Устройство для определения теплопроводпости

Союз Советских Социалистических РеспубликтСх Зависимое от авт, свидетельства М -Заявлено 20.Х.1969 (Лв 133277118-10) МП 1, 6 0 п 25 18 с присоединением заявки М -Комитет по делам Приоритет -изобретений и открытий при Совете Министров СССРОпубликовано 22.Х 11,1970, Бюллете)ь Ло 2 за 19Дата опубликования описания 5.17.191 УДК 536.21 (088.8) Авторыизобретения Ю, Р. Чашкин, В. Л. Ждацович и В. П, Подрезав Заявитель УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПГОВОДНОСТИТВЕРДЫХ ТЕЛ Изобретение относится к области теплофизических измерений.Известны устройства для измерений тецлопроводности однородных твердых тел абслютпым методом стационарного продоль:)ог: зтеплового потока.Известные устройства для определениитеплоцроводности содержат нагревательразца, тецлоприемник, теплопровод от тсплтприемника к хладоагенту, термочузствит,л),- )сшяе элементы для измерения разности температур концов образца, радиационный акрац тсрмостатирующий экран с расположен;ы;11)а нем нагревателем.Во всех существующих устройствах тсмг)сратуры и распределение температур цо ра)диационным экранам значительно (1 - 10 К:оолее) отличаются от температур и распределения температур по образцу и нагрсзатслзьВ этом случас Ос:явной вклад в теплзы,потери дает тецлоомец из 1 чением.с.)лОцьипотери излучеш)ем в существующих устройствах могут достигать значительных вели 11,и, как правило, не учитываются,Целью настоящего изобретения является 25уменьшение погрешности определения коэффициента теплопрозодцости однородных твердых тел абсолютиьз методом стационарногопродольного теплового потока в диапазостемператур 4,2 450 К.30 Зто достигается тем, что в предлагаемом устройстве радиационный экран из высокотеплопроводного материала, например меди или серебра, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндров, снабжен нагревателем, установленным коццснтрично с ),агревателем ооразца, и теплопровод выпол;)еи в виде ии- ЛИЦДРИЧЕС),Ой оЛохи,И ИЗ З)ЯЛОТЕП:)ОПРОВОД- ного материала, например нержавеющей стали, заполненнои теплоооъ 1 ецн 1 з газом, ц)1- зримср гслцсм, с:)еремсццым,егулирусмым Д 11 ЗЛЕНИСЗ. тта фцг, 1:)зображецо оц;)сьц 1)емое устройство: на фиг, 2 коцструк:ця тсплопрозола.Ъ стооиство состоит из 0 ра)зиа 1зажато .;, црц помощ;1:итеи(например, цз кацро;я,:слона) и регулировочньх винтов между 1)а;рсзатслсм 6 о 1;,;а:ц)1 и тенг:)рисмци);ом . Оорязсц 1 Окрхжен радиационными экпацам) д, 6 с собствс:1:Ыз цагревятелез 7, кдтор 1.1 е имеют длину 1, рявцую длине р,)зця Ь и выполнены из высокотеплопровод;)ого тоцкостс: ного материала (например медь, серебро). Внутре:ние и внешние позерхности радиационных экранов;7, 6, нагреватели 7, поверхности теплоприемника 4 и нагревателя т Образца посереорсш и отполирова:ы для умецьшс)п)я теплообмеца излучением (сслцобразец поддается полировке, его желательно отполировать),Экраны рясполокены максимально Олизкок поверхности образца 1 и имеют такую жегеометрическую форму сечения, как и образец. 1-1 агреватель 3 окружен со всех сторон,кроме стороны, контактирующей с образцом 1, нагревателем 7 радиационных экранов, температуру которого поллерживаютравной температуре нагревателя 3 и контролируют ее при помощи двух или многоспайной дифференциальной гермопары Ь.В нагревателе 7 радиационных экранов5, б и в теплоприемцике 4 расположены образцовые (или лабораторные) термометрь 1 9 г 6сопротивлен 11 я типа ТСГ или ТСПН. Термостатирующий экра 1 10 (поверхности экранасереорятся и полируются), имеющий свой напреватель 11, находите в тепловом контактес теплоприемником 4,20Между теплоприемником 4 и фланцем вакуумной камеры 12 расположен теплопровол13, представляющий собой устройство цилиндрической формы с оболочкой 14 из малотеплопроводцого материала, например из нержа 25веющей стали (см. фиг. 2), Внутренняя полость теплопровода представляет собой дваблока тонкостенцых цилиндров 15 из материала с высокой теплопроводцостью, например из меди, размещен;1 ых с минимальным30зазором между собой и закрепленных попеременно на 1 гижнем 1 б и верхнем 17 фланцахтеплопровода, Теплопровод заполняется теплообменным газом, например гелием, полдавлением в пределах 5 10 -2 - 760 торр, через капилляр 18. Все устройство крепится кв 1 утренней поверхности фланца вакуумнойкамеры 12, которая помещена в сосуд Дьюара, наполненный хлалагентом, например жидким гелием, водородом, азотом и т. и.