Устройство для адиабатического нагрева-охлаждения

Номер патента: 1100550

Автор: Золотухин

ZIP архив

Текст

110050ным герметичным сосудом с криогенной ния компенсирующим блоком имеет допопжидкостью турбопроводой через элек- нительные входы .управления режимами тромагнитный клапан, а блок управле- нагрев - охлаждениеИзобретение относится к теплофизическому приборостроению, а именно кустройствам для определения теплофизических характеристик (ТФХ) материалов, и может быть использовано,например, в калориметрах для определения теплоемкости,Известно устройство для адиабатической калориметрии, содержащееуправляемый адиабатический экран с 10образцом внутри регулятбр мощностидля поддержания температуры экранаравной температуре образца, измерители температуры образца и экрана,регулятор температуры, измеритель 15мощности и регистратор 11,Однако данное устройство характе, ризуется низкой точностью поддержания изотермических условий в калориметрической камере для динамических 20режимов проведения эксперимента, связанной со значительной термическойинерцией калориметрической системы,которая обусловлена массивностьюкалориметрической печи и невозможностью ее быстрого нагрева-охлаждения естественным или искусственнымпутем, а также значительной погрешностью измерения ТФХ в интервале немонотонного изменения температурыв области структурных и фазовых пре-,вращений либо химических реакций,протекающих в образце, обусловленнаяотсутствием следящей системы управления за адиабатическими условиямиобразца.1Наиболее близким к предлагаемому является устройство для адиабатическо го нагрева, используемое для измере" ния теплоемкости (Ср) веществ и со О .держащее герметичную, .обладающую высокой теплопроводностью камеру, в которую помещают исследуемый образец, электрообогреваемый тепловой экран, расположенный вокруг камеры, и диФференциально включенные термопары (дифференциальные датчики),первая из которых соединена с образцом, а вторая - со стенкой камеры, причем термопары соединены между собой последовательно с обратной полярностью включения. К дифференциальным выходам термопар подключен олок формирования компенсирующего напряжения, вырабатывающий компенсирующее напряжение, соответствующее выходным напряжениям термопар для случая, когда количественная величина теплообмена между исследуемым образцом и камерой становится равной нулю. К другому входу блока формирования компенсирующего напряжения подключен выход блока управления, с помощью которого в соответствии с измеренной (еще одной термопарой, установленной на образце, и измерителем температуры) температуру образца путем управления блоком формирования компенсирующего напряжения осуществляют передачу компенсирующего напряжения, соответствующего указанной температуре. К выходу блока формирования компенсирующего напряжения через усилитель разбаланса подключен блок регулиро" вания температуры, с помощью которого на электрообогреваемый тепловой экран через исполнительный усилитель мощности осуществляют подачу электрической энергии, соответствующей разности напряжений дифференциальных термопар и блока формирования компенсирующего напряжения. Кроме того;устройство содержит источник калиброванной мощности, соединенный с микро- нагревателем образца и вакуумный насос камеры 12. Недостатками известного устройства являются низкая точность поддержания условий адиабатического нагрева образца при изменении его температуры и температуры камеры, конструкция которой позволяет производить только контролируемый нагрев и не произволовой пустотелый экран 6, основьгой герметичный сосуд 2 с криогенной жидкостью, дифференциальные датчики 9 и 10 (термопары) соответственно образца 3 и экрана 6, выходом соеди ненные с блоком 19 формирования компенсирующего напряжения и с усилителем 20 разбаланса, дополнительный герметичный сосуд 8 с микронагревателем 11 внутри, который соединен с выходом 1 О первого дополнительного исполнительного усилителя 13 мощности, и электромагнитный клапан 7, соединенный с выходом второго дополнительного усилителя 14 мощности. Блок 18 выходом 15 соединен с входом блока 19, а входом - с соединенными последовательно датчиком 4 абсолютной температуры образца и измерителем 17 температуры. Исполнительный усилитель 12 мощности вы ходом соединен с электрообогреваемым .