Устройство для измерения тепловой аккомодации газов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРесвубликДата опубликования описания 15,09.82(71) Заявите льский ордена Трудового Красного Знаме государственный университет им. А. М, Горьк(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВОЛ АККОМОДАЦИИ ГАЗОВ следуемого газа Изобретение относитсяк измерительной технике и может быть использовано для исследования процессов теплообмена на границе газ - твердое тело для измерения одной из основных характеристик теплообмена молекул газа с поверхностью - теплового коэффициента аккомодации.Известно устройство на основе метода температурного скачка, содержащее подогреваемую электрическим током металли. ческую нить, помещенную в газовую среду.Коэффициент тепловой аккомодации определяется по измеренному тепловому потоку между нитью и стенками камеры, в которой содержится газ 1,Устройство просто в реализации, но характеризуется низкой достоверностью результатов ввиду того, что измерения производятся при высоких давлениях, а это иСключает возможность контроля поверхности.Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения тепловой аккомодации газов, содержащее вакуумную камеру, внутри которой расположена металлическая нить, подсоединенная своими концами к источнику постоянного тока, измеритель температуры исследуемого газа и блок измерения давления иси температуру нити 2Устройство работает следующим образомВ вакуумную камеру помещается исследуемый газ или газовая смесь. По ртутному5 манометру измеряется давление газа. С помощью моста постоянного тока измеряетсяэлектрическое сопротивление нити, по которому определяется перепад температурымежду нитью и газом, а средняя температураокружающего газа - по платиновому термометру сопротивления, Г 1 о давлению газа,температуре газа и перепаду температурымежду нитью и газом вычисляется коэффициент тепловой аккомодации,Недостатками данного устройства явля 15 ются невысокие точность и скорость проведения эксперимента, что связано с тем, чтоиспользуется большой перепад температуры(более 10 С).Цель изобретения - повышение точностии скоростей проведения измерений.Цель достигается тем, что в устройстведля измерения тепловой аккомодации газов,содержащем вакуумную камеру, внутрикоторой расположена металлическая нить,подсоединенная своими концами к источнику9588794браны включается электрический контакт 3 и нить 2 разогревается от источника тока 4.При этом возникает дополнительный прогиб мембраны за счет теплового расширения нити. Существует однозначная линейная связь температуры нити и дополнительного прогиба мембраны. Электрический контакт размыкается и нить начинает остывать, отдавая тепло в газ. При этом дополнительный прогиб мембраны уменьшается и стремится по величине к основному прогибу, обусловленному давлением газа. Скорость уменьшения дополнительного прогиба мембраны, измеренная в значениях частоты 1.С-генератора через равные промежутки времени от момента размыкания электрического контакта 3 до полного остывания нити используется для вычисления темпа охлаждения нити, по которому определяется величина коэффициента тепловой аккомодации. Ошибка в определении темпа охлаждения не превышает 0,2%.Используя величину давления исследуемого газа, измеренную по основному прогибу мембраны с помощью 1.С-генератора, темп охлаждения нити, измеренной по скорости убывания дополнительного прогиба, выраженной в частотном виде, а также температуру исследуемого газа, определенную независимо (например, по платиновому термометру сопротивления), находят коэффициент тепловой аккомодации по формуле 2 (с+ ) 3постоянного тока, измеритель температуры исследуемого газа и блок измерения давления исследуемого газа и температуры нити, блок измерения давления исследуемого газа и температуры нити выполнен в виде основной и вспомогательной металлических гофрированных мембран, электрического изолятора, растягивающей пружины и 1.С-генератора, причем основная металлическая гофрированная мембрана установлена поперек вакуумной камеры и делит ее на две части, соединена в центре с концом металлической нити, другой конец которой через электрический изолятор и растягивающую пружину прикреплены к торцовой стенке вакуумной камеры, а вспомогательная мембрана устанолена параллельно основной, изолирована от корпуса камеры и электрически соединена с колебательным контуром 1.