Устройство для определения теплофизических характеристик материалов

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(И М. Кл.з 6 01 Н 25/18 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(088. 8) Опубликовано 070382. Бюллетень ЙЯ 9 Дата опубликования описанию 07.03,82(71) Заявитель нститу ническо лофизики АН Ук 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСК ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ тносится к теплофиниями может бытья комплексного опрезическйх характеУстройствозическим измеиспользовано дделения теплофристик. Известно устройство для определения теплопроводности жидкости или газа, работающее по принципу тепло" метрического моста и содержащее на.греватель и холодильник, между которыми установлены тепломеры с заданными термическими сопротивлениями и расположена измерительная ячейка для .исследуемого вещества, образо" ванная поверхностью одного из тепломеров и пластикой из высокотеплопро. водиого материала, причем один из тепломеров установлен в контакте с нагревателем и холодильником, а другой - с нагревателем и исследуемой средой,Для определения коэффициента аеплопроводности исследуемой среды устройство погружают непосредственно в эту среду, включают электронагреватель и в стационарном тепловом режи, ме регистрируют термоэдс тепломеров. Коэффициент теплопроводности определяют расчетным путем 1),Недостатком устройства являетсябольшая йродолжительность выхода его на стационарный тепловой режим из-за низких значений коэффициента теплоотдачи при условиях естественной конвекции. Кроме того, конструкция устройства не предусматривает возможность исследовать твердые ма" териалы.Известно устройство для измерения теплопроводности твердых образцов, содержащее эталон и исследуе- мый образец, смонтированные на общем теплоприемнике и контактирующие с ним через тепломеры; кроме того, на противоположных торцах эталона и образца установлены нагреватели, а между эталоном и образцом по высоте расположены тепломеры нулевых сигналов, контактирующие с их боко;выми поверхностями и подключенные к регулятору, управляющему нагревателем образца, а тепломер эталона подключен к регулятору нагревате ля эталона. Принцип работы устройства основан на предположении, что при равенстве предметов температур .в эталоне и образце, .о чем судят по показаниям тепломеров нулевых сигналов, отношение плотностей теплового потока, проходящего черезэталон и исследуемый образец, будетпрямо пропорционально отношению теплапроводностей эталона и образца,что позволит расширить теплопроводность образца па формуле (21.Однако при таком принципе установки тепломеров нулевых сигналов,ани будут генерировать, термоэдс равную нулю талька в случае равенстватеплопровадности образца и эталона,что делает это устройство малопригодным к использованию,Наиболее близким к предлагаемомупа технической сущности являетсяустройство для определения теплофизических свойств материалов, содержащее две термостатируемые камеры,на плоских поверхностях которых ус.тановлены,тепломеры .с размещеннымина их поверхностях датчиками температуры, механизм перемещения и установки термостатируемых камер, иизмерительную схему. Для определения теплопроводности и теплоемкостиисследуемый образец устанавливаютмежду двумя тепломерами, задают требуемый температурный перепад наобразце и в стационарном режиме, по 5 измеренным плотности теплового потоловленная необходимостью в измерениималых изменений температур в прастранстве и во времени, а также конечной толщиной тепломера (тепломеризмеряет в переходном процессе среднеинтегральную па его таляине плотность теплового потока), что вызывает необходимость проведения большого числа тариравачных опытов дляопрецеления постоянных прибора. Цель изобретенияповышение точности определения теплофизических характеристик.Поставленная цель достигается тйм; что в устройстве для определения теплофизических характеристик материалов, содержащем две термо- статируемыЕ камеры, установленные на них тепломеры с датчиками темпе 60 ратуры, и измерительную схему, между тепламерами размещен плоский источник регулируемой мощности, на по-.фверхности которого расположены до ка и перепаде температур на образце определяют его теплоправадность, после этого изменяют уровень термо статирования в обеих .камерах и по суммарному количеству тепла, измеренному тепломерами в переходном режиме да наступления следующего стационарного состояния, а также по из менению средне- объемной.температуры образца определяют теплоемкость (3) .Недостатками этого устройства являются низкая. точность (теплопро р водность в пределах 3 - 4 , теплоемкость в пределах- 7 ),абусполнительные тепломеры, идентичныепервым, и образующие с ними рабочуюи эталонную измерительные ячейки,причем тепламеры рабочей ячейки снабжены одинаковыми по толщине и массе,температуровыравнивающими пластинамииэ листового металла, а тепломеры эталонной ячейки соединены между собой через дополнительную пластину с встроенным в нее датчиком температуры, при этом масса дополнительной пластины равна суммарной массе тем" пературовыравнивающих пластин рабочей ячейки.. На фиг. 1 изображена конструктивная схема измерительной головки устройства; на фиг. 2 - схема монтажа ограничительного кольца при исследо-. вании теплафизических характеристик жидкостей.Измерительная головка устройства (фиг. 1) содержит тепламеры 1 - 4, выполненные с одинаковой чувстаи-.телъностью, равной толщиной и теплафизическими характеристиками, расположенные между двумя термостатируемымн камерами Ь и 6, и раэделеннвщна две измерительные ячейки - рабочую и эталонную - плоским источником 7 регулируемой мощйости (например, пленочным электронагревателем) . Между тепломерами 1 и 2 закреплена дополнительная пластина 8 с вмонтированнымв нее датчиком 9 температуры, исйальзуемым для определения температурйотношения получаемых результатав.