Устройство для определения тепло-вых свойств материалов

О П И С А Н И Е)819662ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскинСоциалистическиеРеспублик(72) Авторы изобретения С. А. Николаев, Н, ф. Егоров и Н. Г. Николаева Казанский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственный университет им. В, И. Ульянова-Ленина(54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯТЕПЛОВЫХ СВОЯСТВ МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам для определения тепловых свойств материалов, и может быть использовано в нефтедобывающей, строительной промышленности.Известно устройство для определения тепловых свойств материалов, содержащее образец с двумя измерительными датчиками температуры и плоский источник тепловых колебаний, расположенных с торца образца 1,Однако данное устройство имеет большую погрешность определений от монтажа к монтажу измерительных датчиков температуры в образцах, измерения проводятся на образцах больших размеров, вводятся дополнительные устройства, устраняющиеконвекцию при измерении материалов в жидком и газообразном состояниях, усложнены измерения, так.как используются два изме)рительных датчика температуры.Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство, в котором между двумя идентичными образцами в форме пластин помещен плоский источник тепловых колебанийсоединенный 2с генератором, задающим эти колебания, а.два измерительных датчика температуры находятся на свободных поверхностях образцов и соединены с регистрирующим блоком 2.Однако данное устройство имеет большую погрешность определений за счет конвективного и лучистого теплообмена с поверхностей образцов, особенно при определении тепловых свойств материалов с низкой теплопроводностью, при проведении оп 1 о ределений в среде с атмосферным или болеевысоким давлением, при температуре выше комнатной, от монтажа к монтажу измерительных датчиков температуры на свободных поверхностях образцов, в силу неидентичности образцов, особенно при измерении гетерогенных сред таких, как горные породы, строительные материалы и т.д., усложнены определения тепловых свойств, так как необходимо два идентичных образца, два измерительных датчика температуры. Данное устройство неприменимо для определения тепловых свойств материалов в жидком и газообразном состоянии вещества.Целью изобретения является повышение точности определения тепловых свойств3 .819662 материалов при разЛичных фазовых состояниях и переходах из одной фазы в другую.Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее термостат, плоский источник тепловь 1 х колебаний с генератором тепловых колебаний, измерительный датчик температуры с регистрирующим блоком, введены два полуограниченных тела с известными и равными тепловыми свойствами, между которыми расположен образец, плоский источник тепловых колебаний помещен на границе контакта образца с од о ним полуограниченным телом, измерительный датчик температуры расположен в тепловой емкости на границе контакта образца с другим полуограниченным телом. Причем измерительный датчик температуры представляет собой дифференциальную термопару, рабочий спай,которой помещен в тепловую емкость, а холодный - на торце нолуограниченного тела. 4Задание колебаний. теплового потока прямоугольной формы, фиксированной частоты и амплитуды осуществляется генератором тепловых колебаний 13, состоящим из кварцевого генератора, делителя частоты, коммутационного блока и блока питания источника тепловых колебаний.Запись информации от датчика температуры производится цифропечатающим устройством 14 с цифрового вольтметра 11 после усиления сигнала усилителем постоянного тока 10. Для обработки результатов определения тепловых свойств на ЭВМ осуществляется кратное количество измерений в периоде колебаний теплового потока вольтметром за счет синхронизации от генератора тепловых колебаний.Применение регулярного режима третьего рода позволяет повысить точность определений тепловых свойств материалов в ши-.