тепловым пустотелым экраном 6, входом - с выходом усилителя разбаланса 20 через включенные последовательно блок 21 выделения модуля регулятор 16 температуры и полярно-чувствительный ключ 15, Источник 26 калиброванной мощности соединен с внутренним микронагревателем 5 образца, Полярно- чувствительный ключ 15 одним выходом зо связан с соединенным параллельно входами первого 13 и второго 14 дополнительных исполнительных усилителей фмощности, вторым входом - с.входомиспол.нительного усилителя мощности 12, Вто- З рым входом - свыхоцом блока 24 компараторов ПЛЮС, третьим - с выходом блока 22 компараторов МИНУС. Усилитель 20 разбаланса параллельно соединен ВыхОдОм с ВхОдОм полярно чуВстВитель 4 О ного блока 23, который первым выходой связан с входом блока 22 компараторов ПЛЮС, при этом электрообогреваемый тепловой экран 6 соединен с дополнительным герметичным сосудом 8 трубопро- ,45 водом 27 через электромагнитный клапан 7, а,блок управления 18 компенсирующим блоком 19 имеет дополнительные входы для приема сигналов управления режимами нагрев-охлаждение, по-. о ступающими от внешнего управляющего устройства (на чертеже не показано).Основной герметичный сосуд 2 с криогенной жидкостью может быть выполнен по принципу известных сосудов Дюара.Дополнительный герметичный сосуд 8с криогенной жидкостью может быть выполнен В виде ампулы произвольной формы, например, из тонких листов нержавеющей стали и может соединяться с основным сосудом 2 с помощью дополнительного трубопровода (на чертеже ,не показано).В качестве электромагнитных клапанов 7 дополнительного сосуда 8 может быть применен серийно выпускаемые криогенные электромагнитные калапаны, например типа Уф 96432-010.Первый 17 и второй 14 дополнительные усилители мощности могут быть выполнены на базе серийно выпускаемых промышленностью, например типа У(из комплекса регулятора температуры типа ВРТ-З).Полярно-чувствительный ключ 15 может быть выполнен на базе серийно, выпускаемых промышленностью микросхем, например серии 564 (564 КТЗ).Полярно-чувствительный блок 23 может быть выполнен в виде двухуровневого нуль-органа напряжения с выходом сигнала "Плюс", "Нуль" и "Минус", что легко реализуется на серийно выпускаемых промышленностью микросхем серии 284 и 521 (например 521 СА 1 и 284 УД 1).Микронагреватель 11 дополнительного сосуда 8 может быть выполнен в виде проволочного герметизированного резистора, например типа ПЭВ.Применение устройства особенно эффективно для решения задач по изучению свойств исследуемых материалов в режимах программного нагрева .с последующим охлаждением. Процедура нагрев-охлаждение должна быть повторена И раз. Собственная тепловая инерция калориметрического блока не должна накладывать ограничения на требуемые скорости нагрева либо охлаждения.Устройство адиабатического нагрева- охлаждения работает следующим образом.В режиме "Нагрев" от внешнего управ-, ляющего устройства (на чертеже не по-, казано) в блок 18 управления вводится команда "Нагрев", которая содержит информацию о требуемой скорости измейения температуры. По измерительному входу в блок 18 управления поступает сигнал, пропорциональный температуре образца 3, который измеряется с помощью датчика 4 температуры и измерителя 17 температуры, Блок 18 управле1100550 8выделения модуля и регулятор 16 темаетпературы поступает параллельно черезпервый 13,и второй 14 дополнительныеисполнительные усилители мощности ной 5 на электромагнитный клапан 7 и микро 1 аз- нагреватель 11. При этом открывается . ас- электромагнитный клапан 7 и подключасни- ет дополнительный сосуд 8 к внутреннему объему теплового экрана 6, выпол. - н ненного двойным и пустотелым. Односи- временно происходит разогрев микротся нагревателя 11, что приводит к испарению криогенной жидкости в сосуде 8.1 Пары жидкости, имеющие криогенную. 