Устройство для измерения тепловой аккомодации газов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик >958879 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24.02;81 (21) 3255891/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.з

G 01 К 17/06

:Гевудврственный квмнтет

Опубликовано 15.09.82. Бюллетень № 34 (53) УДК 536.24 (088.8) llo делам нзюбретвннй н вткрмтий

Дата опубликования описания 15.09.82 (72) Авторы изобретения

С. Ф. Борисов, Ю. Г. Семенов и П. Е. Суетин

"°

СКА11 "" ки (71) Заявитель

Уральский ордена Трудового Красного Знамен государственный университет им. А. М. Горьког (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕПЛОВОЛ АККОМОДАЦИИ ГАЗОВ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для исследования процессов теплообмена на границе газ †тверд тело для измерения одной из основных характеристик теплообмена молекул газа с поверхностью — теплового коэффициента аккомодации.

Известно устройство на основе метода температурного скачка, содержащее подогреваемую электрическим током металли. ческую нить, помещенную в газовую среду.

Коэффициент тепловой аккомодации определяется по измеренному тепловому потоку между нитью и стенками камеры, в которой содержится газ (1) .

Устройство просто в реализации, но характеризуется низкой достоверностью результатов ввиду того, что измерения производятся при высоких давлениях, а это иСключает возможность контроля поверхности.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения тепловой аккомодации газов, содержащее вакуумную камеру, внутри которой расположена металлическая нить, подсоединенная своими концами к источнику постоянного тока, измеритель теМпературы исследуемого газа и блок измерения давления исследуемого газа и температуру нити (2).

Устройство работает следующим образом

В вакуумную камеру помещается исследуемый газ или газовая смесь. По ртутному

5 манометру измеряется давление газа. С помощью моста постоянного тока измеряется электрическое сопротивление нити, по которому определяется перепад температуры между нитью и газом, а средняя температура окружающего газа — по платиновому термометру сопротивления. По давлению газа, температуре газа и перепаду температуры между нитью и газом вычисляется коэффициент тепловой аккомодации.

Недостатками данного устройства являются невысокие точность и скорость проведения эксперимента, что связано с тем, что используется большой перепад температуры (более 10 С).

Цель изобретения — повышение точности и скоростей проведения измерений.

Цель достигается тем, что в устройстве для измерения тепловой аккомодации газов, содержащем вакуумную камеру, внутри которой расположена металлическая нить, подсоединенная своими концами к источнику

958879

4 браны включается электрический контакт 3 и нить 2 разогревается от источника тока 4.

При этом возникает дополнительный прогиб мембраны за счет теплового расширения нити. Существует однозначная линейная связь температуры нити и дополнительного прогиба мембраны. Электрический контакт размыкается и нить начинает остывать, отдавая тепло в газ. При этом дополнительный прогиб мембраны уменьшается и стремится по величине к основному прогибу, обусловленному давлением газа. Скорость уменьшения дополнительного прогиба мембраны, измеренная в значениях частоты LC-генератора через равные промежутки времени от момента размыкания электрического контакта 3 до полного остывания нити используется для вычисления темпа охлаждения нити, по которому определяется величина коэффициента тепловой аккомодации. Ошибка в определении темпа охлаждения не превышает 0,2%.

Используя величину давления исследуемого газа, измеренную по основному прогибу мембраны с помощью LC-генератора, темп охлаждения нити, измеренной по скорости убывания дополнительного прогиба, выраженной в частотном виде, а также температуру исследуемого газа, определенную независимо (например, по платиновому термометру сопротивления), находят коэффициент тепловой аккомодации по формуле

2 (сч+ — 7

3 постоянного тока, измеритель температуры исследуемого газа и блок измерения давления исследуемого газа и температуры нити, блок измерения давления исследуемого газа и температуры нити выполнен в виде основной и вспомогательной металлических гофрированных мембран, электрического изолятора, растягивающей пружины и LC-генератора, причем основная металлическая гофрированная мембрана установлена поперек вакуумной камеры и делит ее на две части, соединена в центре с концом металлической нити, другой конец которой через электрический изолятор и растягивающую пружину прикреплены к торцовой стенке вакуумной камеры, а вспомогательная мембрана устанолена параллельно основной, изолирована от корпуса камеры и электрически соединена с колебательным контуром LC-генератора.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит вакуумную камеру 1, внутри которой расположена металлическая нить 2, подсоединенная своими концами через электрический контакт 3 к источнику постоянного тока 4, измеритель температуры исследуемого газа (не показан) блок измерения давления исследуемого газа и температуры нити, состоящей из основной 5 и вспомогательной 6 металлических мембран, установленных поперек вакуумной камеры, герметически делящих ее на две части.