Устройство, помещенное в вакуумную камеру 12 криостата, принимает температуру,близкую к температуре хлалагента. В акуумной камере поддерживается давление до5 10 - 6 торр, 46При помощи нагревателей 3, 7 устройствовыводит:я в нужную область температур.Температура нагревателя 7, при помощи регулирования тока через сопротивление нагревателя поддерживается равной температуренагревателя 3 образца, контроль осуществляется при помощи дифференциальной термопары 8. Температуру нагревателя 7 и теплоприемника 4 измеряют образцовыми илилабораторными термометрами 9 сопротивления. Радиационные экраны 5, б и образецимеют одинаковую длину, располоке 1 цы наодинаковых уровнях и,имеют строго одинаковую температуру концов, что приводит (с учетом хорошей теплопроводности материала60экрана для,пренебрежения тепловыми потерями от экрана наружу по сравиению с потоком тепла по экрану от нагревателя 7 к теплоприемнику 4) к самопроизвольному установлению ца них одинаковых градиентов тем перятуры В стационарном ре 1 с 11 ме, ЭТО Ооеспечиваст сущеспве 1 ное уменьшение теплообмена между экраном и ооразцом.Внутренний экран 5 лля дальнейшего уменьшения теплообмена излучением меж 1 у ним и образцом 1 расположен максимально близко к образцу, Внешний экран б служит для минимизации теплооб медина между внутренним экраном 5 и окружающим простран ством, т. е. лля обеспече:1 ия строго одинаковых градиентов температуры но образцу н внутреннему экрану по всей цх длине. Термостатирующий экран 10 с самостоятельны;1 нагревателсм 11 прелназначается лля уменьшения теплообмена излучением между измерительной частью устройства и поверхностью вакуумной камеры 12, имеющей температуру хладагента, и позволяет обеспечить оп 1 нмалные режимы измерений во всем диапазоне температур за счет уменьшения уровня мощности, выделяемой на нагре 1 вателях 3, 7, уменьшение возможных гралиентов температуры по нагревателям 3, 7 и т. л.Теплопровод 13 предназначен лля задания температуры теплоприемцика 4 и для осуществленся возможности измерений как пр 1 минимальных температурах (близких к температуре хлалагента), так и при максимальных (т, е. вплоть до 450 К).Внутреннее пространство теплопровода 13 для осуществления измерений при минимальных температурах заполняется теплообменным газом, например гелием, при требуемом давлении (до 760 торр), что обеспечивает достаточно большую теплопроволность теплопровода, т, е. минимальную разницу температур тсплоприемника и хлалагента. При максимальных температурах теплообменный газ из теплопровода откачивается ло давления 10 торр, что приволпт к суще твенному уменьшению теплопроводности теплопровода (практически остается лишь теплопроволно:ть тонкостенной оболочки 14 из мялотсплопроводного материала) и, слеловдтельнО, 1 с уменьшению расхода хлалагента при сохранении оптимальной лля измеве 11 И величин;1 гралиецта температуры по образцу.При промежуточных температурах давление в теплопроводе задается та 1 сим, чтооы осуществить оптимальные режимы опытов.Расчст теплопроводности произволится по известной формуле гле Я - поток тепла, проходящий в единицувремени через образец;1 о - длина образца;5 - площадь поперечного сечения образца;Т - установившаяся разность температур на всей длине образца.Характеристики образца lо и 5 известны до опыта,Размеры радиационных экранов, теплоив и Составитель В. С. АгаповаРедактор С, И. Хейфиц Техред Л. Я, Левина Корректор Т. А. Абрамова Изд. М 96. Заказ 38/29ЦИИИПИ Комитета по Тираж 473 1 ал изобретений и открытш Москва, Ж, Раушская иа Подписное Мннистрсв СССРврп Сове4,5 ип, Х к. фил. пред. .Патент приемника, нагревателя радиационных экранов, нагревателя образца, термостатирующего экрана, теплопровода выбираются с учетом теплопроводности измеряемого образца, его длины и диаметра. Устройство для определения теплопроводности твердых тел, содержащее термочувствительные элементы, натреватель образца, расположенный концентрично с образцом радиационный экран, окруженный термостатирующим экраном, находящимся в тепловол контакте с теплоприсмником, соединенным с фланцем вакуумной камеры теплопроводом, о 1 тшчаОшееся тем, что, с целью повышения точности, радиационнып экран из высокотеп- лопрозочнОГО латернала, например меди 1 л:1 серебра, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндров, снабжен нагревателем, установленным концентрично с нагревателем образца, и теплоровод выполнен в ниде цилиндрической оболочки из малотеплопроводного материала, например нержавеющей стали, заполненной теплообмснным газом, например гелием, с переменным регулируемым давлением.