Устройство для измерения коэффициента темнературонроводности материалов

31598 описн 1 в ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических РеспубликК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Зависимое от авт. свидетельстваЗаявлено 11 Х.1970 ( 1437170/18-10) МПК и 251 с присоединением заявк Приорит Комитет по делам обретениЯ и открытиЯ ри Совете Министров СССРпубликовано 01.Х ата опубликоватп 71. Бюллетеньописания 23.Х 1.197 УДК 536,2,023(088.8 Авторыизобретения Н. ев, Е. С. Пл Г, Р. Гольд нов, В. В. Курепип, И. ф.г и Ю. В. Алешкевич н,Заявитель енинградский институт точной механики и опти УСТРОЙСТВ ТЕМП ЕРЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕ ОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛО 2 Изобретение относится к области теплофизического приборостроения и применяется для исследования температурной зависимости температуропроводности материалов в диапазоне температур от - 150 до 400 С. 5Известны устройства для измерения коэффициента температуропроводности материалов, выполненные в виде разъемной теплоизоляционной оболочки, содержащие основание с нагревателем, две контактные пластины и три 10 датчика температуры, расположенные в нижней,и верхней контактных пластинах, и свободную термопару.Однако такие устройства имеют ряд недостатков. При многократных перемещениях про исходят обрывы термопар на выходе из рамки, Наличие рамки затрудняет доступ к образцу. Свободная термопара при поднятии верхней контактной пластины часто обрывается, так как образец прилипает к верхней контактной 20 пластине. При охлаждении хладагентом основания с нагревателем возникает неравномерное температурное поле в деталях металлического ядра, что увеличивает длительность охлаждения и расход хладагента, при этом пер вые измерения начинаются с - 80 С.Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что в нем датчик температуры верхней контактной пластины выполнен в виде металлической трубы с армированной фар фором термопарой, укрепленной на основании и контактирующей с верхней контактной пластиноц, в центре которой установлен блокирующий контакт с винтом.Это позволяет повысить надежность устройства и улучшить доступ к образцу.На чертеже показано описываемое устройство, состоящее из основания 1, нагревательного блока 2, внутреннего 8 и наружного 4 колпаков, нижней 5 и верхней 6 контактных пластин, испытываемого образца 7, шести металлических стоек 8 и 9, системы 10 охлаждения водой, системы 11 охлаждения азотом, трубы 12 для выхода азота, втулки И, иглы 14, шайбы 15, цанги 16, винта 17, блокирующего рычага 18, штока 19, колец 20 и 21, верхнего 22 и нижнего 28 колпаков, змеевиков 24 и 25.Устройство содержит разъемную теплоизоляционную оболочку и металлическое ядро, которое крепится внутри кожуха калориметра на стойках 8, 9.В нагревательном блоке 2 размещены спирали электрического нагревателя и система охлаждения, состоящая из двух частей: замкнутой 10 и открытой 11. Первая из них используется для охлаждения ядра водой, вторая - жидким азотом, Жидкий азот сначала лрогоняется по замкнутой системе каналов в блоке 2, а затем пары и неиспарившаяся часть3азота вь)брасываются непосредствешо внутрь колпака 3, значителы 10 ускор 51 процесс О " лаждения и выравнивания темперагурпого по ля ядра. 11 ары азота выходят из ядра через трубу 12 в охранном колпаке теплоизолцпо; ной оболочки.Нагревательный блок 2 и основание 1 с путы винтами. Для улучшения теплового КО- таКГа СОПРИКаеаЮЩИЕСя ПОВСРИОСТ ГЩИГЕЛьно притерты. С целью уменьшения уе ск жидкого азота на стыке блока и оспеа;151,а. прессовапы втулки 13.В нижнюю пластину 5 впаяна стальная шла 11, продетая в отверстие основа:ия. 11 ластина оперта па конуснос Основа шс чсре; шайбы 15 и прикреплена к нему цашой 10. Цанга одновременно пе дает пластис О оворачиваться вокруг оси, предохрапя гермопары от скручивания. Конуспая опора применена для обеспечения подвижности нижней контактной пластины с тем, чтобы опа устанавливалась по поверхности образца,Верхняя контактная пластина 6 на резьбе соединена с внутренним колпаком 3. 