Способ измерения теплоемкости материалов

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Соеэ СоветскикСоциапнстичесиикРеспублик(1)М. Кл. С 01 И 2 У 20 3 веудеретецивй кеиетет СССР ве делам нзфбретений и открытийДата опубликования описания 23.05. 82(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИМАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к теплофизическим измерениям физико-химических свойств материалов, в частности к калориметрическому способу измерения теплоемкости материалов, и может быть использовано в различных устройствах преобразования энергии.Известны способы измерения тепло" емкости, например, адиабатический, изотермический, требующее больших временных затрат, непосредственного контакта с образцом исследуемого материала. Поэтому при радиационных испытаниях материалов с их помощью можно измерить теплоемкость материала, либо до облучения, либо после облучения с применением дистанционного уп" равления перемещением радиоактивного образца 1).Недостаток известных способов измерения теплоемкости состоит в том, что они позволяют определять теплоемкость непосредственно в процессе облу чения. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения теплоемкости материалов в процессе их облучения путем определения скорости роста температуры исследуемого образца.По известному способу для измерения теплоемкости материала С в процессе облучения необходимо с помощью квазидиабатического калориметра в одной и той же точке поля излучения при строго неизменной интенсивности излучения измерить скорость роста температуры (3 Т /д 7 ) для эталонного и исследуемого образцов, после чего используя известные соотношения определить С 21Основные недостатки известного способа состоят в том, что измерения С в широком температурном интервале невозможны и облучение практически можно проводить лишь в поле -излучения.3 930087Цель изобретения - расширение тем- ческих условиях регистрируют изменепературного диапазона измерений теп" ния температуры во времени за счет лоемкости в процессе облучения без радиационного разогрева. ограничений на вид излучения и свой- Тогда Р 1 од= С (дТ/дС)(3) ства исследуемого материала. где С - неизвестная удельная теплоПоставленная цель достигается тем, емкость образца во время обчто согласно способу измерения тепло- .лучения при дозе, набранной емкости материалов при радиационном к. моменту измерения; облучении путем определения скорости Р - мощность радиационного тепло- роста температуры образца, последова" О выделения. тельно производят электрический, ра. Компенсационный нагреватель отклю диационный и совместный радиационно- чают, дожида 1 отсФ установления исходэлектрицеский нагревы образца в ади- ного уровня температуры, включают раабатицеских условиях, сохраняя посто- очий нагреватель, задавая мощность янной электрическую мощность при элект,Р (и. 1) и регистрируют в адиабатирицеском и совместном нагревах, а ра" ческих условиях изменение температудиационный и совместный нагревы вы- ры образца в заданном диапазоне. Для полняют в процессе облучения, после повышения точности определения С ве-, чего по измеренным скоростям роста личина Рдолжна превышать значение .температуры определяют отношение ис- рв РрсА не менее, чем в 2 раза. В этом комой теплоемкости С к теплоемкости случаенеоблученного образца С р по формулеР+ Ррсд= С(.ЭТ/дГ) (4)из (3) и (4) следуетР. = С (ЗТ/аг)- (ат/аС)Д(5)Сравнивая (5 и (2), получимгде ( дТ/д 7 )ф,2 " скорости роста температуры образца при элект" рическом, радиационном и совместном Зф радиационно-электрическом нагревах, соответственно, определенные для одной и той же температуры опыта.Кроме того, измерения теплоемкости производят многократно по мере на- Зэ бора образцом дозы облучения.Способ осуществляется следующим образом.1. Производят электрический нагрев образца в заданном диапазоне 1 емпера. 4 ф тур в адиабатических условиях с помощью нагревателя на образце при определенной неизменной мощности Р. В результате получают зависимость Со = :/Т/ и вспомогательную кривую ( бТ/дх)р1/Т/, где Ср - удельная теплоемкость необлученного образца, Т - температура. Здесь имеем Р = Со ( дТ/дТ) (2)2. После внесения образца в поле из. лучения (вид излучения не играет роли с методической точки зрения), стабилизации температурного режима и набара первого иэ заданных значений погло. щенной дозы излучения включают компенсационный нагреватель и в адиабати(6) Здесь все значения производных берутся при одной и той же температуЭре опыта.