роком диапазоне температур, что является необходимым для исследования тепловых свойств при фазовых переходах широкого класса веществ. В отличие от известных устройств введение полуограниченных тел с известными и равными тепловыми свойствами увеличивает точность определений, так как исключаются трудноучитываемые лучистый и конвективный теплообмен с поверхностей образцов, и позволяет использовать образцы в форме тонких пластин и пленок с толщиной от единиц до десятых долей миллиметра, что особенно важно при определении тепловых свойств материалов в жидком и газообразном состоянии или в их композиции с твердым телом, то есть гетерогенных сред. Кроме того, введение тепловой емкости дает возможность устранить локальные неоднородности теплового контактного З 5 сопротивления, а расположение холодногоспая дифференциальной термопары на торце полуограниченного тела компенсирует постоянную составляющую теплового потока, что в конечном счете увеличивает точность определения тепловых свойств материалов.46 Метрологические исследования на экспериментальном образце устройства для определения тепловых свойств показали, что случайная погрешность при постоянной тем пературе на эталонных образцах не более1/О, а погрешность определений тепловых свойств в температурном интервале от в 1 до +300 С на эталонных образцах, аттестованных во ВНИИМ, не хуже погрешностиаттестации, то есть 3%,50 формула изобретения На чертеже приведена блок-схема устройства.Устройство включает теплоизоляционный слой 1 термостата, криогенный холодильник 2 термостата, корпус 3 термостата, нагреватель 4 термостата, полуограниченные тела 5, плоский источник 6 тепловых колебаний, образец 7, тепловую емкость 8, дифференциальную.термопару 9, предварительный уси литель 10 постоянного тока, цифровой вольтметр 11, радиоэлектронную систему 12 регулирования и управления термостатом, генератор 13 тепловых колебаний и цифропечатаюшее устройство 14.При опоеделении тепловых свойств твердых сред или гетерогенных сред образец выполняется в форме пластины толщиной порядка единиц миллиметра, а в случае измерения тепловых свойств жидкостей или газов используется специальный контейнер,Полуограниченные тела представляют со, бой эталонный материал с известными и равными тепловыми, свойствами, причем выполняется условие полуограниченности в тепловом смысле, то есть затухание амплитуды тепловых колебаний на торце этого тела должно составлять 0,1% от амплитуды на границе контакта с образцом.Полуограниченные тела выполнены из плавленного кварца в форме цилиндров диаметром 30 и длиной 60 мм.Плоский источник тепловых колебаний выполнен методом напыления нихрома на торец полуограниченного тела, В тепловую емкость (медная пластина толщиной 0,2 мм) вмонтирован рабочий спайдифференциальной термопары (медь - константан), а холодный спай расположен на торце полуограниченного тела. Пакет из образца и полу- ограниченных тел поджи мается винтовым прессом и помещается в термостат, температура которого регулируется с помоьцью радиоэлектронной системы 12 от - 100 до +300 С. Устройство для определения тепловых свойств материалов, содержащее термостат, плоский источник тепловых колебаний с генератором тепловых колебаний, измерительный датчик температуры с регистрирующим блоком, отличающееся тем, что, с целью по819662 Составитель В.ехред А. Бойкасираж 907 севаКорректор Е. РошкПодписноеета СССРрытийнаб., д. 4/5Проектная, 4 Редактор О. филипповаЗаказ 1257/21ВНИИП И Гос по делам 13035, Москва лиал ППП Патдарственного коми изобретений и от Ж - 35, Раушская нт, Г. Ужгород, у вышения точности определения тепловых свойств материалов при разных фазовых состояниях и при переходе из одной фазы в другую, оно содержит два эталонных тела с зазором между ними для исследуемого образца, причем толщина которых выбрана таким образом, чтобы амплитуда тепловых колебаний на торцах этих тел была меньше 0,1% амплитуды на нагревателе, плоский источник тепловых колебаний, помещенный на границе эталонного тела с зазором, измерительный датчик температуры, представляющий собой дифференциальную термопару, рабочий спай которой помещен в у 2 д ЮЮУ медную пластину, расположенную на границе зазора с другим эталонным телом, а холодный спай - на торце этого тела. Источники информации,5 принятые во внимание при экспертизе1. Филлиппов Л. П. Исследование теплопроводности жидкостей. М., издательствоМГУ, 1970, с. 08 - 120.2. Юрчак Р, П. Установки для комплексных измерений теплофизических свойств40 диэлектриков, Заводская лаборатория,Металлургия, 19,12, т. 37, с. 1514 -1516.