Устройство для определения теплофизических характеристик неэлектропроводных материалов

СООЗ СОВЕТСКИХаавммрм еп 4 ИЖРЕСПУБЛИК 25 Ф КОСУДАРС ПО ДЕЛА ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМ 5.С. Пер юл. М 4рович, Ю иноваиационн ст федоров В.И.теплофизител методом "Теплофизи, т. 1 льство СССР/18, 1979 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(56) 1. Рябинин В.Т.,Исследование комплексческих свойств твердымонотонного нагрева.ка высоких температурР 4, с. 753-760.2. Авторское свидеР 840722, кл. 0 01 Я(прототип),(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК,ЯОА НЕЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее камеру, размещенный в ней и окруженный боковыми и торцо 1 выми экранами водоохлаждаемый индуктор, установленный на керамической плите, внутри которого поме щен нагреватель, выполненный в ви(де двух тел из электропроводного материала .с установленными между ними фиксирующими элементами, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия"определения теплофизических характеристик в широком диапазоне темпе ратур, нагреватель выполнен в виде ,двух стаканов, отверстиями обращенными навстречу друг другу, при этом между стаканами установлено кольцо из термопрочного неэлектро проводного материала.Изобретение относится к исследованию теплофизических свойств твердых неметаллических материалов ипредназначено для определения коэффициентов теплопровоцности и температуропроводности твердых листовых неметаллических материалов.асбопластиков и т.д.) в условияхвысоких температурИзвестно устройство, работающеев области температур 900-2300 Ксостоящее иэ вьдоохлаждаемой вакуум.ной камеры с размещенными в нейрабочим участком и нагревателем,схемы измерений и схемы обеспечения необходимого температурногорежима. Соэдание необходимого тем пературного режима в камере обеспечивается индуктором высокочастотного генератора.ГЛ, выполненнымиз красной меди д изолированнымидруг от друга витками. Между индуктором и радиационным молибденовым нагревателем расположен экранв виде цилиндрической трубки.В молибденовом радиационном нагревателе размещены исследуемый цилиндрический образец и система торцовых экранов. Нагреватель закреп-лен на резьбе в обойме нижнегофланца камеры и фиксируется с помощью контргайки. Сверху и снизуобразца расположены торцовые молибденовые экраны, позволяющие свес.ти к минимуму торцовые потери тепла и обеспечить реализацию одномерного температурного поля в образце.Внутри нагревателя на иглах размещается образец. В центре образцаи на расстоянии 0,707 В от неговыполнены пирометрические каналы.Нестационарные температуры измеряются фотоэлектрическим и фотографическим пирометрами 1 ,Однако данное высокотемпературное устройство не позволяет исследовать теплофизические характеристики листовых композиционных полимерных материалов,Наиболее близким к предлагаемомуявляется устройство, состоящее из.медной испытательной камеры, внутри которой находится медный водоохлаждаемый индуктор, установленныйна керамической плите. Керамическаяплита крепится к верхнему основанию устройства на четырех стержнях.Внутри индуктора на керамическбйплите, имеющей пояса центрации,установлены боковые теплоизоляционные керамические экраны. Нагревательвыполнен в виде двух одинаковыхсплошных цилиндрических тел из высокопрочного графита. Четыре исследуемых плоских образца с зажатымимежду ними. раскатанными термопарамиразмещены в пространстве между теланей и окруженный боковыми и торцовыми экранами водоохлаждаемый ин дуктор, установленный на керамической плите с помещенными в нем нагревателем, выполненным в виде двухтел из электропроводного материалас .Установленными между ними фикси рующими элементами, нагревательвыполнен в виде стаканов, отверстия.ми обращенными навстречу друг кдругу, при этом между стаканами установлено кольцо из термопрочного 5 О неэлектропроводного материала.На чертеже схематично изображеноустройство, разрез.Внутри испытательной камеры,изготовленной из меди, находится медный водоохлаждаемый индуктор 1,установленный на керамической плите 2Керамическая плита 2 крепится к верхнему основанию камеры 3на четырех стержнях 4. Внутри индуктора 1 на керамической плите 2, 60 имеющей пояса центрации, установлены боковые теплоизоляционные керамические экраны 5 и б. Нагреватель7 выполнен в виде двух одинаковыхполых цилиндрических тел из высоко прочного графита, но может быть из 5 1 О 15 20 253035 ми нагревателя. Для приближения условий испытаний к эксплуатационным и для выхода продуктов термодеструкции при нагреве междуисследуемыми образцами и телами нагревателя симметрично установлены фиксирующие элементы, выполненные из керамики в виде колец с 16-ю радиальными отверстиями Для уменьшения искажающего температурного влияния фиксирующих элементов на испытуемые образцы касание осуществляется по линии контакта шириной 0,2 мм. Образ цы с термопарами, фиксирующие элементы и тела нагревателя установлены на нижнем торцовом экране, а све ху установлен также торцовый экран, которые стягиваются вместе с помощью прижимного элемента, установленного в верхнем основании камеры. Термопары выводятся наружу через специальные отверстия в верхнем основании, а для обеспечения инертной среды в процессе испытаний в устрой ство подается аргон 2 .Однако известное высокотемпературное устройство позволяет исследовать лишь температуропроводностьлистовых композиционных полимерныхматериалов,цель изобретения - повышениебыстродействия определения теплофизических характеристик в широкомдиапазоне температур,Указанная цель достигается тем,что в устройстве для определениятеплофизическнх характеристик неэлектропроводных материалов, со , держащем камеру, размещенный вготовлен и из другого электропроводного материала, при этом температура плавления этого материаладолжна быть вьше требуемой температуры нагрева образца на 200-250 фС.