Устройство для определения теплопроводности материалов

Иллюстрации

Устройство для определения теплопроводности материалов (патент 1073666)
Устройство для определения теплопроводности материалов (патент 1073666)
Устройство для определения теплопроводности материалов (патент 1073666)
Устройство для определения теплопроводности материалов (патент 1073666)
Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее соединенные последовательно подвижную платформу и привод платформы , сосредоточенный источник те ловой энергии, радиометр и аналого вый регистратор, входом подключенный к выходу радиометра, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности устройства и точности определения теплопроводногти , в него введены второй радиометр, выходом подключенный к второму входу аналогового регистратора , эталонный образец с известной теплопроводностью, закрепленный на подвижной платформе, два датчикаограничителя перемещения платформы, три триггера, элемент ИЛИ и ши-. на Пуск, причем первый вход привода платформы подключен к единичному выходу первого триггера, единичный вход которого соединен с выходом первого датчика -ограничителя, нулевым входом второго триггера и первым входом элемента ИЛИ, второй вход привода платформы подключен к единичному выходу второго триггера, единичный вход которого соединен с выходом второго датчика-ограничителя , нулевым входом первого триггера и вторым ВХОДОМ элемента ИЛИ, а третий вход привода платформы подключен к управляющему входу аналогового регистратора и единичному выходу третьего триггера, единичный .вход которого подключен к шине Пуск, а нулевой вход - к выходу элемента ИЛИ.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(5D G 01 И 25 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф а

1 пус

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21} 3522863/18-25 (22) 16.12.82 (46) 15.02.84. Вюл, Р 6 (72} H.Â.Ååpåçèê,. В.М.Коростелев и Ю.A.Ïîïîâ (71) Московский ордена Трудового

Красного Знамени геологоразведочный институт им. Серго Орджоникидзе (53} 536 6(088.8) (56) 1.Курепин В.B. Вегункова A.Ä.

Сравнительный метод измерения теплопроводности. — Инженерно-физический журнал, том 29, М 4, с. 618.

2. Любимова Е.A., Масленников A.È., Смирнова Е.В., Юрчак P.Ï.

Изучение теплофизических свойств пород при нормальных и повышенных

P и Т. Труды Всесоюзной конференции

"Народнохозяйственные и методические проблемы геотермии". Махачкала, 1979, т. 2, с. 114, 3. Попов Ю.А. Некоторые особенности применения активного тепловго метода контроля. — "Дефектоскопия", 1975, Р 2, с, 56 (прототип). (54)(57) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, соДеР жашее соединенные последовательно подвижную платформу и привод платформы, сосредоточенный источник тепловой энергии, радиометр и аналоговый регистратор, входом подключен„„SU„„1073666 ный к выходу радиометра, о т л ич ающ е е с я тем, что, с целью повышения производительности устройства и точности определения теплопроводности, в него введены второй радиометр, выходом подключенный к второму входу аналогового регистратОра, эталонный образец с известной теплопроводностью, закрепленный на подвижной платформе, два датчикаограничителя перемещения платформы, три триггера, элемент ИЛИ и ши-. на "Пуск", причем первый вход привода платформы подключен к единичному выходу первого триггера, единичный вход которого соединен е выходом первого датчика -ограничителя, нуле- @ б2 вым входом второго триггера и первым входом элемента ИЛИ, второй вход привода платформы подключен к единичному выходу второго триггера, С единичный вход которого соединен с выходом второго датчика-ограничи- Я теля, нулевым входом первого тригге-,, ра и вторым .входом элемента ИЛИ, а третий вход привода платформы под- ( ключен к управляющему входу аналогового регистратора и единичному выходу третьего триггера, единич- (ф ный,вход которого подключен к шине

"Пуск", а нулевой вход — к выходу элемента ИЛИ.

1073ббб

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при определении теплопровадности материалов, в том числе горных пород.

Известно устройство для определе- 5 ния теплопроводности материалов, содержащее два приводимых в тепловой контакт измерительных блока, в одном из которых размещен электрический нагреватель, а в другом — тепломер, 10 состоящий из контактной медной плас. тины, в которой монтируются термо-пара и спаи термобатареи, и рабочего слоя, а также защитные теплоизалирующие оболочки, гальванометр и термометр f1 ).

Недостатками этого устройства являются низкая точность определения теплопроводнасти высокатеплопровадных образцов и образцов горных пород, для которых характерны значительная тре.— щиноватость, пористость, зернистость, из-за влияния контактного теплового сопротивления исследуемых тел на результаты измерений (2 g, а также низкая производительность вследствие большой продолжительности процесса одного измерения, составляющей единицы минут.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемо-ЗО му результату является устройство для определения теплопроводности материалов, содержащее соединенные последовательно подвижную платформу и привод платформы, сосредоточенный источник 35 тепловой энергии, радиометр и аналоговый регистратор, входом подключенный к выходу радиометра,(3).