С-генератора,На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.Устройство содержит вакуумную камеру 1, внутри которой расположена металлическая нить 2, подсоединенная своими концами через электрический контакт 3 к источнику постоянного тока 4, измеритель температуры исследуемого газа (не показан) блок измерения давления исследуемого газа и температуры нити, состоящей из основной 5 и вспомогательной 6 металлических мембран, установленных поперек вакуумной камеры, герметически делящих ее на две части.Основная металлическая гофрированная 30 мембрана 5 в центре соединена с концом металлической нити 2, Вспомогательная мембрана б изолирована от корпуса и электрически соединена с 1.С-генератором 7,Другой конец металлической нити 2 соединен через изолятор 8 и растягивающую пружину 9 с торцовой стенкой корпуса вакуумной камеры 1.Выходной сигнал в виде частоты 1.С-генератора через выход 10 подается на электронно-счетный частотомер и цифропечатающее 4 в устройство (не показаны).Устройство работает следующим образом, Обе части вакуумной камеры откачиваются до глубокого вакуума (10мм рт. ст, или 110 Па). В ту часть камеры 1, где помещена нить 2, напускается исследуемый 4 газ. Давление газа приводит к прогибу мембраны 5 что вызывает изменение частоты 1.С-генератора. Его изменение при изменении давления газа на 1 мм рт, ст. 106 Гц, что позволяет задавать давления 10- 10мм 5 в рт. ст, (0,0133 - 1,333 Па), необходимые для измерения тепловой аккомодации с точностью, не хуже 0,5%. При давлениях исследуемого газа, не превышающих 10 мм рт. ст., существует однозначная линейная зависимость изменения частоты 1.С-генера тора с давлением газа, Частота 1.С-генератора регистрируется по частотомеру, После определения давления газа по прогибу мемгде а - коэффициент тепловой аккомодациизеличина безразмерная;Я - тепловой поток от нагретой нитив газ, Вт/м,гп - темп охлаждения нити, 1 с;р - плотность материала нити, кг/мз;С - теплоемкость материала нити;Дж/кг град;Т - температура газа, К;1 - длина нити, м;г - радиус нити, м;Сч - теплоемкость газа, Дж/кг град;1 - молекулярный вес газа, кг/моль;Мв - число Авогадро, 1/моль;Р - давление газа, н/м;К - постоянная Больцмана, Дж/град.Данное устройство позволяет изменитьосновной параметр теплообмена на границегаз - твердое тело коэффициента тепловойаккомодации с высокой степенью точностии достоверности при минимальных затратахвремени. Оно может быть использовано висследованиях, связанных с быстропротекающими процессами при нейрерывностиизменения термодинамических параметровгаза и состояния поверхности.Устройство состоит из серийно выпускаемых элементов и просто в изготовлении,958879 Составитель Н. Преображенскаяец Техред А. Бойкас Корректор М. ШарошТираж 887 ПодписноеПИ Государственного комитета СССРделам изобретений и открытийМосква, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5П Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 Редактор Н. КиштулиЗаказ 6163/56 ВНИИ п 113035,лиал ПП5Формула изобретенияУстройство для измерения тепловой аккомодации газов, содержащее вакуумную камеру, внутри которой расположена металлическая нить, подсоединенная своими концами к источнику постоянного тока, измеритель температуры исследуемого газа и блок измерения давления исследуемого газа и температуры нити, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и скорости проведения измерений, блок измерения давления исследуемого газа и температуры нити1 О выполнен в виде основной и вспомогательной металлических гофрированных мембран, электрического изолятора, растягивающей пружины и ЕС-генератора, причем основная металлическая гофрированная мембрана установлена поперек вакуумной камеры и делит ее на две части, соединена в центре с концом металли .есной нити, другой конец которой через электрический изолятор и растягивающую пружину прикреплен к торцовой стенке вакуумной камеры, а вспомогательная мембрана установлена параллельно основной, изолирована от корпуса камеры и электрически соединена с колебательным контуром 1.С-генератора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Каминский М. Атомные и ионные столкновения на поверхности металла. М., Мир, 1967, с. 84 - 93.2. КоирЫд 1 з Т. апд Мепге 1 Р. Ассопипода 11 оп о 1 т 11 е Каге базез оп Оеап Типдз 1 еп Япг 1 асез Ве 1 чееп 77 апд 38 К. 1 Вег. Випзепрз РЫзй 74, 512, 1970 (прототип).