На поверхности тепломеров 3 и 4 ус"тановлены температуровыравнивакщиепластинЫ 10, снабженные датчиками 11температуры, используемыми для апределения теплопровадности исследуемогообразца 12 абсолютным методом, при" чем температуравыравнивающие пластины 8 и 10 выполнены иэ одного металла с одинаковой теплоемкастью и тепло раводнастью, а суммарная масса пластин 1 О равна массе пластины 8. для снижения влияния внешних условий на работу устройства она снабжено охранными муфтами 13, контактирующими с боковыми поверхностями тер. - мостатируемых камер 5 и б и подвиж-. но с ними соединенными. Когда требуется определять теплофиэические характеристики жидкости, .между тепламерами 3 и 4 (фиг. 2) устанавливают ограничительное кольцо 14, с известными геометрическими размерами и теплафизическими характеристиками, снабженное капиллярами 15 для ввода вещества в ячейку и удаления газов, а также компенсации теплового расширения исследуемого вещества.Устройство работает следующим образом.устройство позволяет определять теплофиэические характеристики как(обычно на 0,5 - 5 К) к регистрируют во времени изменения сигналов тепломеров до -момента выхода.на новый стационарный режим. 0 йаступленки стационарного режима судят по ра-венству сигналов тепломеров нулю,Величину теплоемкости определяют.по.уравнению: С= -С н Ю)с 1, - .(А 4 е - ВЬР .полученными.нэ реш нкя скетемы урав" йенвйфьй = ЙД,(Зща щ - О,+ Во; (3ЬО. Ее, 1=1 4, )где Л - теплопроводность., и - толщина и Р - площадь исследуемого образцауЯ - суммарное термическое со-противление цепи, состоящей из.двух тепломеров 1и 2, дополнительной власти. ны 8 и части нагревателя(или из двух тепломеров 3и 4, пластин 10 и части нагревателя);я и О, - тепловые потоки, измеренные4тепломерами 1 и 41 45К и 8 - рабочий коэффициент и термоэдс тепломеров (1=1+И;М -,перепад температур между.поверхностью камею.5 клк 6и изотермкческой поверх" 30костью нагревателя 7, в оторой расположен тепловыделяющий элементуА и В - постоянные устройства, определяемые экспериментально цв опытах с эталонными образцамиеДля определения теплоемкости теплокамеры попарно (1 и 2, 3 и 4) Я включают встречно по электрическомутоку и .подключают к приборам, регистрирующим изменение сигналов во времени. В камерах 5 и 6 изменяют температуру термостатирующей жидкости , д е и ократить ента в 1,5 сть испольв 2 абсолютным методом, так.к методом теплового моста.Прк определении теплофнзических характеристик методом теплового моста исследуемый Образец 12 размещают ,между тепломерами 3 и 4. В термостаткруемых камерах 5 и 6 поддерживают . равные температуры, а источником 7 регулируемой мощности задают требуемый уровень теплового потока, пронизывающего образец 12. В стацио- нарном тепловом режиме измеряют сигналы тевломеров 1 и 4 илк тепломеров 2 и 3 и по ах величинам рассчитывают теплопроводность образца 12. Для увеличения чувствительности тепломеры.в 2" а также тепломеры 3 и 4 могут быть соединены попарно ве. Температуру отношения го результата измеряют даттемпературыВеличину коэффициента т :водности исследуемого обра определяют .по Формуле:у ,Уи -нлк. олученными кз решения системы уравений:. С ю (эЮ ) (61где С и в - тенпоемкость.и массаисследуемого образца; .Тв н Тк - начальная и конечная,средвеобъемная температура, измереннаядатчиком 9 температуры в моменты времени Сн и Фрк щ " величина, прямо пропорциональная аккумулирующей способностиизмерительныхячеекф0 Е - постояннаяприбора,определяемая в опатахс эталонными образца-.мнеМетодика измерений упрощается, аточность повьааается, если тепломерыподключить к интеграторам.При измерении теплофкэическкххарактеристик абсолютным методомметоднка определения отличаетсятам, что тепломеры рабочей ячейкивключают дифференциально с тепломе-. рами эталонной.йз анализа формул (1) и (2), а также (4) и (5) следует, что .для определения теплофиэических характеристик ве требуется измерения изменений температур в пространстве и во времеви, что позволяет повысить точность измерений теплопроводности в пределах 1,0 " 1,5и теплоемкос-ти в пределах 1,2 - 2 .Устройство позволяет сремя проведения эксперимраза, что дает воэможыо911275 Формула изобретения Ф У Составитель Л,Свешниковавдактор О,Юрковецкая Техред А. Ач Корректор А,Дзя Подписноекомитета СССРоткрытийская наб д. 4/5 илиал ППП фПатент, г, Ужгород, ул. Проектна зовать его для экспресс- анализатеплофиэнческих характеристик. Устройство для определения теплофиэических характеристик материалов, содержащее.две термостатируемые камеры, установленные на них тепло- меры с датчиками температуры, и измерительную схему, о т л и ч а ю- Щ,е е с я тем, что, с целью повыюения точности определения, между тепломерами размещен плоский источ" ник регулируемой мощности, на поверхности которого расположены дополнительные идентичные тепломеры, образующие с ними рабочую.и эталонную измерительные ячейки, причем аказ 1109/28 Тираж 883 ВНИИПИ Государственног по делам изобретений 113035., Москва, Ж, Ратепломеры рабочейячейки снабженыодинаковыми по толщине и массе температуровыравнивающими пластинамииэ листового металла, а тепломерыэталонной ячейки соединены междусобой через дополнительную пластинус встроенным в нее датчиком температуры, при этом масса дополнительной пластины равна суммарной массетемпературовыравнивающих пластинрабочей ячейки.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 262439, кл. 6 01 В 25/18, 1963,2. Авторское свидетельство СССРР 542954, кл, 0 01 М 25/18, 1973.3. Авторское свидетельство СССРР 347643, кл. 6 01 й 25/18, 1970