11 а верхней контактной пластине смонтировано пр 1- способление для отрыва образца от пластины после опыта, которое состоит из винта 17 и блокирующего рычага 18,Экспериментатор перед тем, как вынуть колпак 3, отводит в сторону рычаг 18 и ввин и 1- вает винт 17, Конец винта надавливает на ооразец и отрывает его от поверхности, 11 ри установке нового образца внешний колпак а пс закрывается до тех пор, пока не будет вьш)шчен винт 17 и рычаг 18 отведен к центру.Давление на образец передается от механизма нагрузки через винт 17 и шгок 9.Контактные пластины разогреваются ог основания 1: нижняя - через воздушш.1 й зазор, а верхняя - через внутренний колпак,3, водящий по скользящей посадке в основанис. Симметричность разогрева обеспечивается пу тем подбора толщины шайо И в процессе:а- стройки калориметра.Детали ядра изготавливают из материала с высокой теплопроводностью.Основание 1, внутренний и наружный охранные колпаки, верхняя контактная пласгина в данном случае изготовлены из дюралюминия, а нижняя контактная пластина - из краспои меди, Для устранения задпров при перемещении деталей из однородного и вязкого материала применены разделяющие кольца 20, 21 из стали 1 Х 18 Н 9 Т. Поля допусков на изготовление сопрягаемых деталей и зазоры рассчитаны с учетом температурных деформаций во всем рабочем диапазоне температур, Стальное кольцо 21 штифтуется к наружному стакану, а кольцо 20 плотно посажено в основание.Для температурных измерений в калориметре используют термопары из нихрома и ко)1- стантана диаметром 0,2 мм. Монтаж термопар постоянный. Места заделки термопар Н, С, В показаны на фиг. 1 крестиками.Термопара В смонтирована в игле, на ко(2) ВВ 1+1 о,=2 1 30 эффективный коэффициент теплообмена на боковой поверхности образца, лграо 1 впг; где критерий Био, О; 21, 1 - -толщина и радиус образца, м; 40 сн= сн; св=св -временные отставания температуры точки С относительно Н и В, сей; поправка на контактное сопротивление и на неидентичность градуировки термопар, сек. Является постоянног прибора и определяется из градуировочного опыта на медном образце; 50 ориентировочное значение теплопроводности образца для данного класса материалов, вт/м град;коэффициент линейно 60 го расширения материал а обр азца 1/град,65 4торую надет охранный колпак 3. Термопара С укреплена в держателе и вставлена в отверстие образца. Держатели термопар В и С крепят к основанию винтами, что дает воз 5:Ожпость многократно использовать термопа.рь 1 при разборке яд 1)а калорих 1 ет 1)а. Термопа.ра Н вставлена в нижнюю контактную пластину 5.Термопары изолированы внутри теплоза щигпой оболочки фарфоровыми бусами. Термопары подведены к выводной колодке, распг)ложепн)1 в нгжпс) колпаке 23, осле ко 1 орой Они ведутся в хлорвиниловых трубках.К элсктроизмерительной семе термопары 15 1.Одкл 1 очепы )ерез блок холодных спаев. Заблоком холодных спаев монтаж ведут медным по Ожльны м проводом.В опыте пзмеряктг запаздывания среднейер)Опары 0)посительно верхней и нижней 20 гср монар1 коэффициент температуропроводности рассчитывают по форъ 1 уле:12а ф -- (1 - с, - а, ), (1)сЮд + "В ООпределяется ориентировочно для данного класса материалов.Теплоизоляционная оболочка выполнена в виде двух разъемных колпаков 22, 23, охлаждаемых водой по змеевикам 24, 25, припаянным изнутри колпаков.Устройство работает следующим образом. Исследуемый ооразецстав на основание 1, прсдвари;зльно подняв колпак 22 и сняв наружный; и внутренний 3 колпаки. Затем в 10 обратной последовательности ставя г внутрен- ниЙ д, наружныЙ 4 колпаки и калориметр закрывают, Включают нагреватель, и ядро калориметра вместе с образцом монотонно нагревается, При этом по средней термопаре следят 15 за уровнем температуры образца и замеряют запаздывание средней термопары относительно верхней и нижней. Расчет коэффициента температуропроводности проводят по формулам (1 - 3),Предмет изобретениЯ Устройство для измерения коэффициента з емпературопроводности материалов, содержащее разъемную теплоизоляционную оболочку, основание с нагревателем, двс коптакгные пластины и три датчика температуры, расположенные в нижней и верхней контактных пластинах, и свободную термопару, отлпчаюцееся тем, что, с целью повышения надежности устройства и улучшения доступа к ооразцу, в исм датчик температуры верхней коптактноЙ пластины выполнен в виде металлической трубы с армированной фарфором термопарои, укрепленной на основании и контактирующей с верхней контактной пластиной, в центре которой установлен блокирующий контакт с винтом,