Способ определения теплофизических свойств материалов и устройство для его осуществления
Похожие патенты | МПК / Метки | Текст | Заявка | Код ссылки
Текст
СОЮЗ СОВЕТСНИХюаелаюесиикРЕСПУБЛИК Ю Ш) 14 С 01 И 25/18 Т ГОСУДАРСТВЕННЬ 1 Й КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЗОБР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Опытное конструкторско-технолегическое бюро с опытным производством Института металлофизики АН УССР(72) В.В.Гетьман, Н.Е,Синицкийи А.Г.Олейников(56) Филиппов Л.П. Измерение тепловых свойств твердых и жидких металлов при высоких температурах. МГУ,1967, с. 132-141.СопрунюкМ.П., Коваль Л.А.,Цыбульский В.С, Амплитудно-фазовыеизмерения в диапазоне инфранизкихчастот. Киев; Наукова думка, .1983,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОИСТВ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к областитехнической физики и может быть использовано для комплексных измерений теплофизических свойств материалов (теппоемкости, теплопроводности и температуропроводности) в широком диапазоне температур. Целью изобретения является повьппение точностиопределения ТФС материалов и расширение функциональных возможностейустройства. На рдну из поверхностейплоского образца в виде неограниченной пластины воздействуют перио"дическим тепловым потоком, Измеряютего амплитуду и амплитуду колебанийтемпературы и ее среднее значениена противоположной нагреваемой поверхности образца. По измеренным значениям рассчитывают искомые свойства материала. Величину сдвига фазыколебаний температуры на поверхности, противоположной нагреваемой, относительно колебаний теплового потока поддерживают постоянной путем изменения частоты колебаний теплового потока на величину ЬМ = = 5,76/( 7,3 у - 11,46 - 0,11)."1 ц. Устройство содержит источник теплового потока, модулятор-теплового потока, первый вход которого соединен с первым выходом источника теплового потока, формирователь, первый выход которого соединен с вторым входом модулятора, вакуумную камеру, оптически связанную с выходом модулятора и имекпцую резистивный нагреватель, соединенный с блоком ав- С, томатического программного управле-ния температурой, с датчиком температуры образца, измеритель фазы и амплитуды соединен с выходом датчика температуры и с вторым выходом формирователя, а регистратор соединен с первым выходом измерителя фазы и амплитуды, Оно дополнительно снабжено измерителем теплового потока и оптимизатором, причем вход измерителя теплового потока соединен с вторым выходом источника теплового потока, а выход - с третьим входом измерителя фазы и амплитуды, вход оптимизатора - с вторым выходом ,Эь измерителя фазы и амплитуды, а первый и второй выходы - соответственно с входом формирователя и вторым входом регистратора, 2 с.п. ф-лы, 1 ил.1286976 первому выходу работу шагового двигателя в соответствии с требованиями к нему. Кроме того, в состав формирователя входит фотоэлектронный блок, вырабатывающий по второму входу формирователя непрерывно с частотой 1 метки времени о , соответствующие моментам перехода потока лучистой энергии лазера через нуль,Исследуемый образец 5 имеет форму тонкого диска с отношением толщины к диаметру не менее 1:10В качестве датчика 6 температуры может быть использована термопара тина ВР 5/20. Роль вакуумной камеры 4 выполняет вакуумная печь типа СШВЛ в комплексе с регулятором температуры, например,ВРТи с программным задатчиком температуры. Измеритель 7 фазы иамплитуды выполнен в виде цифровогоприбора. Оптимизатор 9 реализован ввиде цифрового автомата, которыйпроизводит вычисления по формуле ивырабатывает сигнал (цифровой код),по которому формирователь 3 выдаетуправляющее воздействие, пропорциональное частоте модуляции тепловогопотока, и на которой погрешностиопределения одновременно теплоемкости, температуро- и теплопроводностиобразца минимальны, Код, соответствующий начальному значению частотыколебаний теплового потока ыНОЧхранится в памяти .автомата,Устройство работает следующим образом,В устройстве в качестве источника 45 1 теплового потока использован ОКГ .непрерывного действия типа ЛТН. Модулятор 2 теплового потока выполнен в виде дискового обтюратора, посаженного на вал шагового двигателя 50скорость вращения которогд задает частоту модуляции теплового потока. формирователь 3 содержит генератор кварцованной частоты, программируемый цифровым кодом таймер (например, 55 микросхема КР 580 ВИ 53), распределитель импульсов и усилители импульсов, соединенные последовательно в порядке перечисления и обеспечивающие по Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для комплексных измерений теплофизических свойств (ТФС) материалов (теплоемкости, теплопроводности и темпе ратуропроводности) в широком диапазоне температур.