Устройство для определения теплопроводности материалов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОВРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик >958938 (61) Дополнительное к авт, свид-ву— (51) М. Кл.з (22) Заявлено 05.03.81 (21) 3260316/18-25

G 01 N 25/18 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Гееудлрствеввмв квмлтет

СССР (53) УДК 620.179..13 (088.8) Опубликовано 15.09.82. Бюллетень №34

Дата опубликования описания 25.09.82

Ilo делам взебретевнй и еткрмтий (72). Авторы изобретения

В. М. Россомагин и В. В. Фети

Всесоюзный научно-исследовательский и и нститут «Теплопроект> (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО Д,ЛЯ ОПРЕДЕ.ЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

МАТЕРИА.ЛОВ

Изобретение относится к тепловым измерениям, в частности к устройствам для определения теплопроводности твердых сыпучих или волокнистых материалов, и может найти применение в промышленности строительных материалов, например, для контроля качества готовой продукции.

Для определения теплопроводности материалов используются устройства, в которых теплопроводность определяется в стационарном тепловом режиме. Наибольшее распространение нашли устройства, в которых образец испытуемого материала имеет форму пластины. Теплопроводность определяют по плотности теплового потока, перепаду температуры и толщине образца.

Как правило, для создания перепада температур в устройстве применяют электрические нагреватели или термоэлектрические батареи, размещенные на тепловыравнивающих металлических пластинах с испытуемым образцом между ними; термостаты с блоками термостатирования и емкостями для рабочей жидкости, между которыми размещен испытуемый образец, плоские проточные теплообменники, подключенные к жидкостному термостату и др.

Известно устройство для измерения коэффициента теплопроводности, содержащее плоские проточные теплообменники, подклю5 ченные к жидкостному термостату. Испытуемый образец находится между теплообменниками (1).

Наличие соединительных элементов в устройстве (в виде шлангов): усложняет его конструкцию и сужает температурный диапазон испытаний.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения теплопроводности изоляционных материалов, содержащее два термо

l s стата с блоками регулирования температуры, причем в термостатах выполнены емкости для рабочей жидкости, разделенные плоским образцом испытуемого материала. Так как образец размещен между вертикальными стенками емкостей термостатов, то последние являются одновременно плоскими теплообменниками (2). Однако вертикальное расположение образца приводит к увеличению погрешности при замерах (неучитываемый конвектив958938 ный поток тепла), что снижает точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения теплопроводности материалов, содержащем два термостата, снабженные блоками регулирования температуры, причем в термостатах выполнены емкости для рабочей жидкости-, разделенные плоским образцом испытуемого материала, емкость для рабочей жидкости одного из термостатов выполнена 1;образной формы, на горизонтальном участке которой размещен образец.

На чертеже дано схематическое изображение предложенного устройства.

Устройство для определения теплопроводности материалов содержит два термостата, включающих емкости 1 и 2 с рабочей жидкостью и блоки термостатирования 3, состоящие из регуляторов температуры 4, нагревателей 5, охлаждающих контуров 6 и мешалок

7. Емкость 1 для рабочей жидкости выполнена 1=образной формы и снабжена горизонтальным участком 8 для испытуемого образца 9, при этом поверхности горизонтального участка 8 емкости 1 и дна 10 емкости являются термостатирующими.

Предложенное устройство работает следующим образом.

Образец 9 с закрепленными на нем термопарами и тепломером (на чертеже не показано) помещают на горизонтальный участок 8 емкости 1 для рабочей жидкости, после чего на него опускают емкость 2. Включают термостаты и после выхода в стационарный тепловой режим производят измерения

ЭДС тепломера и термопар, исходя из плот ности потока тепла через образец 9, толщины образца и разности температур на его противоположных поверхностях, контактирующих с термостатирующими поверхностями, вычисляют его теплопроводность по известной формуле.

Известно, что при наличии градиента температуры в некотором объеме, имеющем сообщающиеся поры или волокнистую структуру, возникает конвективное движение газообразного компонента.

Подавляющее большинство теплоизоляционных материалов имеют дисперсную структуру. При определении теплопроводности таких материалов в образце создают градиент температуры, при этом образец для испытаний вследствие неоднородности упомянутых материалов выбирают достаточно больших размеров. Образец должен иметь размер 250х250х50 мм. В таком объеме образца при определенных условиях возможно возникновение естественной конвекции воздуха, содержащегося в порах материала.

Интенсивность конвекции зависит, кроме как от структуры материала, также от сред-.ней температуры образца, величины темпе55

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 561122, кл. G 01 N 25/18. 1977.

2. Проспект фирмы «Jungers Verks tad ts

АВ» № 90007, Goteaorg 15. 02.72 (прототип). ратурного перепада и от размеров образца, поэтому не может служить характеристикой данного материала. Доля конвективного переноса тепла по сравнению с так называемым кондуктивным переносом может быть значительной, а порой превышать кондукцию в несколько раз.

При измерениях теплопроводности естественная конвекция рассматривается как нежелательное явление, приводящее к возникновению трудно учитываемых ошибок изме10 рения. Поэтому при экспериментальном определении теплопроводности создают такИе условия опыта, чтобы конвекция не возникала или ее величина была пренебрежимо малой.

Конвекция возникает, когда вектор силы тяжести составляет с вектором теплового потока (в дифференциальном объеме) угол, отличный от нуля. Поэтому при испытании плоских образцов их располагают горизонтально, направляя тепловой поток сверху вниз. Это требование является обязательным при определении теплопроводности. Оно зафиксировано в стандартах, регламентирующих определение теплопроводности.

Любое иное расположение образца (наклонное, вертикальное) либо иное направление потока тепла чревато возникновением дополнительной погрешности измерения теплопроводности, связанной с конвекцией.

В устройстве — прототипе образец может быть расположен только вертикально.

Горизонтальному расположению образца препятствует вся конструкция устройства с блоками термостатирования, которые могут работать только в вертикальном положении, и с емкостями для рабочей жидкости, из которых при горизонтальном положении

ss вытекает рабочая жидкость.

Использование изобретения для определения теплопроводности материалов позволяет повысить точность измерения. Кроме того, упрощается конструкция устройства и расширяется температурный диапазон применения устройства.

Формула изобретения

Устройство для определения теплопроводности материалов, содержащее два термостата, снабженных блоками регулирования тем4 ператур, причем в термостатах выполнены емкости для рабочей жидкости, разделенные плоским образцом испытуемого материала, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, емкость одного из термостатов выполнена 1=разной формы, и на ее горизонтальном участке размещен образец.

958938

Составитель Г. Кулаков

Редактор М. Дылын Техред А. Бойкас Корректор Н. Король

Заказ 6765/59 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