Устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов

-25Бюл. 9 21и В. К. Битюковинститут радиои и автоматикиемператур АН СС8) ехни- Инс- Р е 0 динен с регулир которог синусои частот. УДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(56) 1. Филиппов Л.П. Измерение тепловых свойств твердых и жидких металлов при высоких температурах. М., Изд-во МГУ, 1967, с. 326.2, Витюков В.К. Радиационно-кон" дуктивный перенос энергии в плоском слое конденсированной среды. Дис.на соиск. учен. степени канд. техн. .наук. М., ИВЖН, 1981 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее последовательно соединенные измерительно-регулирующий блок, тиристорный блок и трансформатор., в цепь вторичной обмотки которого включен плоский нагг ревателЬ, контактирующий с образцом о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешности опре деления материалов с низкой теплопроводностью, устройство дополнител но содержит выпрямитель со сглаживающим фильтром, делитель напряжени и генератор синусоидальных сигналов инфранизких частот, при этом параллельно нагревателю подключен выпрямитель .со сглаживающим фильтром, параллельно которому включен делитель напряжения, выход которого со первым входом измерительноющего блока, второй входсвязан с выходом генератоальных сигналов инфраниэкиделение коэффициента температуропроводности неметаллических материаловосуществляется с большой погрешнос-.тью, значительно влияющей на точность. определения искомой величины.Например, 37-ная погрешность в определении. излучательной способностинагревателя приводит к 257.-ной погрешности определения коэффициентатемлературопроводности,Цель изобретения - уменьшениепогрешности определения коэффициента температуропроводности материалов,Поставленная цель достигаетсятем, что устройство для определениякоэффициента температуропроводностиматериалов, содержащее последовательно соединенные измерительно-регулирующий блок, тиристорный блоки трансформатор, в цепь вторичнойобмотки которого включен плоскийнагреватель, контактирующий в процессе .измерения с образцом из исследуемого материала, дополнительно содержит выпрямитель со сглаживающимфильтром, делитель напряжения игенератор сннусоидальных сигналовинфранизких частот, при этом параллельно нагревателю подключен выпрямитель со сглаживающим фильтром,параллельно которому включен делитель напряжения, выход которого соединен с первым входом измерительно"регулирующего блока, второй входкоторого связан с выходом генераторасинусоидальных сигналов инфранизкихчастот. Дополнительное введение в известное устройство выпрямителя со сглаживающим фильтром, делителя напряже+ ния, генератора синусоидальных сигналов инфранизких частот и их соответствующее соединение позволяет реализовать автоматическую систему с обратной связью, обеспечивающую уменьшение погрешности определения коэффициента температуропроводности не- металлических материалов, благодаря синусоидальной форме (с высокой точностью) греющего образец теплового потока с периодом порядка (5-100) с. Существующими средствами, широко используемыми при исследовании свойств высокотеплопроводных материалов, например металлов и их сплавов, модуляционный нагрев по синусоидальному закону с периодом выше 1 с осуществить практически невозможно. 1160291 гИзобретение относится к областиопределения теплофизическнх свойствнеметаллических материалов, в частности к устройствам для определениякоэффициента температуропроводностинеметаллических материалов, и можетбыть использовано в химической,электронной, электротехнической идругих отраслях промышленности,Известно устройство для определе Ония коэффициента температуропроводности материалов, содержащее воль- ффрамовый спиральный, катод, располагаемый параллельно плоскому образцуисследуемого материала, и фотоэлектрический блок измерения температуры,установленный со стороны ненагреваемой поверхности образца 11 1.Недостаток этого устройства дляопределения коэффициента температуропроводности материалов состоит втом, что определение искомой величины осуществляется с большой погрешностью, так как при практическомосуществлении устройства не в полной р 5мере реализуются граничные условиятеоретической модели задачи.Наиболее близким к изобретениюпо технической сущности и достигаемому результату является устройстводля определения коэффициента температуропроводности неметаллическихматериалов, содержащее последовательно соединенные измерительно-регулирующий блок, тиристорный блоки трансформатор, в цепь вторичнойобмотки которого включен плоскийнагреватель, контактирующий в процессе измерения с образцом из исследуемого материала. В процессе эксперимента измеряют температуру нагрева 40теля и разность температур на образце исследуемого материала известнойтолщины. После чего, привлекая информацию о показателях преломления45и поглощения системы нагреватель -образец - холодильник, решают обратную задачу теплопроводности, а иско"мую величину определяют по формулеЛй: - 50угде а - коэффициент температуропроводности;Л - коэффициент теплопроводностис - удельная теплоемкость; 55у - плотность материала 1.2 1.