Устройство для определения тепло-вых свойств материалов

Устройство для определения тепло-вых свойств материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С A Н И Е „„ 19ящ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскин

Социалистические

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 16.01.79 (21) 2713904/!8-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) M. Кл.з

G 01 N 25/18

Гееударстееннмй кемнтет (53) УДК 620.179..13 (088.8) Опубликовано 07.04.81. Бюллетень № 13

Дата опубликования описания 09.04.8!

llo, делам нзебретеннй и еткрмтнй (72) Авторы изобретения

С. А. Николаев, Н. Ф. Егоров и Н. Г. Николаева

Казанский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им..В. И. Ульянова-Ленина (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕПЛОВЫХ СВОЯСТВ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для определения тепловых свойств материалов, и может быть использовано в нефтедобывающей, строительной промышленности.

Известно устройство для определения тепловых свойств материалов, содержащее образец с двумя измерительными датчиками температуры и плоский источник тепловых колебаний, расположенных с торца образца (1) .

Однако данное устройство имеет большую погрешность определений от монтажа к монтажу измерительных датчиков температуры в образцах, измерения проводятся на образцах больших размеров, вводятся дополнительные устройства, устраняющие конвекцию при измерении материалов в жидком и газообразном состояниях, усложнены измерения, так.как используются два изме) рительных датчика температуры.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, в котором между двумя идентичными образцами в форме пластин помещен плоский источник тепловых колебаний„соединенный

2 с генератором, задающим эти колебания, а. два измерительных датчика температуры находятся на свободных поверхностях образцов и соединены с регистрирующим блоком (2) .

Однако данное устройство имеет большую погрешность определений за счет конвективного и лучистого теплообмена с поверхностей образцов, особенно при определении тепловых свойств материалов с низкой теплопроводностью, при проведении определений в среде с атмосферным или более высоким давлением, при температуре выше комнатной, от монтажа к монтажу измери1 тельных датчиков температуры на свободных поверхностях образцов, в силу неидентичности образцов, особенно при измерении гетерогенных сред таких, как горные породы, строительные материалы и т.д., усложнены определения тепловых свойств, так как необходимо два идентичных образца, два измерительных датчика температуры. Данное устройство неприменимо для определения тепловых свойств материалов в жидком и газообразном состоянии вещества.

Целью изобретения является повышение точности определения тепловых свойств

819662

1О

Формула изобретения

3 материалов при разЛичных фазовых состояниях и переходах «3 одной фазы в другую.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее термостат, плоский источник тепловых колебаний с генератором тепловых колебаний, измерительный датчик температуры с регистрирующим блоком, введены два полуограниченных тела с известными и равными тепловыми свойствами, между которыми расположен образец, плоский источник тепловых колебаний помещен на границе контакта образца с одним полуограниченным телом, измерительный датчик температуры расположен в тепловой емкости на границе контакта образца с другим полуограниченным телом. Причем измерительный датчик температуры представляет собой дифференциальную термопару, рабочий спай,которой помещен в тепловую емкость, а холодный — на торце нолуограниченного тела.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство включает теплоизоляционный слой 1 термосгата, криогенный холодильник

2 термостата, корпус 3 термостата, нагреватель 4 термостата, полуограниченные тела 5, плоский источник 6 тепловых колебаний, об25 разец 7, тепловую емкость 8, дифференциальную.термопару 9, предварительный уси литель 10 постоянного тока, цифровой вольтметр 11, ралиоэлектронную систему 12 ре:гулирования и управления термостатом, генератор 13 тепловых колебаний и цифропечатающее устройство 14.

При определении тепловых свойств твердых сред или гетерогенных сред образец выполняется в форме пластины толщиной порядка единиц миллиметра, а в случае из- З5 мерения тепловых свойств жидкостей или газов используется специальный контейнер. Полуограниченные тела представляют со, бой эталонный материал с известными и равными тепловыми, свойствами, причем выполняется условие полуограниченности в теп46 ловом смысле, то есть затухание амплитуды тепловых колебаний на торце этого тела должно составлять 0,1О/о от амплитуды на границе контакта с образцом.

