Устройство для комплексного измерения теплофизических свойств твердых материалов

 

Союз Советских

Социалмсткческих

Реслублнк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ц979973 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.05.81 (21) 3293976/18-25 с присоединением заявки РЙ (23) П риоритет— (5! }М. Кл, G 01 и 25/18

)Ъеудерстеааый коммтет

СССР оо делан мзо4ретеммм. и открытмм

Опубликовано 07.12.82. Бюллетень ¹ 45

Дата опубликования описания 07.12.82 (53} УДК 536.629. .7 (088.8) E. С. Платунов, В..В. Курепин, 10. В. Левочкин и В. ГригорЬев

Ленинградский технологический институт холодильной (72) Авторы изобретеиия (7I ) Заявитель промышленности (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОМПЛЕКСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ТВЕРД61Х МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к исследованию физико-технических свойств материалов, в частности к устройствам для измерения теплофизических свойств различных. материалов н может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Известно устройство для комплексного измерения теплопроводности А, температуропроводности g(и теплоемкости С материалов вблизи комнатной температуры.

Испытания проводятся на одном образце в режиме монотонного нагрева.

Образец в виде пластины диаметром 40 мм и высотой 10 — 40 мм, помещается в массивный металлический блок и разогревается совместно с ним нагревателем постоянной мощности. Температурные измерения проводятся с помощью трех термопар. Две из них расположены на торцовых контактных металлических пластинах, третья — в средней по высоте плоскости образца. В опыте измеряется запаздывание температуры средней точки образца относительно крайних и тепловые потоки, поступающие с торцов в

2 образец с помощью двух, по-возмохотости, одинаковых тепломеров (1) .

Недостатком устройства является необходимость предварительной градуировки тепло-; меров в специальном устройстве, а также невозможность определить и устранить изменение характеристик тепломеров в процессе эксплуаташп беэ демонтажа измерительного устройства. Другим недостатком устройства является большая теплоемкость рабочего слоя тепломера, изготовленного на основе керамической массы. Кроме того, при монтаже измерительного устройства возни.тают допол п тельные переходные сопротивления между тепломером и контактной металлической пластиной. Иэ-за чего в процессе опыта приходится измерять показания обоих тепломеров и рассчитывать потоки каждого тепломера с учетом индивидуальных градуиро2п вочных коэффициентов.

Известно также устройство для комплекс. ного измерен. ия теялофнзических свойств материалов, <.остоящее из двух металлических блоков с разной температурой, снабНапболеа близким техи11ческим решением к предлагаемому является устройство для зкспрессного измерения теплофиэичаскffx свойств материалов. Исследуем! 1Й образец помещают на массивный тегьлопроводя1щ!й блок, сцабжа1п1ый тепломером и выравпивают его температуру с блоком, посла чего на образец устанавливают Верхний теплопро- . водяший блок, перегретый огноситальио нижнего Ela 10 — 1J k.. В переходной стащи oflelта через измеряемые в опыта интегральные разности входящего и выходяп{его потоков находят количество теплоты поглощенное образцом до установления В лам стационарного состояния. Дополнительно измеряют перепад температ ры иа образце в стационарном состо1п1ии и по соответствуклдим формулам

РаССЧИтЫВатат ТЕГЧОПРОВОтд1ОСТЬ, тЕПЛОЕМКОСтЬ и температу ро!Троводност1 . Ниж1{ий и Верхний блоки дол,ю1ы быть снабжены таггломерами типа дополнительной ста! .ки с одинаковыми теплоемкостямп и тепловыми проводимостями. Таплоемкость пластинок талломара удаетсл достато{но To rrrî сдалат1 одинаковой в процесса изготовления (31.

Недостатком устройства являатсл то, что проводимость тепломеров в блоках после изготовления может различаться íà 20 — 25% вследствие разной толщтп{ы рабочего слоя и наличия неконтролируемых воэдуцп1ых включений в слое эпоксидной смолы. При серийном производстве с некоторой догустимой погрешностью можно подбирать пары телломеров с близкими характеристиками, а при индивидуальном производстве необходимо заново проводить сборку и Градуировку тепломаров -- операции весьма кропотливь1а и трудоемкиа. Более выгоднымп пре{тставляются такие решения, которые после сборки тепло35

979973 женньтх двумя тепломарами, вмонтированными в центральной части контактных поверхностей блоков, прилагаю!Лпх к образцу (2).

1acJJocTa1r(oM да!и!ОГО устройства является то, 1!то тепло lеры ГрадуируioIcH В специальном устройстве до установки в прибор, а затем в паоцасса эксплуатл1!ии Нс прадстаВляется воэмож11ь1м провести корректировку значений тепловой проводимости тапломаров. Подобрать тапломары -од,инаковы:ми {{! характерна iffc;fMEf Вась;1а затруднительно, .поэтому в г!роцасса опыта иаобход;!МО раздельно измерять показания верхнего и нижнего тапломаров, а потоки "i(rc rfïürfJaòe с у rcToef !1х ин rlfBи Гузльlгь!х хя17акта1!и I!IN:. Не" д0статкОм УстРОйства ЯВЛЯГОГСЯ IIOBOJlr .ffо 60rlbrrfffc таплоамкости pa{JOчеГО слОя. тсиломерОВ, Обусловл,=.и!1Вю сущаствующеи тах!!О!10гиай

ИЭГОТОВЛе rfff Jr. мера позволяли бы изменять его тепловую проводимость в пределах +20 o.

