Устройство для определения теплофизических свойств материалов

иПО. еде- ных ГОСУДАРСТВЕННЬЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМГ 1 РИ ГКНТ СССР(71) Казанский государственный униветет им. В.И. Ульянова-Ленина(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕАЛОВ Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам дляопределения теплофизических свойств материалов, например, образцов горных пород при воздействии на них разносного -внешнего и внутрипорового давлений,Известно устройство для измерениятеплопроводности твердых веществ мето-.дом стационарного теплового потока, содержащее автоклав с крышкой, термопары,основной и, охранный нагреватели, холодильник, сильфон герметически соединяющий охранный нагреватель с крышкойавтоклава, пружиненные капилляры длятермопар и токоподводов нагревателей, установленные в отверстиях крышки автоклава и нагревателей,Основными недостатками этого устройства являются, длительность процесса из-.мерения, обусловленная временем выходана стационарный режим: невозможностьопределения всего комплекса теплофизических свойств исследуемого материала; от(57) Использование; в измерительной технике, в частности при определении теплофизических свойств пористых материалов путем воздействия на исследуемый образец разноосного внешнего и внутрипорового давлений. Сущность изобретения: в устройство введена система задания и регистрации осевой нагрузки, подпятник и поршень, входящий в отверстие крышки рабочей камеры, причем подпятник и поршень являются одновременно первым и вторым эталонами, теплопроводность и температуропроводность которых удовлетворяют соотношению, приведенному в формуле изобретения.1 ил,сутствие воздействия на образец внутр рового давления, что не позволяет опр лять теплопроводность образцов гор пород в условиях приближенных к пластовым.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения теплофизических свойств материалов, которое содержит рабочую камеру с крышкой, для эталона, расположенные с зазором для исследуемого образца, окруженном непроницаемой оболочкой, закрепленной на боковой поверхности этало нов, плоский источник тепловых колебаний,помещенный на границе одного эталона с зазором и соединенный через генератор тепловых колебаний с блоком управления и регистрации, две дифференциальные термопары, помещенные каждая в эталоне и подключенные через предварительный усилитель постоянного токак системе управления и регистрации, систему задания давления, один канал которой связан с полостью, образованной непроницаемой оболочкой и торцами эталонов, а второй подключен к рабочей камере (2).Однако, известное устройство не предусматривает воздействия на исследуемый образец разностного давления, что не позволяет определять теплофизические свойства образцов горных пород в условиях сложнонапряженного состояния, характерного для их естественного залегания, и влияет на достоверность получаемых результатов;Цель изобретения - расширение области применения за счет возможности определения теплофизических свойств пористых материалов при воздействии на образец разностнога внешнего и внутрипорового давлений и повышение точности,Поставленная цель достигается тем, что вустройство, содержащее рабочую камеру с крышкой, два эталона, расположенные с зазором для исследуемого образца, окруженном непроницаемой оболочкой, закрепленной на боковой поверхности эталонов, пло .ий источник тепловых колебаний, помещенный на границе первого эталона с зазором и соединенный через генератор тепловых колебаний с блоком управления и регистрации, дифференциальную термопару, помещенную на торцах второго эталона и подключенную через предварительный усилитель постоянного тока к системе управления и регистрации, систему задания давления, один канал которой связан с полостью, образованной непроницаемой оболочкой и торцами эталонов, а второй подключен к рабочей камере, дополнительно введена система задания и регистрации осевого давления, первый эталон выполнен в виде падпятника, второй эталон - поршня, входящего в отверстие крышки рабочей камеры, а теплофизически". свойства эталонов удовлетворяют отношению:1. - 20,Лг, Л 1 7 а 2"а 1 где Ь и а - соответственно, теплопровадность и температуропроводность первого и второго эталонов,Предлагаемое устройство представлено на чертеже.Устройство для определения теплофизических свойств материалов содержит внешний термастат 1, корпус рабочей камеры высокого давления 2 с крышкой, имеющий отверстие для выхода поршня, затвор 3 с предохранительным кольцом 4, крышку 5, струбцину 6, давильный патрон, состоя 5 10 щий из корпуса 7 и поршня 8, манометр 9,индикатор 10, поршень (2-ой эталон) 11 с помещенной в нем дифференциальной термопарой 12, исследуемый образец 13, непраницаемую оболочку 14, плоский источник тепловых колебаний 15, размещенный на торце первого эталона (подпятника) 16, гидравлический насос 17 переменного внутрипорового давления с подводящим трубопроводом и краном 18, манометром 19, предварительный усилитель постоянного тока 20, аналого-цифровой преобразователь 21, миниЗВМ 22,генератор тепловых колебаний 23, гидравлический насос переменного давления бокового абжатия 24 с ранам 25, подводящимтрубопроводом 26 и манометрам 27,Теплофизические свойства материалов,в т,ч, горных пород-коллекторов определя 20 ются на образцах в форме пластины., толщиной от единиц миллимеров до 20 мм.