Устройство для определения теплофизических характеристик неэлектропроводных материалов

Устройство для определения теплофизических характеристик неэлектропроводных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ООВ М

РЕСПУБЛИК

GQSUG»:

25 18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ г

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН Я"

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВ

i,)

Ъ

1

t (21) 3433897/18-25 (22) 14.05.82 (46) 07.12.83. Бюл. М 45 (72) Р.Б. Сендерович, Ю.С. Первушин и С.Д. Мальгинова (71) Уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе (53) 536.2(088.8) (56) 1. Рябинин В.Т., Федоров В.И.

Исследование комплекса теплофизических свойств твердых тел методом монотонного нагрева. — "Теплофизика высоких температур", 1974, т. 12

9 4, с. 753-760.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 840722, кл. G 01 N 25/18, 1979 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

НЕЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее камеру, размещенный в ней и окруженный боковыми и торцо1выми экранами водоохлаждаемый индуктор, установленный на керамической плите, внутри которого помещен нагреватель, выполненный в ви(де двух тел из электропроводного материала .с установленными между ними фиксирующими элементами, ;отличающееся тем, что, !

ic целью повышения быстродействия

"определения теплофизических харак- теристик в широком диапазоне темпе ратур, нагреватель выполнен в виде ,цвух стаканов, отверстиями обра.щенными навстречу друг другу, при этом между стаканами установлено кольцо из термопрочного неэлектро проводного материала.

1059493

Изобретение относится к исследо. ванию теплофизических свойств твердых неметаллических материалов и предназначено для определения коэффициентов теплопровоцности и температуропроводности твердых листовых неметаллических материалов (стеклопластиков, углепластиков, .асбопластиков и т.д.) в условиях высоких температур

Известно устройство, работающее в области температур 900-2300 К состоящее иэ водоохлаждаемой вакуумной камеры с размещенными в ней рабочим участком и нагревателем, схемы измерений и схемы обеспечения необходимого температурного режима. Соэдание необходимого тем° пературного режима в камере обеспечивается индуктором высокочастотного генератора.ГЛ-15, выполненным из красной меди д изолированными друг от друга витками. Между индуктором и радиационным молибденовым нагревателем расположен экран в виде цилиндрической трубки.

В молибденовом радиационном нагревателе размещены исследуемый цилиндрический образец и система торцовых экранов. Нагреватель закреп-- лен на резьбе в обойме нижнего фланца камеры и фиксируется с помощью контргайки. Сверху и снизу образца расположены торцовые молибденовые экраны, позволяющие свес1 ти к минимуму торцовые потери тепла и обеспечить реализацию одномерного температурного поля в образце.

Внутри нагревателя на иглах размещается образец. В центре образца и на расстоянии 0,707 R от него выполнены пирометрические каналы.

Нестационарные температуры измеряются фотоэлектрическим и фотографическим пирометрами (1 g.

Однако данное высокотемпературное устройство не позволяет исследовать теплофизические характеристики листовых композиционных полимерных материалов, Наиболее близким к предлагаемому является устройство, состоящее из. медной испытательной камеры, внутри которой находится медный водоохлаждаемый индуктор, установленный на керамической плите. Керамическая плита крепится к верхнему основанию устройства на четырех стержнях.

Внутри индуктора на керамическбй плите, имеющей пояса центрации, установлены боковые теплоизоляционные керамические экраны. Нагреватель выполнен в виде двух одинаковых сплошных цилиндрических тел из высокопрочного графита. Четыре исследуемых плоских образца с зажатыми между ними. раскатанными термопарами размещены в пространстве между тела ней и окруженный боковыми и торцо выми экранами водоохлаждаемый ин40 дуктор, установленный на керамической плите с помещенными в нем нагре. вателем, выполненным в виде двух тел из электропроводного материала с .Установленными между ними фикси45 рующими элементами, нагреватель выполнен в виде стаканов, отверстиями обращенными навстречу друг к другу, при этом между стаканами установлено кольцо из термопрочного

5О неэлектропроводного материала.

На чертеже схематично изображено устройство, разрез.

Внутри испытательной камеры, изготовленной из меди, находится мед ный водоохлаждаемый индуктор 1, установленный на керамической плите 2 ° Керамическая плита 2 крепится к верхнему основанию камеры 3 на четырех стержнях 4. Внутри индуктора 1 на керамической плите 2, 6О имеющей пояса центрации, установлены боковые теплоизоляционные керамические экраны 5 и б. Нагреватель

7 выполнен в виде двух одинаковых полых цилиндрических тел из высоко65 прочного графита, но может быть из5

1О

35 ми нагревателя. Для приближения условий испытаний к эксплуатационным и для выхода продуктов термодеструкции при нагреве между исследуемыми образцами и телами нагревателя симметрично установлены фиксирующие элементы, выполненные из керамики в виде колец с 16-ю радиальными отверстиями „ Для уменьшения искажающего температурного влияния фиксирующих элементов на испытуемые образцы касание осуществляется по линии контакта шириной 0,2 мм. Образ цы с термопарами, фиксирующие элементы и тела нагревателя установлены на нижнем торцовом экране, а све ху установлен также торцовый экран, которые стягиваются вместе с помощью прижимного элемента, установленного в верхнем основании камеры.

Термопары выводятся наружу через специальные отверстия в верхнем основании, а для обеспечения инертной среды в процессе испытаний в устрой ство подается аргон (2 ).

Однако известное высокотемпературное устройство позволяет исследовать лишь температуропроводность листовых композиционных полимерных материалов.

Цель изобретения — повышение быстродействия определения теплофизических характеристик в широком диапазоне температур.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для определения теплофизическнх характеристик неэлектропроводных материалов, со, держащем камеру, размещенный в

1059493 готовлен и из другого электропроводного материала, при этом температура плавления этого материала должна быть выае требуемой температуры нагрева образца на 200-250 С.