15 температуру, под действием разряжения, ль- создаваемого вакуумным насосом 25, г- прокачиваются через внутреннюю полостьтеплового экрана 6, что обеспечиваетего и образца 3 охлаждение до темпе 2 О ратуры, заданной блоком 18 управления.у- Устройство имеет более высокую ке точность адиабатического нагрева в юча- результате того, что происходящие ва в процессе регулирования по заданной на программе колебания температуры воной круг заданного значения с большимбыстродейстВием погашаются за счетпоочередного включения в зависимоо- ЗО сти от знака разбаланса тепловогоэкрана на нагрев либо на охлаждение, а- что обусловливает высокую чувствиси- , тельность, быстродействие и устойре- чивость системы регулирования при6, заданных температурных режимах, при6 этом значительно повышается класс 7ния вырабатывает соответствующий управляющий сигнал, который поступ на вход управления компенсирующего блока 19, который, в свою очеред вырабатывает соответствующее задан скорости нагрева и температуре обр ца напряжение, величина которого ч тично компенсируется напряжением, маемым с дифференциальных датчиков (термопар) 9 и 10. Нескомпенсирова ная часть напряжения поступает в у литель 20 разбаланса, где усиливае при этом выходной сигнал его парал лельно поступает на входы блока 2 выделения модуля и полярно-чувстви тельного блока 23.Полярно-чувствите ный блок 23 определяет полярность си нала разбаланса и подает его на со ответствующий компаратор ПЛ 10 С или МИНУС, что соответственно означает необходимость нагрева или охлаждения теплового экрана 6 до температ ры, соответствующей заданной в бло 18 управления. Компаратор ПЛЮС вкл ется, когда знак разбаланса показь ет, что температура теплового экра/6 и образца 3 ниже заданной, выход сигнал компаратора 24 поступает на полярно-чувствительный ключ 15 и коммутирует его в положение, при к тором сигнал разбаланса через блок 21 выделения и регулятор 16 темпер туры поступает на исполнительный у литель 12 мощности, нагруженный на зистивный элемент теплового экрана Происходит нагрев теплового экрана и образца 3 до температуры, заданной блоком 18 управления.В режиме "Охлаждение" в блок 18 вводится команда Охлаждение , кото рая содержит информацию о требуемой скорости изменени 1 температуры, и далее устройство функционирует также как в режиме "Нагрев". до момента сра-батывания соответствующего компаратора. Компаратор МИНУС, включается когда знак разбаланса показывает, что температура теплового экрана 6 и образца 3 выше заданной. Выходной сигнал компаратора МИНУС поступает на полярно-чувствительный блок 15 и коммутирует его в положение, при котором сигнал разбаланса черезблок 21 прибора в целом, так как величина погрешности поддержания адиабатичеса ких условий образца входит составляющей в общую величину погрешности определения ТФХ; Таким образом, предлагаемое устройство адиабатического нагрева-охлаждения значительно повышает точность поддержания адиабатических режимов нагрев-охлаждения, позволяет работать в режимах программного нагрева с последующим охлаждением, Процедура нагрева-охлаждения может быть повторена и раз, при эЮм собственная тепловая энергия калориметрического блока не накладывает ограничения на требуемые скорости нагрева либо охлаждения.1100550 Составитель В. ГусеваТехред Л, Микеш рректор О, Бил елинска Подписи Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная Редактор Л. П Заказ 4573/34 Тираж 82Государственнелам изобретенМосква, Ж,ВНИИП по 3035го комитета СССРй и открытийаушская наб., д, 4

Смотреть

Заявка

3575724, 04.02.1983

ОПЫТНОЕ КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ БЮРО С ОПЫТНЫМ ПРОИЗВОДСТВОМ ИНСТИТУТА МЕТАЛЛОФИЗИКИ АН УССР

ЗОЛОТУХИН АЛЕКСАНДР ВИТАЛЬЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01N 25/20

Метки: адиабатического, нагрева-охлаждения

Опубликовано: 30.06.1984

Код ссылки

<a href="https://patents.su/6-1100550-ustrojjstvo-dlya-adiabaticheskogo-nagreva-okhlazhdeniya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Устройство для адиабатического нагрева-охлаждения</a>

Похожие патенты