Основная металлическая гофрированная зц мембрана 5 в центре соединена с концом металлической нити 2. Вспомогательная мембрана б изолирована от корпуса и электрически соединена с LC-генератором 7.

Другой конец металлической нити 2 соединен через изолятор 8 и растягивающую пружину 9 с торцовой стенкой корпуса вакуумной камеры 1.

Выходной сигнал в виде частоты LC-генератора через выход 10 подается на электронно-счетный частотомер и цифропечатающее 4р устройство (не показаны).

Устройство работает следующим образом, Обе части вакуумной камеры откачиваются до глубокого вакуума (10 мм рт. ст. или 110 Па). В ту часть камеры 1, где помещена нить 2, напускается исследуемый 4 газ. Давление газа приводит к прогибу мембраны 5 что вызывает изменение частоты

LC-генератора . Его изменение при изменении давления газа на 1 мм рт. ст. 106 Гц, что позволяет задавать давления 104 † мм рт. ст. (0,0133 — 1,333 Па), необходимые для измерения тепловой аккомодации с точностью, не хуже 0,5%. При давлениях исследуемого газа, не превышающих 10 мм рт. ст., существует однозначная линейная зависимость изменения частоты LC-генератора с давлением газа. Частота LC-генератора регистрируется по частотомеру. После определения давления газа по прогибу мемгде а — коэффициент тепловой аккомодации зеличина безразмерная;

Я вЂ” тепловой поток от нагретой нити в газ, Вт/м, m — темп охлаждения нити, 1 с; ,Р— плотность материала нити, кг/мз;

Cp — теплоемкость материала нити;

Дж/кг град;

Т вЂ” температура газа, К;

1 — длина нити, м;

r — радиус нити, м;

С вЂ” теплоемкость газа, Дж/кг град;

1 — молекулярный вес газа, кг/моль;

Мв — число Авогадро, 1/моль;

P — давление газа, н/м ;

К вЂ” постоянная Больцмана, Дж/град.

Данное устройство позволяет изменить основной параметр теплообмена на границе газ — твердое тело коэффициента тепловой аккомодации с высокой степенью точности и достоверности при минимальных затратах времени. Оно может быть использовано в исследованиях, связанных с быстропротекающими процессами при нейрерывности изменения термодинамических параметров газа и состояния поверхности.

Устройство состоит из серийно выпускаемых элементов и просто в изготовлении.

958879

Составитель Н. Преображенская

Техред А. Бойкас Корректор М. Шароши

Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Н. Киштулинеп

Заказ 6763/56

Формула изобретения

Устройство для измерения тепловой аккомодации газов, содержащее вакуумную камеру, внутри которой расположена металлическая нить, подсоединенная своими концами к источнику постоянного тока, измеритель температуры исследуемого газа и блок измерения давления исследуемого газа и температуры нити, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и скорости проведения измерений, блок измерения давления исследуемого газа и температуры нити

10 выполнен в виде основной и вспомогательной металлических гофрированных мембран, электрического изолятора, растягивающей пружины и LC-генератора, причем основная металлическая гофрированная мембрана установлена поперек вакуумной камеры и делит ее на две части, соединена в центре с концом металли.есной нити. другой конец которой через электрический изолятор и растягивающую пружину прикреплен к торцовой стенке вакуумной камеры, а вспомогательная мембрана установлена параллельно основной, изолирована от корпуса камеры и электрически соединена с колебательным контуром LC-генератора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Каминский М. Атомные и ионные столкновения на поверхности металла. М., «Мир», 1967, с. 84 — 93.

2. Kouptsidis Т. and Menzel D. Acconunodation of the Rare Gases on Clean Tungsten

Surfaces Between 77 and 38 К. (Ber. Bunsengis Phisik 74, 512, 1970 (прототип).