Устройство для определения теплоемкости и температуропроводности жидкостей и порошкообразных материалов
Патент 473087
Авторы
Классы МПК
Устройство для определения теплоемкости и температуропроводности жидкостей и порошкообразных материалов
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социалистических
Республик с
<>473087
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 26.07.73 (21) 1949185/26-25 (51) . !. Кл. 601п 25. IS с присоединением за,".вкп—
Государственный комитет
Совета Министров СССР ло делам изобретений н открытий (23) Прпоритет— (53) УД К 536.63 (088.8) Опубликовано 05.06.75. Бюллетень М 21
Дата опубликования описания 28.04.76 (72) Ааторы изобретения
Б. Н. Егоров, В. С. Килессо и А. Г. Комаров (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ТEПЛОЕМКОСТИ И ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ
ЖИДКОСТЕЙ И ПОРОШКООБРАЗНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Изобретение относится к технике теплофизических исследований.
Известно устройство для определения теплоемкости и температуропроводности вещества, основными элементами которого являются цилиндрический калориметр с цилиндрическим нагревателем и искусственная адиабатическая оболочка, уменьшающая внешние теплопотери калориметра во время измерений.
Существенные недостатки этого устройства заключаются в сложности конструкции из-за наличия адиабатической оболочки и в увеличении погрешности измерения с повышением температуры исследования. В области высоких температур, где внешние теплопотери калориметра велики, такие измерительные устройства неприменимы.
Цель изобретения — создание высокопроизводительного устройства, простого fo конструкции и удобного в эксплуатации, для измерения теплоемкости и температуропроводности жидкостей и порошкообразных материалов, в котором влияние теплопотерь на результаты измерения было бы сведено к минимуму.
Согласно изобретению, поставленная цель достигается за счет того, что цилиндрический калориметр выполнен с двумя коаксиальными цилиндрическими нагревателями, работающими в импульсном режиме. Место расположенпя и мощность нагревателей выбраны гакимп, чтобы после подачи теплового импульса, если внешние теплопотери отсутствуют, оосснечить напскорейшее выравнивание температуры Ilo калориметру.
На чертеже схематически изображ«па принципиальная схема устройства для измерения т«плоемкостп и температуропроводпости жидкостей н порошкообразных материалов.
Устройство состоит из калориметра, температурного датчика, термостата, схемы: змерения и автоматической записи температуры, обеспечивающей импульсный подвод тепла и его измерение. Применялась пот«пциом«трп15 ческая схема. а запись врем«пион характеристики температуры производилась па диаграмме электронного самописца. В качестве температурного датчика использовалась индивидуально тарироваппая термопара хром«ль— - 0 копель. «Королек» термопары размещался строго в центре объема калориметра.
Калориметр представляет собой цилиндрический сосуд 1 с внутренним радиусом / .
Внутри сосуда размещены два цилиндрических коакснальпых нагревателя 2 радиусом
r. u rq..По оси цн;шндра в его центре расположен температурный датчик 3 (например, термопара). Исследуемое вещество равномерно заполняет весь объем сосуда, и его масса
Э0 определяется путем взвешивания.
473087
Работает устройство следующим образом.
В термостате, в ко — îðîì размещается калорнметр, устанавливается требуемая температура исследования. Затем одновременно двумя нагревателями калориметра подается тепловой импульс, длителы1ость н мощность которого измеряется приборами. После подачи импульса с помощью температурного датчика измеряется максимум приращения температуры в центре цилиндра и время (определяется нз диаграмм самописца), за которое в центре цилиндра температура достигает величины, равной половине максимальной. Теплоемкость и температуропроводность исследуемого вещества рассчитываются по выведенным для предложенного устройства формулам: (Wl -,— W2) t0 — АЛТ„„„., тЛ Т„„, а = 0,0115
R - (2) Прн расчете параметров калориметра это условие позволило описать распределение Те11пературы но калориметру в момент выключения 1!ягревателей суперпозицией двух дсльтя-ф ...нкций Дирака:
ЛТ, 1 (3) r — текущий радиус;
f (! ) — температурное поле калориметра;
Т, — температура окружающей среды;
6 (r) — дельта-функция Дирака;
ХТ1, ЛТ2 — усредненные а."иябятические приращения температуры калориметгде где С, а — удельная теплоемкость н температуропроводность исследуемого вещества;
Г1, F 2 — мощность первого и второго нагревателя соответственно;
Т1 — время работы нагревателя;
А — постоянная калориметра;
m. — масса исследуемого вещества;
АТ,,„. — максимум прира1цения температуры; т l,)) — время, за которое температура в центре цилиндра достигает величины, равной половине максимальной;
R — внутренний радиус цилиндрического сосуда.
i,ля правильной эксплуатации устройства
1еобход«мо, чтобы продолжительность теплоього импульса была бы много меньше (как минимум на порядок) времени, за которое температура в центре калориметра достигает своего максимального значения. ра за счет первого и второго нагревателя соответственно: (4) ЛТ—
mC (5) !
О Расчет калориметра проводился в два этапа. Вначале с целью определения основных параметров калориметра, таких как мощность и радиусы цилиндрических нагревателей, решалясь задача на остывание бесконечного цил)н!дра радиусом R с начальным распределеIIiIeAI тем перат1 ры (3) и при oTC)) Tñò««теплопотерь с внеш:1ей поверхности.
Ч1!с leiiiioe решение этой задачи дало следующие 311 à÷eí«ÿ относителыюй мощности
20 «ерво1о «второго нагревателей соответственно с.i = 0,305, а = О,б95 и отношения диаметров .:агревателей и внутреннему диаметру цилиндрического сосуда кялориметра 0,345 и 0,788.
25 Ня второ я этапе расчета исследовалось температурное ноле калориметра после подачи теплового импульса при максимальных теплопотерях на внешней поверхности (температура стенок цилиндрического сосуда постоянзО на и равна температуре окружающей среды), причем параметры калориметра удовлетворяли найденным соотношениям. Для этого решалась задача первого рода на остывание бесконечного цилиндра радиусом Р, нри начяль-! юм условии (3).
Используя то факт,,что температурное поле калориметра есть функция только от безразмерного числа Фурье Г11 ——,„а не от вре;ieii«или темнерятуропроводности вещества, и что в центре цилиндра при 111 — — 0,0115 темIIep3T! ра достиг ieT Be,lичины, равной ПО 10BIIне максимальной, можно при экспериментальном измерении т; о«ределить температуропровод1юсть исследуемого вещества по формуле (2).
Предмет изобретения
Устройство для определения теплоемкости и тсмнературопровод1юсти жидкостей и порошкообразных материалов, состоящее из цилиндрического калориметра, температурного датчика, аппаратуры термостатирования, им55 пульс«ого ввода тепла и его измерения, блока
11змерсния и авто 1ятической записи температуры, отличаюшееся тем, что, с целью упрощения конструкции, обеспечения удобства в эксплуатации и расширения диапазона температуры исследования, калориметр выполнен с двумя коаксиальными цилиндрическими нагревателями, причем отношения диаметров нагревателей к внутреннему диаметру цилиндрического сосуда калориметра равны 0,345+-0,005
55 «0,788 0,005.
473087
1 !
Составитель А. Волков
Техред T. Курилко
Редактор T. Орловская
Корректор И. Симкина
Заказ 23-1, -153 Изд. ¹ 814 Тираж 9Й2 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
Москва, K-35, Раушская наб., д. 4 5
Тип. Харьк. фил. пред, «Патент.>