Два исследуемых плоских образца 8с установленными внутри них раскатанными до толщины 0,05.мм термопарами 9 размещены в пространствемежду телами нагревателя.В отличие от известного устройства, где используются четыре образца с установленными между нимитремя термопарами, в предлагаемом.используются два образца с установленными в каждом из них на различном расстоянии от нагреваемой поверхности по семь термопар.Для приближения условий испытаний к эксплуатационным и для выхода продуктов термодеструкции принагреве между исследуемыми образцами и телами нагревателя симметрич.но установлены фиксирующие элементы 10, выполненные, например, иэкорунда в виде колец с наружнымдиаметром 50 мм, высотой 4 мм ис 16-ю радиальными пазами. Междуисследуемыми образцами 8 установлено кольцо 11, выполненное, например, иэ корунда с наружным диаметром 50 мм и высотой 10 мм. Дляуменьшения искажающего температур ного влияния фиксирующих элементов10 и кольца 11 на испытуемые образ.цы 8 касание фиксирующих элементови кольца с образцами осуществляется по линии контакта шириной0,2 мм,Образцы 8 с термопарами 9, фик-сирующие элементы 10, кольцо 11 итела нагревателя 7 установлены на.йижнем торцовом экране 12, а сверху - торцовый экран 13, которыестягиваются вместе с помощьюприжимного устройства 14, установленного в верхнем основаниикамеры, Термопары 9 выводятся нару 1жу через специальные отверстия вверхнем основании, а для обеспечения инертной среды в процессе испытаний в камеру подается аргонне показано).При вйсокихскоростях нагревав известной установке, использую"щей индукционный способ нагрева,сначала нагревается наружная поверхность нагревателя, температурана которой значительно опережаеттемпературу в центральной его части, Это приводит к тому, что температурное поле на нагреваемойповерхности образца при высокихскоростях нагрева получается неоднородным.Применение полых цилиндрическихнагревателей, приближенно имитирующих излучение абсолютно черного тела, позволяет получить более однородный тепловой поток, падающийна нагреваемую поверхность.Введение между исследуемыми образцами 8 кольца 11 позволяет счи тать при симметричном нагреве образ.цов условия на их сторонах, обращенных друг к другу, адиабатичными. Выполнение этого условия является обязательным для граничных 1 О условий, необходимых при определении коэффициента температуропроводности и относительного коэффициента теплопроводности. В устройствеотклонения от симметрии нагрева нетак резко сказываются на распределении температуры на обращенныхдруг к другу сторонах образцов Эасчет меньшего влияния образцов другна друге.Камера окружена снаружи ферритовым экраном 15, а на боковые экраны 5 и 6 установлен сверху корундо"вый экран 16. Система регулируемогонагрева состоит из,электронного 25программно-регулирующего и задающего устройСтва 17 (РУ 5-02 М), автоматического электронного регулирующего устройства 18 (РУ 4-16 А), регулирующей термопары 19, установленной на нагревателе 7 и соединенной ЗО с потенциометром 20 (ППР) полупроводникового преобразователя 21высокой частоты, соедйненного с мед.ным водоохлаждаемым индуктором 1,Устройство работает следующим об 35 разом.Водоохлаждаемый индуктор 1., питаемый от полупроводникового преобразователя 21 высокой частоты мощностью 65 кВт и частотой 10 кГц, 40 при включении последнего нагреваетсимметрично расположенные тела графитового нагревателя 7 по заданнойпрограмме. Автоматическая системапрограммного нагрева осуществляетсяс помощью приборов 17, 18 и 20 путем изменения выходной мощности пре.лучая тепловую энергию, нагреваетобращенные к нагревательньак теламповерхности испытуемых образцов 8с заданной скоростью. Испытуемыеобразцы имеют форму круглых пластин диаметром 50 мм толщиной до4 мм. В каждом из них установленыпо толщине на различном расстоянии 55 от поверхности раскатанные спаитермопар, установка которых производится при изготовлении образцов,Координаты расположения термопаруточняются затем с помощью рентге новских снимков образцов.Измерения в процессе эксперимента сводятся к записи во временитемпературы в заданных точках образца. Для этого используют два 5 многоточечных .автоматических элект31059493 Заказ 9822/49 Тираж 873 Подписное Н ИИП ал ППП фйатентф, г,ужгород, ул,Проектна ронных потенциометра КСП, причем каждый иэ них соединен с термопарами одного иэ симметрично расположенных образцов, Таким образом иэ одного эксперимента получают двой, ную информацию. Симметрия нагрева контролируется также с помощью электронного автоматического потенциометра КСП, Выделяемые в процес се нагрева продукты термодеструкции попадают в пространство, ограниченное фиксирующими элементами 10, и удаляются иэ зоны нагрева через радиальные пазы. Для измерения температур до 1100 фС используются хромель-алюмелевые, а до 2000 фС вольф,рамрениевые термопары.Предлагаемое устройство по сравнению с известным позволяет быстро исследовать не только температуропроводность, но и теплопроводность композиционных полимерных материалов в диапазоне температур до 2000 фпри скоростях нагрева до 80 С/с наобразцах иэ листовых материалов,Применение в устройстве полых ци линдрических нагревателей позволяет получить более однородный тепловый поток, падающий на нагреваемую поверхность, что значительноповышает точность получаемых ре зультатов благодаря более точномувыполнению принятых допущений метода, а в результате :;установки между исследуемыми образцами кольцаотклонения от симметрии нагрева 15 не так резко сказываются на распределении температуры на обращенныхдруг к другу сторонах образцов эасчет меньшего влияния их друг надруга, что также повышает точностьполучаемых результатов.