Недостатками известного устройства являются низкая производительность, 40 обусловленная тем, что устройство позволяет определять избыточные температуры нагреваемых поверхностей исследуемых образцов, необходимые для ,определения их геплоправадности,лишь в результате двукратного процесса перемещения платформы с образцами относительно радиометра (сначала с выключенным источником энергии, а затем с включенным), а также низкая точность, обусловленная тем, чта устройство из-за отсутствия в нем эталонного образца с известной теплапроводностью позволяет проводить лишь качественную оценку теплоправодности исследуемых образцов, не обеспечивая возможности получения количественных значений теплопроводности.

Цель изобретения - повышение производительности устройства и точности определения теплопроводности мате-60 риалов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения .теплопроводности материалов, содержащее соединенные последовательно подвижную 6g платформу и при вад платформы, сосредоточенный источник тепловой энергии, радиометр и аналоговый регистратор, введены второй радиометр, выходом подключенный к второму. входу аналогового регистратора, эталонный образец с известной теплоправаднастью, закрепленный на подвижной платформе, два датчика-ограничителя перемещения платформы, три триггера, элемент ИЛИ и шина "Пуск", причем первый вход привода платформы подключен к единичному выходу первого триггера, единичный вход которого соединен с выходом первого датчикаограничителя, нулевым входом второго триггера и первым входом элемента ИЛИ, второй вход привода платформы подключен к единичному выходу второго триггера, единичный вход которого соединен с выходом второго, датчика — ограничителя, нулевым входом первого триггера и вторым входом элемента ИЛИ, а третий вход привода платформы подключен к управляющему входу аналогового регистратора и единичному выходу третьего триггера, единичный вход которого подключен к шине "Пуск", а нулевой вход — к выходу элемента ИЛИ.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство для определения теплоправоднасти твердых тел содержит подвижную платформу 1 с закрепленным на ней эталонным образцом.2 с известной теплоправаднастью, привод 3 платформы, сосредоточенный источник 4 тепловой энергии, радиометры 5 и 6, аналоговый регистратор 7, датчики-ограничители 8 и 9 перемещения платформы, триггеры 10, 11 и 12, элемент ИЛИ 13 и шину

"Пуск" 14.

Платформа 1 с закрепленным на ней эталонным образцам 2 механически связана с приводом 3. Первый вход привода платформы соединен с единичным выходом триггера 10. Единичный вход триггера 10 подключен к выходу датчика-ограничителя 8 перемещения платформы, нулевому входу триггера 12 и первому входу элемента ИЛИ 13. Второй вход привода 3 соединен с единичным выходом триггера 12. Единичный вход триггера 12 подключен к выходу датчика-ограничителя 9, нулевому входу триггера 10 и второму входу элемента ViJIVi 13.

Третий вход привода 3 соединен с управляющим входом аналогового регистратора 7 и единичным выходом триггера 11, единичный вход которога подключен к шине "Пуск" 14, а нулевой вход - к выходу элемента HJIH 13, Выход радиаметра 5 подключен к первому входу аналогового

1073666 регистратора 7, а выход радиометра 6 — к второму входу аналогового регистратора 7.

Исследуемые образцы 15-1, 15-2, 15-и располагают на платформе 1 последовательно с эталонным об- 5 разцом 2. Эталонный и исследуемые образцы уотанавливают так, чтобы их рабочие поверхности были перпендикулярны оптическим осям сосредоточенного источника 4,и радиометров 5 и б. Сосредоточенный источник 4 и радиметры 5 и б, устанавливаются таким образом, чтобы нагрев эталонного и исследуемых образцов и регистрация температуры их рабочих поверхностей происходили по одной прямой.

Для установки устройства в исходное состояние платформа 1 с расположенными на ней образцами приводится в контакт с одним из датчиков-ограничителей перемещения платформы, например, с датчиком-ограничителем 8.

При этом на выходе указанного датчика появляется сигнал, которым триггер 10 устанавливается в единичное состояние, а триггеры 11 и 12 — в нулевое. Единичный сигнал с выхода триггера 10, поступая на первый вход привода 3, переводит привод в режим перемещения платформы 1 в направлении от датчика 8 к датчику 9. Нулевой сигнал с выхода триг- гера 11, поступая на третий вход привода 3, запрещает перемещение платформы 1 и, поступая на управляю- 35 щий вход аналогового регистратора 7, обеспечивает выключенное состояние его лентопротяжного. механизма (или устройства развертки).

При поступлении запускающего сиг- 4() нала на шину "Пуск" 14 триггер 11 переключается в единичное состояние.