Два исследуемых плоских образца 8 с установленными внутри них раскатанными до толщины 0,05.мм термопарами 9 размещены в пространстве между телами нагревателя.

В отличие от известного устройства, где используются четыре об-. разца с установленными между ними тремя термопарами, в предлагаемом. используются два образца с установленными в каждом из них на различном расстоянии от нагреваемой поверхности по семь термопар.

Для приближения условий испытаний к эксплуатационным и для выхода продуктов термодеструкции при нагреве между исследуемыми образца.ми и телами нагревателя симметрич.но установлены фиксирующие элементы 10, выполненные, например, иэ корунда в виде колец с наружным диаметром 50 мм, высотой 4 мм и с 16-ю радиальными пазами. Между исследуемыми образцами 8 установлено кольцо 11, выполненное, например, иэ корунда с наружным диаметром 50 мм и высотой 10 мм. Для уменьшения искажающего температур ного влияния фиксирующих элементов

10 и кольца 11 на испытуемые образ.цы 8 касание фиксирующих элементов и кольца с образцами осуществляется по линии контакта шириной

0,2 мм.

Образцы 8 с термопарами 9, фик- сирующие элементы 10, кольцо 11 и тела нагревателя 7 установлены на. йижнем торцовом экране 12, а сверху — торцовый экран 13, которые стягиваются вместе с помощью прижимного устройства 14, установленного в верхнем основании камеры. Термопары 9 выводятся наруI жу через специальные отверстия в верхнем основании, а для обеспечения инертной -среды в процессе испытаний в камеру подается аргон „не показано).

При вйсоких скоростях нагрева в известной установке, использующей индукционный способ нагрева, сначала нагревается наружная поверхность нагревателя, температура на которой значительно опережает температуру в центральной его части, Это приводит к тому, что температурное поле на нагреваемой поверхности образца при высоких скоростях нагрева получается неоднородным.

Применение полых цилиндрических нагревателей, приближенно имитирую щих излучение абсолютно черного

15

40

65 тела, позволяет получить более одно родный тепловой поток, падающий на нагреваемую поверхность.

Введение между исследуемыми образцами 8 кольца 11 позволяет считать при симметричном нагреве образцов условия на их сторонах, обращенных друг к другу, адиабатичными. Выполнение этого условия является обязательным для граничных условий, необходимых при определении коэффициента температуропроводности и относительного коэффициента теплопроводности. В устройстве отклонения от симметрии нагрева не так резко сказываются на распределении температуры на обращенных друг к другу сторонах образцов Sa счет меньшего влияния образцов друг на друге.

Камера окружена снаружи ферритовым экраном 15, а на боковые экраны 5 и 6 установлен сверху корундовый экран 16. Система регулируемого нагрева состоит из,электронного. программно-регулирующего и задающего устройСтва 17 (РУ5-02М), автоматического электронного регулирующего устройства 18 (РУ4-16А), регулирующей термопары 19, установлен ной на нагревателе 7 и соединенной с потенциометром 20 (ППР-4),, полупроводникового преобразователя 22 высокой частоты, соедйненного с медным водоохлаждаемым индуктором 1.

Устройство работает следующим об. разом.

Водоохлаждаемый индуктор 1., питаемый от полупроводникового преобразователя 21 высокой частоты мощностью 65 кВт и частотой 10 кГц, при включении последнего нагревает симметрично расположенные тела графитового нагревателя 7 по заданной программе. Автоматическая система программного нагрева осуществляется с помощью приборов 17, 18 и 20 пу«

1 тем изменения выходной мощности пра

;образователя 21. Нагреватель 7, из-. .лучая тепловую энергию, нагревает. обращенные к нагревательньак телам поверхности испытуемых образцов 8 с заданной скоростью. Испытуемые образцы имеют форму круглых пластин диаметром 50 мм толщиной до

4 мм. В каждом из них установлены по толщине на различном расстоянии от поверхности раскатанные спаи термопар, установка которых производится при изготовлении образцов.

Координаты расположения термопар уточняются затем с помощью рентгеновских снимков образцов.

Измерения в процессе эксперимента сводятся к записи во времени температуры в заданных точках образца. Для этого используют два многоточечных .автоматических элект

1059493

BHHH1IH Заказ 9822/49 Тираж 873 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная,4 ронных потенциометра КСП-4, причем каждый иэ них соединен с термопарами одного иэ симметрично расположенных образцов. Таким образом„ иэ одного эксперимента получают двой, ную информацию. Симметрия нагрева контролируется также с помощью электронного автоматического потенциометра КСП-4. Выделяемые в процес се нагрева продукты термодеструкции попадают в пространство, ограниченное фиксирующими элементами 10, и удаляются иэ зоны нагрева через радиальные пазы. Для измерения температур до 1100 С используются хромель-алюмелевые, а до 2000 С вольф,рамрениевые термопары.

Предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет быстро исследовать не только температуропроводность, но и теплопроводность композиционных полимерных материалов в диапазоне температур до 2000 при скоростях нагрева до 80aC/c на образцах иэ листовых материалов.

Применение в устройстве полых цилиндрических нагревателей позволяет получить более однородный тепловый поток, падающий на нагреваемую поверхность, что значительно повышает точность получаемых pe I0 зультатов благодаря более точному выполнению принятых допущений метода, а в результате :;установки между исследуемыми образцами кольца отклонения от симметрии нагрева

15 не так резко сказываются на распределении температуры на обращенных друг к другу сторонах образцов эа счет меньшего влияния их друг на друга, что также повышает точность получаемых результатов.