, электронный коммутатор, связанный с ячейкой, источник тока и измерительное устройство, связанные с коммутатором, регистрирующее устройство, связанное с измерительным устройством, и нагревательную систему, состоящую из блока питания и нагревателя, в котором размещена ячейка, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что в него дополнительно введен программированный микропроцессор, состоящий из исполнительного блока, связанного с коммутатором, с блоком питания нагревательной системы и с регистрирующим устройством, программный блок, связанный с исполнительным блоком, и анализирующий узел, связанный с измерительным устройством и с программным блоком.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Буровой С. E. и дрч Методы исследования теплофиэических свойств твердых материалов в режиме монотонного изменения температуры. Сб. Тепло-массоперенос,N 7 Минск, "Наука и техника", 1968, с. 238-249. . 2. Глазов 8, M. и др. Методы исследования термоэлектрических свойств полупроводников. М., Автоиэдат, 1969, с. 131-145 (прототип), 935 764

6ОИ 1СН 1 оо

Составитель А, Платова

Редактор М, Петрова Техред М. Рейвес Корректор Г. Огар

Заказ 4197/43 Тираж 887 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