Единичный сигнал с его выходй, поступая на третий вход привода 3, разрешает перемещение платформы 1 с образцами, она начинает равномерно перемещаться относительно сосредоточенного источника 4 и радиометров 5 и 6 по направлению к датчикуограничителю 9. Кроме того, единичный сигнал с выхода триггера 11, поступая на управляющий вход аналогово,го регистратора 7, включает его лентопротяжный механизм (устройство развертки). При перемещении платфор.мы 1 радиометр 5 последовательно регистрирует температуру рабочих поверхностей ненагретых эталонного 2 и исследуемых 15-1, 15-2, . ° ., 15-п образцов, а радиометр б регистрирует температуру рабочих поверхнос-ей 60 рассматриваемых тел их нагрева сосредоточенным источником 4 тепловой энергии °

Выходные сигналы радиометра 5, уровни которых пропорциональны температурам рабочих поверхностей не- нагретых образцов, т.е. их начальным температурам, регистрируются на носителе информации аналогового регистратора 7 в первом канале, а вы-. ходные сигналы радиометра б, уровни которых пропорциональны температурам рабочих поверхностей нагретых образцов — во втором канале.

При достижении платформой 1 датчика-ограничителя 9 (это происходит после того, как последний из серии исследуемых образцов выйдет из поля зрения радиометра б ) на его выходе появляется сигнал, которым триггер 12 устанавливается в единичное состояние, а триггеры 10 и 11 — в нулевое.

Единичный сигнал с выхода триггера 12, поступая на второй вход привода 3, переводит привод в режим перемещения платформы 1 от датчика 9 к датчику 8. Нулевой сигнал с выхода триггера 11, поступая на третий вход привода 3, запрещает перемещение платформы 1 и, поступая на управляющий вход аналогового регистратора 7, вы .лючает его лентопротяжный механизм (устройство развертки), прекращая перемещения носителя информации.

После установки на платформу 1 новой серии исследуемых образцов устройство готово к следующему процессу измерений. В зтом случае при поступлении запускающего сигнала на шину "Пуск" 14 перемещение платформы 1 с образцами происходит по направлению к датчику-ограничителю 8, причем радиометр б регистрирует начальные температуры рабочих поверхностей образцов, а радиометр 5температуры этих поверхностей после их нагрева сосредоточенным источником 4 тепловой энергии.

По окончании каждого процесса измерений на носителе информации аналогового регистратора (например, на диаграммной ленте ) будут зарегистрированы две последовательности сигналов, одна из которых соответствует начальным температурам рабочих поверхностей установленных на подвижной платформе образцов, а другая — их температурам после нагрева. Для каждого из исследуемых образцов и эталонного образца разность уровней сигналов, соответ ствующих нагретому и ненагретому состояниям, пропорциональна избыточной температуре рабочей поверхности образца.

Известно, что для описанного режима нагрева образцов и регистрации температуры их рабочих поверхностей справедлива..формула

ЭТ аЕР Эт 8 сбр

10736бб

Составитель В .Битюков

Редактор Л.Алексеенко Техред О,Неце Корректор Л.Зимокосов

Заказ 320/42 Тираж В2„ Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Щ Ф"

Филиал ППП "ПатеНт", г.ужгород, ул,Проектная, 4 где 30 <, 8>> - коэффициенты теплопроводности соответственно исследуемого и эталонного образцов

В,9 . - избыточные температуры рабочих поверхностей соответственно исследуемого и эталонного образцов.

Таким образом, предложенное устройство путем определения избыточных температур рабочих поверхностей исследуемых образцов 15-1, 15-2„

° ° ., 15-и и эталонного образца 2. . позволяет, используя указанную формулу, определить теплопроводность .каждого из исследуемых образцов, Предложенное устройство по срав- нению с устройством-прототи дм обладает вдвое большей производительностью, позволяя определять избыточные температуры образцов при однократном перемещении платформы относительно радиометров, а также большей точностью, поскольку наличие в составе устройства эталонного об.разца с известной теплопроводностью позволяет получать количественные значения теплопроводности исследуемых образцов.

В лабораторном макете предложенного устройства в качестве сосредоточенного источника тепловой энергии испОльэовался лазер типа ИЛГН705. Площадь пятна нагрева не превышала 3 мм . В качестве бесконтакт-, ных измерителей температуры поверхностей образцов испольэовались лабораторные радиометры, имеющие спект- . ральный диапазон 2-20 мкм и разрешающую способность по температуре

0,1 К. Размеры площадки, с которой радиаметры воспринимали тепловое излучение, 1 мм . В приводе платфор2 мы использовался электродвигатель постоянного тока. Изменение режима работы привода осуществлялось коммутацией напряжения питания электродвигателя.

Случайная пОгрешность измерений коэффициента теплопроводности исследуемых сбраэцов в диапазоне 1

15 Вт/м К не превышала 2-33, Для выравнивания иэлучательной способности исследуемых образцов на рабочую поверхность каждого образца наносилось специальное покрытие, имеющее коэффициент излучения близкий к единице,, 10-20 мкм, При изменении качества обработки поверхности образца от полированной поверхности до шероховатой со среднеквадратическим значением шероховатости 1 мм результаты измерений коэффициента теплопроводности не выходили эа пределы случайной погрешности.