Полуограниченное тело (1-ый эталон) 16 выполняется из фторопласта, обладающегоЛ 1низкими значениями параметрауа 1=0,7810, Втс/(м К), его длина составляз олет 15 мм. Для предотвращения палзучести эталон из фторопласта вмонтирован вднище камеры высокого давления. На торце30 1-го эталона методом напыления нанесенплоский электронагреватель изолированный ат контакта с образцом. Полуограниченнае тело 11 (2-ой эталон) выполнено изнизкотеплапроводной нержавеющей стали35 Л 2 3 05 2( - -- 6,4 10, Вт с " /(м К дл и ною 80 мм,1 а 2Рабочий спай дифференциальной термопары "Храмель-копель" вмонтирован во 2-ойэталон на расстоянии 2 мм от торца, нахо 40 дящегося в контакте с образцом, а холодныйспай расположен на расстоянии, обеспечивающем затухание амплитуды температурных колебаний в эталоне до величины 0,1%от амплитуды температурных колебаний на45 границе контакта с исследуемым образцом.Непроницаемая оболочка 14, в катаруо заключается исследуемый образец 13, изготовлена из термостойкай резины,Осевое давление до 100 МПа на иссле 50 дуемый образец создается давильным патроном и фиксируется манометром 9,укрепленном на давильном патроне. Перемещение поршня 11 регистрируется индикатором 10. Полость камеры высокого55 давления 2 с помощью трубопровода 26 соединяется с гидравлическим насосом высо-кого давления 24 и боковое давление наобразец до 100 МПа, контролируемое манометром 27, создается обжатием его черезнепроницаемую оболочку. Давление в порах исследуемого образца до 100 МПа задается насосом высокого давления 17 и контролируется манометром 19. Камера высокого давления помещается во внешний термостат 1, обеспечивающий равномерный нагрев и термостатирование исследуемого образца в диапазоне температур 20 - 200 С,Генератором тепловых колебаний 23 с помощью плоского источника 15 задаются колебания теплового потока прямоугольной формы фиксированной частоты и амплитуды, По прошествии некоторого времени в системе контактирующих тел возникают периодические колебания температуоы, которые затухают в полуограниченных телах 11 и 16. С помощью дифференциальной термопары 12 изменение температуры преобразуется в электрический сигнал, который после усиления предварительным усилителем постоянного тока 20 переводится в цифровую форму аналого-цифровым преобразователем 21 и вводится в ЭВМ 22. ЭВМ осуществляет управление генератором тепловых колебаний 23 и аналого-цифровым преобразователем 21, а также" производит обработку первичной информации и расчет теплофизических свойств.Устройство для определения тепло- физических свойств материалов имеет широкие функциональные возможности измерений при вариациях осевого и бокового нагружения, внутрипорового давления в исследуемом образце, и хорошие метрологические характеристики. Длина тепловой ячейки в предлагаемом устройстве на 30 О меньше, чем в прототипе, соответственно, меньше и размер внутренней полости рабочей камеры при одновременном расширении функциональных возможностей. В качестве 1-ого эталона могут быть применены другие более эффективные теплоизоляторы, при этом общая длина рабочей камеры еще более уменьшится, а точность определений возрастет.Параллельное многократное проведение измерений на образцах из стекла КВ при всестороннем давлении показывает, что разброс значений теплопроводности и температуропроводности в предлагаемом изобретении на 0,3% меньше, чем в прототипе.Таким образом, предлагаемое устройст во позволяет проводить определение теплофизических свойств пористых материалов при воздействии на образец разностного внешнего и внутрипорового давлений и повышает точность измерения.10 Формула изобретенияУстройство для определения теплофизических свойств материалов, содержащее рабочую камеру с крышкой, два эталона,расположенный сзазОром для исследуемо го образца, окруженного непроницаемойоболочкой, закрепленной на боковой поверхности эталонов, плоский источник тепловых колебаний, помещенный на границе первого эталона с зазором и соединенный 20 через генератор тепловых колебаний с блоком управлейия"и"ре 1 йстрации,дифференциальную термопару, помещенную на торцах второго эталона и подключенную через предварительный усилитель постоянно го тока к системе управления и регистрации,систему задания давления, один канал которой связан с полостью, образованной непроницаемой оболочкой и торцами эталонов, а второй подключен к рабочей ка мере, отличающееся тем,что,с цельюрасширения области применения за счет определения теплофизических свойств пористых материалов при воздействии на образец разноосного внешнего и внут рипорового давления повышения точности,оно дополнительно сбдержит систему задания и регистрации осевого давления, первый эталон выполнен в виде подпятника, второй эталон - поршня, входящего в отвер стие крышки рабочей камеры, а теплофизические свойства эталонов удовлетворяют соотношению1- т - т, - г - т 20Л 1где Л и а - соответственно теплопроводность и температуропроводность первого и второго эталонов.50Тираж Подписноесударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 415