Основной недостаток известногоустройства состоит в том, что опреПрименение механических способов модуляции приводит к искажению синусоидальной формы питающего напряжения и, как следствие, к необходимости выделения основной гармонической составляющей при температурных измерениях.На чертеже показана схема устрой. - ства.Устройство для определения коэффициента температуропроводности неме- . таллических материалов состоит из последовательно соединенных измерительно-регулирующего блока .1, тиристорного блока 2, трансформатора 3, в цепь вторичной обмотки которого включен плоский нагреватель 4, контактирующий в процессе измерения с двумя образцами 5 из исследуемого/материала, выпрямителя 6, вход которого подключен .параллельно нагревателю, а выход соединен через сглаживающий фильтр 7 и делитель напряжения 8 с первым входом измеритель- но"регулирующего блока 1, второй вход которого связан с выходом генератора 9.Устройство работает следующимобразом.1С помощью измерительно-регулирующего 1 и тиристорного 2 блоков напряжение питающей сети подается с частотой Х на трансформатор 3, в цепь вторичной обмотки которого включен плоский нагреватель 4, находящийся в тепловом контакте с двумя образцами 5 исследуемого материала. Для проведения автоматического регулирования заданного теплового режима напряжение с нагревателя 4 подается на .выпрямитель 6, после чего сглаживаются пульсации напряже. ния фильтром 7 и с одного из резисторов делителя 8 постоянное напряжение подается на первый вход измерительно-регулирующего блока 1, на второй вход которого подается синусоидальное напряжение инфраяизкой частоты с генератора 9. После установления теплового режима измеряется иа нагреваемой поверхности образца разность фазы между напряже-. нием питания и температурой этой поверхности, после чего коэффициент температуропроводности определяется из соотношения где Ч . - разность фазы между напряжением питания и температурой. ненагреваемой поверхности образца;.Й= б" щ/ю о - толщина образца; П р и м е р. Полосовой зигэаго образный нагреватель, изготовленныйиз нихромовой фольги толщиной50 мкм, устанавливают между двумяплоскими образцами исследуемого материала, на ненагреваемых поверх 20 ностях которых закреплены хромельалюмелевые термопары. В качествеизмерительно-регулирующего блокаиспользуют высокоточный регулятортемпературы ВРТ, а в качестветиристорного блока - тиристорныйусилитель типа Ус тиристорнымустройством типа БТи трансформатор ОСУ. Трансформатор служит какдля понижения напряжения питания, 30 так и для электрической развязкисиловых и измерительных цепей. Постоянное напряжение отрицательнойобратной связи с делителем напряжения поступает на измерительно-регулирующий блок. В этот же блок с генератора типа Гбподается переменное напряжение инфранизкой частоты. В измерительно-регулирующемблоке переменное напряжение генера О тора складывается с напряжением внутреннего задатчика блока. Постоянноенапряжение, устанавливаемое задатчиком измерительно-регулирующего блока, дает средний уровень питающего 4 у напряжения, а переменное напряжениегенератора устанавливает глубинумодуляции.Устройство обладает достаточным о быстродействием для создания модуляции с периодом порядка десятков секунд и высокой точностью поддержания напряжения на нагревателе. Напряжение на нагревателе поддерживается 55 с погрешностью, не превышающей 0,1.Коэффициент гармоник модулированногонапряжения не превышает 1-23. Дрейф" температуры образца рои отсутствии1160291 ПИ Заказ 3744/40 Тираж 897 Подписн нлиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 модуляции в худшем случае О, 1 Е в минуту.Для регистрации экспериментальных параметров используют два вольтметра; один типа Ф(для измерения температуры) и второй типа А (для измерения напряжения на нагревателе). Регистрацию данных проводят на цифропечатающем устройстве типа Щ 68000 К. Вольтметры и цифропечатающее устройство включают генератором, вырабатывающим одновременно импульсы запуска вольтметров, работающих в ждущем режиме, и задержанный на 50 мс импульса запуска цифропечатающего устройства.На установке проводят определение коэффициента температуропроводности образцов магнезиального бетона. Измерения выполняют в диапазоне температур 473-1373 К Погрешность определения коэффициента температуропроводности неметаллических материалов 5 складывается из погрешности о ределения тощщины образца (1-27), разностифазы (0,5-13) и частоты (менее 0,1%).Суммарная погрешность определенияискомой величины не превышает 471 О Использование предлагаемого устгройства для определения коэффициента температуропроводностн неметаллических материалов позволяет. уменьшить погрешность определения искомой 5 величины с 10-203, присущую известному устройству,до 4%. Это, в свою.очередь, позволяет более точно выполнять тепловые расчеты аппаратовразличного назначения.