Отключают оба нагревателя и облучение продолжается вплоть до набора следующей заданной дозы, Операции по пп, 2 и 3 повторяютфя каждый раз.Сам процесс облучения ведется непрерывно.Поскольку при радиационных испытаниях и исследованиях, основной интерес представляет не абсолютная величина теплоемкости С, а ее относительное изменение С/С , погрешность пред. лагаемого. способа получается не более 5 Ф, Если изменение С в заданном диапазоне температур не превышает 15-204, то операция по и. 2, может быть сокращена до измерения только при исходной температуре опыта.В качестве примера выполнения способа измерения теплоемкости материалов рассмотрим определение теплоемкости полиэтилена высокого давления, Образец снабжают рабочим электронагревателем сопротивлением около 100 Ом. Сопротивление компенсационного нагревателя около 200 Ом ( материал нагревателей - констант). Образец с оболочПоказатели 0 100 200 300 400 500 Поглощенная доза, МрадУд. теплоемкостьС, Ди 2,51 2)30 2,26 2,22 2,18 2)18 г. град Формула изобретения Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, уЛ. Проектная, 4 5 93,00 кой связывают батареей из трех дифференциальных термопар. Производят пред" варительный электрический нагрев образца. В связи с тем, что ориентировочное значение Ррадсоставляет 5 : 13 мВт/г, Р выбиралось равным 40 мВт при массе образца около 1 г. Затем образец помещают в эксперимен" тальный канал ядерного реактора, вклю чают компенсационный нагреватель и 1 в измеряют значение ( ЭТ/д Г) = Х(Т) вплоть до температуры 80 С, Отключа" ют нагреватель. После стабилизации Измерения теплоемкости производятся непрерывно в процессе облучения 2 что облегчает эксйлуатацию облучительной установки и дает возможность получить большое количество информации о радиационной стойкости материала.В предлагаемом способе резко уско- З 0 ряется процесс радиационных испытаний, поскольку совмещаются операции облучения и измерения радиоактивных образцов,Способ позволяет автоматически зз поддерживать заданную температуру облучения в течение всего опыта, и без дополнительных детекторов получать данные о поглощенной дозе излучения.В силу того, что все измерения 40 производятся дистанционно, не возникает затруднений, связанных с радиационной опасностью.Кроме того, температурный диапазон измерения теплоемкости ограничен толь.аб ко термомеханическими свойствами применяемых материалов. 50Способ измерения теплоемкости ма" териалов при радиационном облучении путем определения скорости роста температуры образца, о т л и ч а ю щ и й, с я тем, что,.с целью расширенияВНИИПИ Заказ 34 Я/54 87 6температУры образца на уровне 40 ф С включают рабочий нагреватель, устанав. ливают ток, соответствуоий РА = = 40 мВт, и в адиабатическом режиме измеряют ( ЭТ/дГ)= Е(Т) в том же диапазоне температур. Отключат нагреватели и ведут облучение,рбразца до заданных значений поглощенных доэ.По достижении каждой из них изме"рения теплоемкости повторяют. Результаты измерений при 50 С при".ведены в таблице. 1температурного диапазона измеренийтеплоемкости, последовательно производят электрический, радиационныйи совместный радиационно-электрический, нагревы образца в адиабатическихусловиях, сохраняя постоянной электрическую мощность при электрическоми совместном нагревах, а радиационный и совместный нагревы выполняютв процессе облучения, после чего поизмеренным скоростям роста температуры определяют отношение искомойтеплоемкости С к теплоемкости необ"лученного образца С по формулеС/со ГЪс 7 эг - Т агТас)фгде ( дТ/дГ)о 1 1,( - скорости роста температуры образца при электрическом, радиационном и совместномрадиационно-электрическом нагревахсоответственно, определенные для одной и той же температуры опыта.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Кириллин В, А. и Шейндлин А. Е,Исследования термодинамических свойстввеществ. И., ГЭИ, 1963, с. 217.2, Изотов 6. П Платов А. И. Доэиметрия ионизирующих излучений, Таш"кент, изд-во ФАИ, 1976, с, 153-158