Целью изобретения является повышение топ!Ости измерения g, a С, путем выравнивания тепловых проводимостей тепломеров в блоках.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для комплексного измерения теплофиэических свойств твердых материалов вкл1очающем два массивных металлических блока, окруженных теплоизолиру1ащей оболочкоР, металлические тепломерь:;, выполнены в виде теплопроводящих пластин и прилега!ащего к ним теплоизолирующего рабоrcl.o слоя, двух термобатарей со спаями в пласт!шах и блоках, дифференциальной термопары со спаями в пластинах тепломеров, В плоскости рабочего слоя тепломера выполнены отверстия, в которые введены стержни с возможностью изменения их длины под пластиной, либо изменения их эффективной теплопроводности, например, путам растяжения резинового стержня.

На фиг. показана конструкция устройстBB для комплексного измерения свойств; На фиг. 2 — конструкция тепломера.

Устройство состоит из двух теллопроводящих блоков 1 и 2, окруженных теплоизоляционной оболочкой 3. Образец 4 установлен между пластинами 5 и 6 тепломеров блоков. В тепломерах смонтирован термобатаРеи Чгв и Чтн а также диффеРенциальнаЯ теРмопаРа Чоб . Пластинка 5 пРиклеео р на тонким слоем эпоксидной смолы к блоку 2. Пазы пластинки и блока, расположенные напротив друг друга, образун1т отверстия в плоскости рабочего слоя .епломера, в которые вводят стержни 8. При нахождении проводимости тепломера используют проводимость отверстия со стержнями /(Э; l и проводимость участков постоянного крепления

ЗпоксЕГцнои смолои (0

Проводимость {3 равна где {Р— высота отверстия; — эффективная теплопроводность отВерстия со стержнем; („— общая длина стержня под пластиной тепломера.

Таким образом, из (1) видно, что проводимость g можно изменять в широких пределах, вводя в отверстия стержни разной теп. лопроводности от полимеров с ) = 0,2 Вт/ (м.к.) до медных с )!.= 400 Вт/(м.к.). Тонкая регулировка проводимости проводится подбором общей длины { стержней. Кроме того, мож5 9 но изменять эффективную поперечную проводимость стержня (точнее отверстия со стержнем) путем изменения его поперечного сечения. Это можно обеспечить, например, растяжением резинового жгута, спиральной пружи ны, скручиванием жгута, состоящего иэ многих нитей и другими способами. Поскольку все величины, регулирующие проводимость тепломера стоят в числителе формулы (!), то проводимость 6 . меняется от минимальной величины 6, до (g +ф > ) по линейному закону. В зависимости от теплопроводности величин переменной проводимости тепломера (может состао вить относительно постоянного члена 6 от единиц до сотен процентов.

Подбор шага расположения отверстий в рабочем слое и их поперепгого сечения дает возможность обеспечить заданную изотермичность поля пластины тепломера. В реальных тепломерах толщина рабочего слоя эпоксидной смолы составляет 0,1 — 0,3 мм, а диаметр отверстий под стержни не превышает

04 — Об мм.

Технология изготовления отверстий в рабочем слое тс i:Ioìåðà следуюшая, Пазы в блоках фрезеруются с выходом на внешнюю поверхность. В пазы перед склейкой эпоксидной смолой закладываются провода во . фторопластовой изоляции. После затвердевания эпоксидной смолы провод выдергивают из фторопластового чехла, а затем и сам чехол. Освободивцтиеся отверстия в рабочем слое тепломера заполняются стержнями из того или иного материала. В реальных конструкциях вместо отверстий квадратного сечения получают отверстия круглые.

За счет того, что углы пазов залиты эпоксидной смолой диапазон изменения проводимости тепломера уменьшается примерно

79973 6 на порядок, ио этого хватает для поцгонки тепловых проводностей тепломеров. Поцгонка проводимости эа счет изменения эффективной,теплопроводности отверстия со стержнем может проводиться непосредственно в процессе грацуировочного опыта, так как калориметр открывать не требуется, например, вытягивая снаружи резиновый жгут, Формула изобретения

Устройство для комплексного Измерения теплофизических свойств твердых материалов, включающее два массивных металлических блока, окруженных теплоизолирующей обо15 лочкой, металлические тепломеры, выполненные в виде тепло р; пляс- ли и летающего к ним теплопэояп;-. с --. чеГО слОЯ, двух тс1). 1обэтарсii со пластинах и блоках, диффереппиачьП.й т р211 мопары со спаямн в плзстпп-i:; теп: о т л и ч а ю ш, с е с я тем, чт-:, целью уменьшения погрепшостп пэ:-..::,..:Пп.э путем пОдГОнки тепловых проводп::1О;:Iсй тепsIoMcpo8, 8 плоскости 1ээбочсГО слс ра выполнены Отверстия, 8 стержни с возможностью пэь.еренп-. Нх Длины под пластиной тспломера, Источники информашп:. принятые an внимание - и . ".:: =.—:;::;-. щ 1. аварский Ю. H. 1р ц;.. 17,,И (э1 мики. Вып. 20 1962 с оо

2. Геращенко О. A., Гр.пцспко Т, Г. i 1ахомов В. H. и др, Новыс средства и -rn. I :I теплометрического контроля."Мето:ця эксп;- 1 ° с„

3S риментальных исслсдовашй и пэгэ1-;-.:..i.é.. ..-.териалы v Всесоюзной конферсшпгп по тсплои массообмепу, Мш.ск., 1976. ТО,1

"Наукова Думка", 1976, с. 3 — 12.

3. Авторское свппстельство ГГГ": 7:-". . 26. кл. 6 01 N 25/18, 1978 (прототп I).

979973

Составитель В. Битюков

Техред А. Бабинец Корректор Л. Бокшан

Редактор А. Шандор

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 9349/33. Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5