Устройство для определения теплоемкости материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЮВ 4 б 01 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ Е ИЗОБРЕТЕНИЯСВИДЕТЕЛЬСТВУ АВТОРСК(71) Институт неорганическойАН СССР(56) филиппов Л, П. Измерение тепловых свойств твердых и жидких металлов при высоких температурах. М., изд-во МГУ, 1967, с. 326.Ахматова И. А. Исследования при высоких температурах. Новосибирск.: Наука, 1966, с. 101-112.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее источник модулированного электрического тохимии СО ОПИСАНИ,ЯО 119 554 ка с выходом, подключенным при работе.устройства к эталонному или исследуемомуобразцу, и фотоприемник с фокусирующейлинзой, выход которого соединен с входомизмерителя напряжения, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью уменьшенияпогрешности определения теплоемкости матерналов с различной спектральной излучательнойспособностью, оно дополнительно содержитрегулируемую интегрирующую цепь с входом,подключенным при исследовании к образцу,а выходом соединенную с входом измерителянапряжения, и приспособление для созданияв образцах моделей абсолютно. черного тела,при этом фокусирующая линза фотоприемникаустановлена на уровне модели абсолютно черного, тела.3554119Изобретение относится к технике определе.ния теплофизических свойств материалов привысоких температурах, а именно к устройст,вам для определения теплоемкости материаловмодуляционным, методом, и может бытьиспользовано в научных и прикладных исследованиях теплоемкости металлов, сплавов иполупроводников.Цель изобретения - уменьшение погрешнос.ти определения теплоемкости материалов с различной спектральной излучательной способностью, достигаемой эа счет исключении граурировки фотоприемника, использования потока излучения в широком спектральном диапазонеи реализацией измерительной компенсационнойсхемы, условия уравновешивания которой независят от амплитуды переменной составляющей тока, нагревающего образец,На чертеже показана схема устройства дляопределения теплоемкости материалов.Устройство содержит образец 1 с модельюабсолютно черного тела 2, источник 3 модулированного электрического тока, фокусирующуюлинзу 4, фотоприемник 5, измеритель 6 напряжения потенциальные провода 7, резистор 8,нагрузки фотоприемника, элементы регулируемой интегрирующей цепи, состоящие из первого9 и второго 10 сопротивлений и магазина 11емкостей. Образец 1 с моделью абсолютно; черного тела 2 подключен к источнику 3 модулированного электрического, тока. Излучение модели абсолютно черного тела 2 с помощью фокусирующей линзы 4 фокусируется на фо. топриемнике 5. Измеритель 6 напряжения подключен к резистору 8 нагрузки фотоприемника. Тонкие потенциальные провода 7 выделяют центральную часть образца, в пределах которой аксиальные градиенты температуры отсутствуют, К этим проводам подключен вход интегрирующей цепи, выход которой присоединен к резистору 8 нагрузки фотоприемника Устройство работает следующим образом.Колебания подводимой к эталонному или исследуемому образцу 1 энергии вызывают колебания его температуры около среднего значения, Колебания светимости модели абсолютно черного тела 2 регистрируются фотоприемником 5 и на резисторе 8 возникает переменная составляющая напряжения Ч, пропорциональная амплитуде колебаний температуры образца 6.Ч =КВ (1) где К - коэффициент пропорциональности(производная выходного напряжения фотоприемника по температуре образца). При одинаковых средних температурахэтот коэффициент для эталонного и исследуемого образцов одинаков, Напряжение Ч отстает по фазе от переменного напряжения наообразце О на 90, Это напряжение компенсируют с помощью регулируемой интегрирующейцепи. Первое сопротивление 9 много больше,чем второе сопротивление 10. Значения пер.вого сопротивления 9 и магазина 11 емкостей10 таковы, что выходное напряжение интегрирую.щей цепи отстает по фазе от входного напряожения на 90 , Напряжение О - это пере.менная составляющая напряжения на образце,входящая в формулу для расчета теплоем 15 кости материала, нагреваемого постояннымэлектрическим током с небольшой переменной составляющейуС = (2 ТО/(,1 Я) вп(Р (2)где гп и С - масса и удельная теплоем 2 О кость образца, соответственно; 1 с - постоянная состачляющая нагревающего тока; О -переменное напряжение (амплитуда) на образце; ы и 8 - циклическая частота и ам.плитуда температурных колебаний, соответственно; ( - сдвиг фаз между переменнойсоставляющей напряжения на образце и колебаниями температуры образца около среднегозначения,Напряжение на магазине 11 емкостей рав 30 но 0/ИСВ (сд В С Я 1), а компенсирующее напряжение на резисторе 8 равноОВ /ЧСВ (В + В ),где В - сопротивлениена резисторе 8; Ви Вз - первое и вто. рое сопротивления соответственно в интегрирующей цепи, а С - емкость в магазинеемкостей.1Приравнивая это напряжение переменнойсоставляющей выходного напряжения фотоприемника и используя формулу (2), полу.чим (зп=1):тС = 21, КСВ( В + В) В(3)Так как величины К, В 1, Вх и В э одинаковы для исследуемого и эталонного образца, отношение их полных теплоемкостей при данной температуре равно(фС) иссл (си С) эг ое СФ/1 о Стз(4) где С и С - значения емкости магазина емкостей, соответствующие компенсации при опытах с исследуемым и эталонным образ-" цом, соответственно: 1 О, и 1 - постоянные составляющие нагревающего тока, при которых средние температуры исследуемого и эталонного образца одинаковы, (гпС)(тС). - теплоемкость исследуемого и эталонного образца, соответственно, Указателемкомпенсации является измеритель 6 напряжения.1193554 Составитель В, БитюковТехред МЛароцай Корректор А. Зимокосов Редактор А. Шандор Подписное Заказ 7309/46 Тираж 896 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москв,а Ж.35, Раушскэя наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 Таким образом, для сравнения теплоем. костей исследуемого и эталонного образцов достаточно измерить постоянные составляю- щие нагревающего тока, при которых достигается равенство температур образцов, и значения емкости конденсатора, соответствующие компенсации, Эти измерения могут быть выполнены в 2 - 3 раза точнее, чем измерения переменных напряжений на образце и на сопротивлении нагрузки фотоприемника.Наиболее подходящим материалом для эталонного образца является вольфрам. При температурах ниже 3000 К его теилоемкость достаточно хорошо изучена, и вольф. рам уже сейчас может служить эталоном теплоемкости при высоких температурах.Таким образом, снабжение исследуемогообразца моделью абсолютно черного тела расширяет возможности модуляционного метода определения теплоемкости, так как позволяет сравнивать температурные колебания образцов с разной величиной спектральной излучательной способности, а замена схемы 10 измерения выходного напряжения фотоприемника компенсационной схемой, условия уравновешивания которой не зависят от амплитуды переменном составляющей тока, нагревающего образец, приводит к уменьшению 15 погрешности определения теплоемкости.