Полуограниченные тела выполнены из 45 плавленного кварца в форме цилиндров диаметром 30 и длиной 60 мм.

Плоский источник тепловых колебаний выполнен методом напыления нихрома на торец полуограниченного тела. В тепловую емкость (медная пластина TOJlUIHHOH 0,2 мм) 50 вмонтирован рабочий спай дифференциальной термопары (медь — константан), а холодный спай расположен на торце полуограниченного тела. Пакет из образца и полуограниченных тел поджи мается винтовым прессом и помещается в термостат, темпера55 тура которого регулируется с помогцью радиоэлектронной системы 12 от †1 до

+300 С.

Задание колебаний. теплового потока прямоугольной формы, фиксированной частоты и амплитуды осуществляется генератором тепловых колебаний 13, состоящим из кварцевого генератора, делителя частоты, коммутационного блока и блока питания источника тепловых колебаний.

Запись информации от датчика температуры производится цифропечатающим устройством 14 с цифрового вольтметра 11 после усиления сигнала усилителем постоянного тока 10. Для обработки результатов определения тепловых свойств на ЭВМ осуществляется кратное количество измерений в периоде колебаний теплового потока вольтметром за счет синхронизации от генератора тепловых колебаний.

Применение регулярного режима третьего рода позволяет повысить точность определений тепловых свойств материалов в широком диапазоне температур, что является необходимым для исследования тепловых свойств при фазовых переходах широкого класса веществ. В отличие от известных устройств введение полуограниченных тел с известными и равными тепловыми свойствами увеличивает точность определений, так как исключаются трудноучитываемые лучистый и конвективный теплообмен с поверхностей образцов, и позволяет использовать образцы в форме тонких пластин и пленок с толщиной от единиц до десятых долей миллиметра, что особенно важно при определении тепловых свойств материалов в жидком и газообразном состоянии или в их композиции с твердым телом, то есть гетерогенных сред. Кроме того, введение тепловой емкости дает возможность устранить локальные неоднородности теплового контактного сопротивления, а расположение холодного спая дифференциальной термопары на торце полуограниченного тела компенсирует постоянную составляющую теплового потока, что в конечном счете увеличивает точность определения тепловых свойств материалов.

Метрологические исследования на экспериментальном образце устройства для определения тепловых свойств показали, что случайная погрешность при постоянной температуре на эталонных образцах не более

1 /р, а погрешность определений тепловых свойств в температурном интервале от — 100 ло +300 С на эталонных образцах, аттестованных во ВНИИМ, не хуже погрешности аттестации, то есть Зо/о.

Устройство для определения тепловых свойств материалов, содержащее термостат, плоский источник тепловых колебаний с генератором тепловых колебаний, измерительный датчик температуры с регистрирующим блоком, отличающееся тем, что, с целью по819662

/ 2 д Þ T

Составитель В. Гусева

Редактор О. Филиппова Техред А. Бойкас Корректор E. Рошко

Заказ 1257/21 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 вышения точности определения тепловых свойств материалов при разных фазовых состояниях и при переходе из одной фазы в другую, оно содержит два эталонных тела с зазором между ними для исследуемого образца, причем толщина которых выбрана таким образом, чтобы амплитуда тепловых колебаний на торцах этих тел была меньше 0,1% амплитуды на нагревателе, плоский источник тепловых колебаний, помещенный на границе эталонного тела с зазором, измерительный датчик температуры, представляющий собой дифференциальную термопару, рабочий спай которой помещен в медную пластину, расположенную на границе зазора с другим эталонным телом, а холодный спай — на торце этого тела.

Источники информации, 5 принятые во внимание при экспертизе

1. Филлиппов Л. П. Исследование теплопроводности жидкостей. М., издательство

МГУ, 1-970, с. 108 — 120.

2. Юрчак P. П. Установки для комплексных измерений теплофизических свойств диэлектриков. «Заводская лаборатория», «Металлургия», 197!, № 12, т. 37, с. 1514—

1516.