Устройство для определения теплофизических свойств твердых тел

Устройство для определения теплофизических свойств твердых тел

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советск их

Соцнапнстичесинк

Рес убл

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

««935765 (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 03. 10. 80 (21) 2987473/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15 ° 06° . 82. Бюллетень М22

Дата опубликования описания 15 .06 . 82 (51)М. Кл.

G 01 N 25/18

3Ъсударствапэй квинтет

CCCP

IIo делам изсбретеиий н вткрытйй (53) УДK 536.629. . 7(088. 8) т

Д. Ф. Симбирский, Л. С. Григорьев, А. И. Скрипка, . .А. Б. Гулей, В, Е. Ведь и А, В. Олейник (72) Авторы изобретение

Харьковский авиационный институт им. Н. Е. Жуковского. (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Изобретение относится к определению теплофизических характеристик ма« териалов в широкой области температур и может быть использовано для определения теплопроводности, температуропроводности и теплоемкости твердых тел, используемых в различных,отрас" лях науки и техники.

Известно устройство для определения коэффициента теплопроводности твердых материалов в широком интерва-. ле температур, содержащее в охлажда- емом проточной водой корпусе нагреватели, теплоизоляторы и тепломер, выполненный из материала с известным коэффициентом теплопроводности. Нагреватели и теплоизоляторы выполнены из графита ° Пространство между графитовыми теплоизоляторами и корпусом для улучшения теплоизоляцйи заполнено засыпкой из двуокиси циркония.

Устройство позволяет определить теплопроводность и температуропроводность огнеупорных материалов при

2 температурах 500-2000 К в вакуумной либо инертной среде 1).

Недостатком известного устройства является то, что оно работоспособно только в вакуумной либо инертной среде и непригодно для измерений в атмосфере воздуха.

Наиболее близким к изобретению является устройство для определения теплофиэических свойств твердых тел, 1О содержащее цилиндрический неэлектропроводный корпус с нагревателем внутри него. В этом устройстве теплоизоляторы, представляющие собой набор из 50-70 плоских или рифленых

1$ пластин из ниобиевой фольги с.нанесенным покрытием из сажеграфитовой суспензии, защищают боковые поверхности исследуемого образца и нагревателя от потерь теплоты в окружающую среду, особенно при высоких температурах. В полом цилиндрическом танталовом нагревателе, выполненном из . фольги и окруженном одним из тепло935 765 изоляторов, размещен теплосъемный электропроводный элемент в форме сердечника, электрически изолированного от нагревателя. Исследуемый плоский образец размещают на поверхности теп- 5 лосъемного элемента и поджимают винтами для улучшения теплового контакта. На исследуемом образце размещен тепломер с известной теплопроводностью, а на нем — холодильник для 10 создания температурного перепада по толщине исследуемого образца. При этом тепловое попе, формируемое в образце исследуемого материала, является одномерным $7).

Однако известное устройство ра6отает только в вакуумной или инертной среде, и непригодно для работы в атмосфере воздуха, так как в нем использован танталовый нагреватель, поэ-20 воляющий проводить нагрев до температуры 2000 К только в инертной или вакуумной средах. Вакуумирование устройства сильно усложняет его конструкцию и повышает его стоимость. 25

Целью изобретения является обеспечение воэможности измерения в атмосфере воздуха при высоких температурах.

Указанная цель достигается тем, Зо что в устройстве, содержащем цилиндрический неэлектропроводный корпус с нагревателем внутри него, дополнительно установрены неэлектропроводный теплоизолятор, сквозное централь- З5 ное отверстие которого закрыто соосно ему размещенным теплосъемным элементом, и другой неэлектропроводный теплоизолятор, а нагреватель выполнен из электропроводного гранулированного материала и помещен между корпусом, теплоизоляторами и теплосъемным элементом,, Выполнение нагревателя из электропроводного. гранулированного материала

45 позвоЛяет создать высокий уровень температур в атмосфере воздуха, который определяется свойствами самого нагревателя. К тому же, электропроводный гранулированный материал обладает хорошими теплоиэоляционными свойствами и тем самым предохраняет стенки корпуса и электроды от перегрева. Выбор такого материала для нагревателя позволяет самым простым способом осуществить токоподвод, т.е. переход от нагревателя к холодным электродам.

Выполнение одного их теплоиэоляторов в виде перегородки со сквозным центральным отверстием в средней части корпуса позволяет из всего электропроводного гранулированного материала выделить необходимый объем материала, являющийся нагревателем, в котором выделяется нужная, тепловая энергия, так как электрическое сопротивление этого объема материала значительно больше, чем в остальной части, т.е. в корпусе.

Размещение электропроводного теплосъемного элемента на укаэанном теплоизоляторе обеспечивает одномерность теплового потока.

Размещение второго неэлектропроводного теплоиэолятора на электропроводном теплосъемном элементе позволяет обеспечить токоподвод к тепловыделяющей части нагревателя, выполненного в виде гранулированного электропроводного материала и размещенного в отверстии первого теплоиэолятора, К тому же этот теплоизолятор формирует одновременно и рабочий объем устройства, доступ в который удобен и прост. Такое размещение указанных обоих теплоиэоляторов и теплосъемного электропроводного элемента разделяет электропроводный гранулированный материал на последовательно соединенные электрические проводники, выполненные иэ одного материала, но с разным сечением, а следовательно, и с различным электросопротивлением. Этим обеспечи-. вается малое тепловыделение в участках с большим сечением (т.е. в верхней и нижней частях корпуса) и большое - в полости первого теплоизолятора, в которой сечение электропроводного гранулированного материала значительно меньше.