Целью изобретения является повышение точности определения ТФС материалов и расширение функциональных возможностей устройства.На чертеже приведена структурная схема устройства.Устройство состоит из источникатеплового потока, первый выход которого связан с первым входом модулятора 2 теплового потока, формирователя 3, первый выход которого соединен с вторым входом модулятора 2 теплового потока, вакуумной камеры 4, 0 снабженной фоновым нагревателем, подключенным к блоку автоматического прбграммного управления температуры(не показан), в которой установленисследуемый образец 5, передняя сторона которого через вход вакуумной камеры 4 связана (оптически) с выходом модулятора теплового потока 2, азадняя сторона - с датчиком 6 температуры, выход которого подключен к первому входу измерителя 7 фазы иамплитуды, второй вход которого связан с вторым выходом формирователя3, первый выход - с первым входомрегистратора 8, второй выход - с вхо- З 5дом оптимизатора 9, а третий вход -с выходом измерителя 10 мощноститеплового потока, вход которого свя" .зан с вторым выходом источника 1теплового потока, кроме того, оптимизатор 9 по первому выходу соединенс входом формирователя 3, а по второму - с вторым входом регистратора 8. После достижения требуемых условий эксперимента (необходимой степени разрежения в вакуумной камере и температуры образца) по команде 1 11Пуск оптимизатор 9 в первом такте вырабатывает код, пропорциональный величине ц, который с его первого выхода поступает на вход формирователя 3, а именно на вход программируемого таймера, который по данному сигналу формирует последовательность импульсов, приводящих по вращение со строго постоянной скоростью шаговый двигатель модулятора 2. Диск модулятора 2 обеспечивает путем периодического перекрытия пучка излу- ченйя ОКГ стопроцентную модуляцию теплового потока по амплитуде с заданной скважностью. Амплитуда потока определяется по сигналу измерителя 10 мощности излучения ОКГ, непрерывно поступающему по третьему(5) входу в измеритель 7 фазы и амплитуды. В моменты перехода потока лучистой энергии через нуль формирователь 3 .вырабатывает метки б времени, следующие с частотой ци поступающие в измеритель фазы и амплитуды по его второму входу. Модулированный поток лучистой энергии, взаимодействуя с передней поверхностью исследуемого образца 5, возбуждает в образце 10 колебания температуры, которые при помощи датчика 6 преобразуются в электрические сигналы, поступающие по первому входу в измеритель 7 фазы и амплитуды, где определяется амплитуда 0 и фаза цпервой гармоники по отношению к меткам с времени, соответствующим фазе колебаний теплового потока на передней поверхности образца 5, а также сред няя температура Т образца. Кроме тогоизмеритель 7 фазы и амплитуды, принимая по своему третьему входу сигнал от измерителя 10 мощности теплового потока, на основании извест ных параметров закона модуляции и значения с определяет амплитуду первой гармоники колебаний теплового потока Ц . Измеренные укаэанным образом значения величин я ,, О ; Т и 30 Я передаются по первому выходу в память регистратора 8, а значение величины Чтецкроме того по второму выходу - в оптимизатор 9. Во втором такте оптимизатор 9 заново производит определение частоты М = И н + +аЯ, и если оно не отличается (в пределах погрешности измерения) от своего предыдущего значения, т,е, Ьу = 0 то по второму выходУ формиру 40 ется сигнал разрешения регистрации значений Щ, 9 , Т и Я. Указанная процедура повторяется заданное число раз для накопления и последующего усреднения результатов. По ее завер шению система задания температуры эксперимента получает от регистратора 8 сигнал на переход к следующему температурному уровню.В случае, если определенное во 50 втором такте значение я не соответст-, вует ранее установленному, разрешения на регистрацию, 6Т Ц не поступает, по соответствующему цифровому коду формирователь 3 выда-;55 ет новое управление на шаговый дви-. гатель модулятора 2 теплового пото" ка. Процесс сходимостк, как правило, ле превосходит двух-трех шагов. По измеренным значениям д, 9 , Т,Я с помощью регистратора 8 производятся вычисления ТФС исследуемогообразца согласно выражениям результатов в требуемом виде: температуропроводность;т еплопр оводност ь ,теплоемкость при постоянномдавлении,средняя температура образцаф,круговая частота колебанийтеплового потока и температуры,амплитуда колебаний температуры,толщина образца,площадьповерхности образца,подвергаемая воздействию модулированного .