Устройство для измерения удельной теплоемкости материалов

(51) 6 0 СУД АРС ДЕЛАМ НИЯ ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ НИЕ ИЗОБР СКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Государственное специальное конструкторское бюро теплофизического приборостроения(56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 513304, кл, С 01 М 25/20, 1976,2. Адиабатический прибор для из.мерения удельной теплоемкости, Выс,тавка "Наука" 78 П. М, СССР, 13-23 октября 1978 (прототип).(54)(57)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЕЛЬНОЙ ТЕПЛОЕМКОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержашее калориметр с адиабатической оболочкой, нагреватель адиабатической оболочки, соединенный с блоком адиабатического регулирования, нагреватель образца, тепломер, термопреобраэователь темпе-, ратуры образца и термопреобразователь ошибки адиабатического регу лирования, блок питания нагревате" ля образца, интерфейс, соединенныйс таймером, центральным процессорным блоком, блоком памяти, пультомуправления сигналами интерфейса,аналого-цифровой преобразователь,подключенный входом к термопреобразователю температуры образца, авыходом - к интерфейсу, о т л и ч аю щ е е с я тем, что с целью повышения точности при одновременномрасширении функциональных возможностей, в него дополнительно введены термопреобразователь перепада .температур на образце, цифроаналоговый преобразователь, регуляторпрограммного разогрева, аналогоцифровой преобразователь выполненмногоканальным и входами подключенк термопреобразователю ошибки адиабатического регулирования и термопреобразователю перепада температурна образце и тепломера, причем блокпитания нагревателя образца подключен к интерфейсу через последовательно соединенные цифроаналоговыйпреобразователь и регулятор программного разогрева.Изобретение относится к устройствам для определения удельной теплоемкости материалов и может быть использовано в приборостроении, машиностроении и экспериментальной технике.5Из ве стн о устройство для определения удельной теплоемкости, содержащее калориметр с двумя адиабатическими оболочками, нагревателями первой и второй адиабатических обо лочек, нагревателем образца, термопреобразователем температуры образца, термопреобразователем разности температур образца и первой адиабатической оболочкой, термопреобраэо вателем разности температур образца и второй адиабатической оболочкой, блок питания нагревателя первой адиабатической оболочки, блок питания нагревателя второй адиабатической оболочки, блок питания нагревателя образца, блок программного нагрева образца и регулятор программного нагрева образца Г 1 1.Недостатком известного устройства является отсутствие контроля25 поддержания адиабатических условий и возникающая при этом погрешность в определении удельной теплоемкости.Наиболее близким техническим ре- Зо шением к предлагаемому является устройство для измерения удельной теплоемкостй, содержащее калориметр с адиабатической оболочкой, нагревателем адиабатической оболочки, 35 нагревателем образца, термопреобраэователем ошибки адиабатического регулирования, термопреобраэователем температуры образца и термопреобразователем ошибки адиабатического регулирования, блок питания нагревателя образца, блок адиабатического регулирования, интерфейс, таймер, центральное процессорное устройство, схему управления сигналами интерфейса и аналого-цифровой преобразователь, подключенный входом к термопреобразователю температуры образца, а выходом - к интерфейсу2 15 ОНедостатком такого устройства является снижение точности определения удельной теплоемкости ввиду отсутствия контроля точности поддержания адиабатических условий и учета возникающей при этом погрешности.Цель изобретения - повышение точности измерений при одновременном расширении Функциональных возможностей.указанная цель достигается тем, что в устройство для измерения удельной теплоемкостиматериалов, содержащее,калориметр с адиабатической оболочкой, нагревателем адиаба - тической оболочки, нагревателем 65 образца, тепломером, термопреобразователем температуры образца и термопреобразователем ошибки адиабатического регулирования, блок питаниянагревателя образца, блок адиабатического регулирования, интерфейс,таймер, центральное процессорное уст"ройство, запоминающее устройство,пульт управления сигналами интерфейса и аналого-циФровой преобразователь, подключенный входом к термопреобразователю температуры образцаи выходом к интерфейсу, дополнительно введены термопреобразовательперепада температур на образце,цифроаналоговый преобразователь, регулятор программного разогрева, аналого-цифровой преобразователь выполнен многоканальным и входами подключен к термопреобразователю перепадатемператур на образце и тепломера,причем блок питания нагревателя образца подключен к интерфейсу черезпоследовательно соединенные цифроаналоговый преобразователь и регулятор программного разогрева,Такое выполнение устройства позволяет учесть ошибку поддержанияадиабатических условий при определении удельной теплоемкости и тем самымповысить точность измерения удельнойтеплоемкости. При этом одновременнорасширяются Функциональные возможности за счет измерения теплопроводности и температуролроводности.