Устройство для определения коэффициента теплопроводности

Устройство для определения коэффициента теплопроводности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к технике измерения теплофизических СВОЙСТВ; материалов. Целью изобретения является повышение чувствительности измерений. Устройство содержит вакуумную водоохлаждаемую камеру, внутри которой по центральной оси расположены нагреватель и термопары. Нагреватель выполнен из двух последовательно расположенных секций, разделенных экраном. Секции нагревателя включены так, что они создают равные удельные тепловые потоки на внутренней цилиндрической поверхности образца . Термопары размещены в пазах (Л держателей исследуемого образца в плоскости их контакта с. торцйми образца . 1 ил.

,.SU„„1267243 A 1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 G 01 N 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

И АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3850471/24-25 (22) 22. 11.84 (46) 30. 10.86. Brarr. N -40 (71) МВТУ им. Н.Э.Баумана (72) Б.М.Новожилов и В.Е.Петрушевский (53) 536.627.7(088.8). (57) Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к технике измерения теплофизических свойств материалов. Целью изобрете" ния является повышение чувствитель-: ности измерений. Устройство содержит вакуумную водоохлаждаемую камеру, внутри которой по центральной.оси расположены нагреватель и термопары.

Нагреватель выполнен из двух последовательно расположенных секций, разделенных экраном. Секции нагревателя включены так, что они создают равные удельные тепловые потоки на внутренней цилиндрической поверхности образца. Термопары размещены в пазах держателей исследуемого образца в плоскости их контакта с торцами об-. разца. 1 ил. С: (56) Думова P.Ã. Установка для измерения теплопроводности металлов. Труды метрологических институтов. СССР, ВНИИ.им.Д.И.Менделеева. Вып. 187 (247), 1976, с.28-30.

Осипова В.А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена.

М.:.Энергия, 1979, с.49-50 ° (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, l3 .

1 1267243

Изобретение относится к технике определения теплофизических свойств и может быть использовано для определения коэффициента теплопроводности при высоких температурах.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерений.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит цилиндрический образец 1, нагреватель из двух секций

2 и 3, термопары 4 и 5, экран 6, помещенные в водоохлаждаемую камеру 7 .и закрепленные в нем с помощью элементов крепления, снабженных охранными нагревателями 8.

Устройство работает следующим образом.

Камера 7 вакуумируется„ после че=

ro исключаются секции 2 и 3 нагревателя таким образом, чтобы они создавали равные удельные тепловые потоки на внутренней цилиндрической поверхности образца. Последний разогревается до необходимой температуры измерений (1000-2000) К. При этом тепловой поток, выделившийся в нагрева-,. теле, проходит через стенки образца, излучается его наружной поверхностью и отводится водой водоохпаждаемой камеры 7. Охранные нагреватели

8 обеспечивают активную тепловую изоляцию торцов образца и создание одномерного температурного распределения в нем.

После выхода на стационарный ре- . жим производится измерение абсолютной температуры Т, . Далее мощность одной из секций увеличивается, и s образце создается двумерное темпера" турное поле. Измеряется разность тем" ператур,Я между. торцами образца, являющаяся функцией коэффициента теплопроводности материала образца и его геометрических параметров. д« а

2? ь:= — 2 . д, 2L

Двумерное температурное поле в образце описывается уравнением стационарной теплопроводности

>Т Ь Т 1 дТ

+ + 0 (1) дх» дг r дг при граничных условиях — Л - 0 — на торцах образца, Л дх ч ОТ

-я q — на внутренней поверх.дг .ности образца, ат С (Т вЂ” 74 )

-Л ь — на наружДг 1 1 — — + — — — 1

4 С» ной поверхности образца, 5 где Т вЂ” абсолютная температура; х — осевая координата; радиус» Л вЂ” коэффициент теплапровод10 ности;

q — - удельный тепловой поток;

G 5,667 ° 10 Вт и К

4- степень черноты поверхности образца;

Е„ — степень черноты поверхности камеры;

Т), — абсолютная температура поверхности камеры.

Решением уравнения (1) для ад при заданных граничных условиях и при аТ< Т (где d T — максимальное возi растание температуры образца за счет неодинаковых удельных тепловых потоков от секций нагревателя при проведении измерений) является выражение

1 зЫЛп.

a8=2(— ь - — >)

1 Х -1 ЛаЬМ вЂ” Ф N гдеп=1,3,5, 30

Фз и = f и» (»,(»па)»,(xn») + 1

- + I (7ònb) K„(7na)g -Ðп(Х, 9na) К,», ®пЬ)-I CTnb)K„ (3lna)), (2) где 3 — коэффициент теплопроводности;

Ф вЂ” мощность, потребляемая сек цией 2;

С»- мощность, потребляемая секцией 3;

Конструктивно нагреватель может быть выполнен в виде двух электрически изолированных друг от друга участков вольфрамовой спирали,. намотанной на керамический стержень, а в качестве отражающего экрана взят

® молибденовый диск.

Пользуясь вьц1ажением (2), можно определить оптимальные геометрические размеры нагревателя, обеспечивающие максимальную чувствительность, S5.устройства для заданных размеров образца.

Дополнительный эффект обеспечивает установка отражающего экрана

1267243

Я Ам Щ/м ЖМЯ МT доУа

Составитель В.Зайченко

Редактор Т.Митейко Техред М.Ходанич Корректор И.Муска

Заказ 5764/39 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4 между секциями нагревателя, снижаю-, щего переизлучение.

Так как тепловой поток вдоль образца значительно ниже, чем радиальный, искажения температурного поля термопарами малы и точность измерения возрастает. Как дополнительную меру можно: рассматривать установку охранных нагревателей на элементах крепления образца, обеспечивающих 10 создание по торцам образца беэгради ентных зон. Эти особенности кон-. струкции обеспечивают погрешность измерения порядка 2 — 3%.

По сравнению с известными устройствами предлагаемое устройство обес.печивает высокую чувствительность измерений вследствие того, что измеряется перепад температур не по радиусу образца, а по его длине, в то время как нагрев образца осуществляется радиальным тепловым потоком.

Формула изобретения

Устройство для определения коэффициента теплопроводности, содержащее вакуумную водоохлаждаемую камеру, внутри которой по центральной оси расположены нагреватель и термопары, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности измерений, нагреватель выполнен из двух последовательно расположенных секций, разделенных экраном, а термопары.размещены в пазах держателей. исследуемого образца в плоскости их контакта с торцами образца при измерениях.