Выполнение электродов кольцевыми дает возможность изготовить их с большой поверхностью контакта с электропроводным гранулированным материалом, что исключает тепловыделение и нагрев электродов.

На чертеже приведено предлагаемое устройство, общий вид, Устройство содержит корпус 1, в котором расположены нагреватель 2, теплосъемный электропроводный элемент 3, электроды 4, два цилиндрических теплоиэолятора 5 и 6. Нагреватель 2 представляет собой электропроводный гранулированный материал

935765 формула изооретения

5 (например, криптол, толченный графит, измельченные селиты), которым заполнен корпус 1 и теплоизолятор 5. Теплоизолятор 5, изготовленный из неэлектропроводного материала, выполнен в средней части корпуса 1 в виде горизонтальной перегородки со сквозным центральным отверстием 7. Теплосъемный электропроводный элемент 3, выполненный, например, из прессован- 1о ного графита, расположен на теплоизоляторе 5 соосно отверстию, выполненному в нем. Теплоизолятор 6 вы- полнен в виде полого цилиндра из неэлектропроводного материала и расположен на электропроводном теплосъемном элементе 3.

Кольцевые электроды 4 размещены в корпусе 1 по его боковой поверхности. Электропроводный гранулированный материал теплоизоляторами 5 и 6, теплосъемным электропроводным элементом 3 и корпусом 1 разделен на три части, одна из которых (А), заключена между теплоизолятором 6, 25 теплосъемным элементом 3 и верхней частью корпуса 4, Другая часть (В) заключена внутри теплоизолятора 5, третья часть (С) — между теплоизолятором 5 и нижней частью корпуса 1.

Сквозное отверстие в теплоизоляторе

5 выполняется таких размеров, что электрическое сопротивление части В гранулированного материала значительно превосходит электрическое сопротивление всего гранулированного материала, которым заполнен корпус 1.

Так, если 11 = 140 мм, 1 = 35 мм, d = 160 мм, d2. = 25 мм, где d1 диаметр корпуса 1; d - диаметр отверстия 7 в перегородке 5; 1А - длина корпуса 1; 1> - длина перегородки 5, то электросопротивление части

В нагревателя 2, выполненного из криптола, значительно (более чем в

20.раз) превышает электросопротивление остальной части (А + С) гранули- рованного материала.

Предлагаемое устройство работает г следующим образом.

Перед измерением в теплоизоляторе 6 на теплосъемном электропроводном элементе 3 размещают исследуемый образец 8 и измеритель 9 тепловых потоков или температур.

К электродам 4 подводят напряжение от источника питания постоянногс тока с регулируемым выходом, например, с током до 25А и напряжением до 80 В (на чертеже не показан).цепь электричаского тока замыкается через часть А нагревателя, теплосъемный элемент 3, часть В, заключенную в твплоизоляторе 5, и часть С нагревателя 2. Так как сопротивление части В гранулированного материала значительно больше, чем частей А + С, то в части В происходит выделение тепла, значительно превосходящее тепловыделение в остальной его части, что является достаточным для нагрева образца из огнеупорной керамики в атмосфере воздуха до 2000 К.

Благодаря тому, что теплосъемный элемент 3 выполнен из электропроводного материала (графита), тепло, выделенное в части В нагревателя 2, передается через плоскую поверхность теплосъемного элемента 3 в осевом направлении в виде одновременного теплового потока.

Учитывая, что боковые поверхности теплосъемного элемента 3 примыкают к теплоизоляционному нагревателю в части А, тепло с боковых поверхностей не рассеивается. Температуру образца 8 регистрируют во времени по показаниям измерителей 9.

Полученные данные служат для определения теплофизических свойств образца (его теплопроводности. или температуропроводности) по известным методам решения обратных коэффициентных задач теплопроводности, Термическое сопротивление гранулированного материала, например криптола, велико, поэтому токоподводящие электроды 4 и корпус 1 находятся при комнатных температурах.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет осуществить измерения в атмосфере воздуха при высоких температурах до 2000 К. При этом токоподводящие электроды не перегреваются и в процессе работы находятся практически при комнатной температуре, что значительно увеличивает их срок годности. Отсутствие вакуумированной системы, использование в качестве нагревателя дешевых материалов и простая замена его делают. предлагаемое устройство дешевым и удобным в эксплуатации, Устройство для определения теплофизических свойств твердых тел, со935765

ВНИИПИ Заказ 4197/43 Тирам 887 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, держащее цилиндрический неэлектропроводный корпус с нагревателем внутринего, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности измерения в атмосфере воздуха при высоких температурах, в корпусе дополнительно установлены неэлектропроводный теплоизолятор, сквозное центральное отверстие которого закрыто соосно ему размещенным теплосъемным элементом, и другой неэлектропроводный теплоизолятор, а нагреватель выполнен из электропроводного гранулированного материала и помещен между корпусом, теплоизоляторами и теплосъемным элементом, Источники йнформации, принятые во внимание при экспертизе

Литовский E. Я. и др. Методика определения теплопроводности огнеупорных материалов в широком интервале температур. -"Приборостроение", 1969, т. 12, М 1, с. 124-128.

2, Осипова В. А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. М., "Энергия"., 1979, с. 35-36 (прототип).