На чертеже показана блок-схемаустройстваУстройство содержит измерительнуюячейку 1 (калориметр 1 с адиабатической оболочкой 2, нагревателем 3адиабатической оболочки, подключеннымк выходу блока 4 адиабатического регулирования, термопреобразователем5 ошибки адиабатического регулирования, подключенным к входу блока 4адиабатического регулирования и квходу многоканального аналого-цифрового преобразователя б. Образец 7 помещается в измерительную ячейку 1.Нагреватель 8 образца подключен квыходу блока 9 питания нагревателяобразца, Термопреобразователь 10температуры образца. подключен к входумногоканального аналого-циФровогопреобразователя б. Интерфейс 11 подключен к таймеру 12, центральномупроцессорному блоку 13, запоминающе"му устройству 14 и многоканальномуаналого-цифровому преобразователю б.Кроме этого, устройство имеет тепломер 15, подключенный к входу многоканального аналого-цифрбвого преобразователя б, и ".ермопреобразбватель 16 перепада температур на образце,. подключенный так же к входумногоканального аналого-цифровогопреобразователя б, Тепломер 15 ит-рмопреобраэователь 16 перепада темв;.ератур на образце находятся в иэмерительной ячейке 1. Цифроаналого=- вый преобразователь 17 подключен входом к интерфейсу 11, а выходом - к входу регулятора 18 программного нагрева, который выходом подключек входу блока 9 нагрева образца.Имеющийся в устройстве пульт 19;управления подключен к интерфейсу 11,Устройство работает следующим образом.Образец 7 помещают в измеритель ную ячейку 1. Через равные промежутки времени таймер 12 вырабатывает сигналы прерывания, поступающие через интерфейс 11 в центральный процессорный блок 13. По сигналу тай мера 12 центральный процессорный блок 13 вырабатывает задающее воздействие для контура регулирования программного нагрева. Сигнал с термопреобразователя 10 температуры образца через многоканальный аналого-цифровой преобразователь б и интерфейс 11 поступает в центральный процессорный блок 13, где преобразуется в значение температуры образца и сравнивается с задающим воздействием. Выработанная разность, являющаяся ошибкой регулирования контура программного разогрева, поступает через интерфейс 11 на вход цифроаналогового преобразователя 17 30 и обрабатывается регулятором 18 ,программного разогрева, подключенным через блок 9 питания нагревателя образца к нагревателю 8 образца. Блок 4 адиабатического регулирбвания 35 по сигналу термопреобразователя 5 ошибки адиабатического регулирования управляет нагревателем 3 адиабатической оболочки, обеспечивая выполнение условия адиабатики.Параметры образца, необходимыедля вычислений, вводятся с пульта 19 управления; При достижении образцом заранее заданных значений температуры производятся измере 45 ния перепада температур . на образце 7 термопреобраэователем 16 перепада температур на образце, сигнала с тепломера 15 и сигнала с термопреобразователя 5 адиабатического регулирования. Измеренные значения через многоканальный аналого-цифровой преобразователь 6 и интерфейс 11 поступают в центральный процессорный,блок 13, который по этим значениям и сигналам таймера 12 вычисляет теплофизические параметры образца по программе, хранимой в запоминающем устройстве 14 в соответствии с методом равномерного разогрева.В формуле для расчета теплофизических параметров вводятся поправки, учитывающие теплообмен образца с адиабатической оболочкой.Поправка на теплообмен образца с оболочкой получена из решения уравнения теплопроводности для тонкого стержня, разогреваемого с постоянной скоростью, с теплоотдачей на боковой и торцовой поверхностях,Из расчета поправки на теплообмен видно, что в опыте выгодно обеспечивать такие. условия,при которых верхняя точка образца будет несколько недогрета по отношению к оболочке (М(,01, где чо- разности температур между верхней точкой образца и оболочкой, а суммарная поправка на теплообмен оказывается меньше на 2-3.Таким образом, техническим преимуществом изобретения является возможность учета ошибки поддержания адиабатических условий, что позволяет снизить погрешность измерений на 2-, 3. Устройство не только обладает высокой точностью измерения тепло- емкости, но и имеет широкие функциональные возможности, позволяя одновременно определять теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность материала. В сравнении с известными измерителями теплофиэических свойетв ИТСи ИТСпредлагаемое устройство позволяет повысить точность измерения с 10 до 7.