теплового потока,амплитуда колебаний теплового потока;плотность материала образца; д 6 - критериальная величина определяемая из уравнения11 В (Ж)С = - + агсс 84 Аз ЗВгде ( - сдвиг фазы колебаний температуры на поверхности, противоположной нагреваемой относительно колебаний тепловогопотока; М МА (эе) = БЬ - соз)12 Вз(Ж = СЬ у здп42 В качестве регистратора 8 использован управляющий вычислительный комплекс СМ 1800 с периферийным обо" рудованием для визуализации и документирования результатов исследования. Погрешности измерения ТФС можнооценить, принимая для упрощения,что относительные погрешности изме128 6976 де Я еплового потока. о а фаз.ты модуляции (с сдвига фазы на обеспечивает в стройстве повышееления ТФС приблив Коррекция елью поддеростоянном у а овне анном спосо ие точности опре 5 ра зительно в и из ючаюх во а т уры и 5рения ЩIЯ, ь 9 /8, ву /д величины постоянные,Рассмотрим зависимость погрешностей 4 а/а, Ь / и 6 С /С от критериальной величины эь, Анализ со"отношения показывает, что Ьа/амонотонно, уменьшается с увеличением Ж и начиная со значения м "- 2,изменяется незначительно. АнализьЮзависимости коэффициента при - отЦХ в соотношении показывает, что ондостигает минимума при 3 с = 24Отсюда следует, что минимум погрешностей измерения ТФС достигается,когда критериальная величина ж равняется 2,4, а оптимальное значениесдвига фазы равно Ц = 2,46 рад.Используя исходные данные предыдущего расчета погрешностей измерения ТФС, вычислим эти погрешностидля случая р = р,Корректирующую поправку к частотемодуляции температуры на поверхности, противоположной нагреваемой,относительно колебаний теплового потока, нагревающего исследуемый образец, поддерживают постоянно путемизменения частоты колебаний тепловогопотока на величину рмула изобрет 1. Способ определения тепло ческих свойств материалов, закл щийся в том, что на одну из по ностей плоскогообразца, имею форму неограниченной пластины, действуют периодическим теплов током, измеряют его амплитуду, же амплитуду колебаний темпера ее среднее значение на поверхностиобразца, противоположной нагреваемой,и сдвиг фазы колебаний температурыотносительно колебаний теплового потока, по которым рассчитывают теплофизические свойства материала, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения точности, величинусдвига фазы колебаний температуры на 10 поверхности образца, противоположнойнагреваемой относительно колебанийтеплового потока, поддерживают постоянной путем изменения частоты колебаний теплового потока на величину где М - частота теплового потока,Ч - угол сдвига фаз.2. Устройство для определения тепелофизических свойств материала, содержащее источник теплового потока,модулятор теплового потока, первыйвход которого соединен с первым выходом источника теплового потока,формирователь, первый выход которогосоединен с вторым входом модулятора,вакуумную камеру, оптически связанную с выходом модулятора и имеющуюрезистивный нагреватель, соединенныйс блоком автоматического программного управления температурой, с .датчиком температуры образца, изме-ритель фазы и амплитуды, первыйЗ 5 вход которого соединен с выходомдатчика температуры, а второй вход -с вторым выходом формирователя, регистратор, первый вход которогосоединен с первым выходом измерителя40фазы и амплитуды, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияточности определения теплофизическихсвойств материалов, оно снабженоизмерителем теплового потока и опти 5 мизатором, причем вход измерителятеплового потока соединен с вторымвыходом источника теплового потока,а выход - с третьим входом измерителя фазы и амплитуды, вход оптимиза 500 тора соединен с вторым выходом измерителя фазы и амплитуды, а первыйи второй выходы - соответственно свходом формирователя и вторым входом1286976 СоставительТехред Л.Оле сева едактор Н,Слободяни орректор А.Тяс Эаказ 7706/43 Тираж 776 ВНИИПИ Государственно по делам изобретени 3035, Москва, Ж, Раушн Подпио комитета ССи открытийская наб., д. Производственно-полиграфическое предприятие, гУжгород, ул. Проектна
СмотретьЗаявка
3757161, 22.06.1984
ОПЫТНОЕ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ БЮРО С ОПЫТНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ ИНСТИТУТА МЕТАЛЛОФИЗИКИ АН УССР
ГЕТЬМАН ВАЛЕРИЙ ВАСИЛЬЕВИЧ, СИНИЦКИЙ НИКОЛАЙ ЕВГЕНЬЕВИЧ, ОЛЕЙНИКОВ АЛЕКСАНДР ГЕОРГИЕВИЧ
МПК / Метки
МПК: G01N 25/18
Метки: свойств, теплофизических
Опубликовано: 30.01.1987
Код ссылки
<a href="https://patents.su/5-1286976-sposob-opredeleniya-teplofizicheskikh-svojjstv-materialov-i-ustrojjstvo-dlya-ego-osushhestvleniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ определения теплофизических свойств материалов и устройство для его осуществления</a>
Предыдущий патент: Устройство для дифференциально-термического анализа
Следующий патент: Способ определения теплофизических свойств
Случайный патент: Корпус радиоэлектронного блока