Устройство для определения теплопроводности дисперсных материалов Советский патент 1983 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к технике определения тепловых величин, в част ности для определения теплофизических параметров ди.сперсных материалов, например, шахтных и закладочных материалов, формовочных смесей и мерзлых грунтов. Известно устройство для определения теплопроводности дисперсных сред в том числе почвогрунтов, горных пород, шахтных и закладочных материало зондовым методом, включающее нагревательный зонд, измерительные приборы, датчик температуры. Причем в качестве датчика .температуры примен на термопара с выходом на гальванометр, регистрирующий температуру с необходимой точностью и способный работать только в лабораторных условиях 1 . В испытуемую-среду внедряется источник тепла - зонд, при этом ведетс либо учет количества тепла, питающег зонд, либо учет изменения температур в среде вокруг зонда или внутри мате риала, заполняющего зонд. Это устрой ство применимо, когда нельзя нарушат структуру материала взятием пробы на анализ, но когда допустимо небольшое изменение структуры, обусловленное внедрением зонда. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство для определения тепловых свойств горных пород, основанное на принципе зондового мгновенного источника тепла, включающее нагреватель, блоки измерительных приборов, реостат, блоки времени и согласования, датчик и регистратор температур В этом устройстве в кач естве датчика температуры использована термопара с выходом на гальванометр. Нагреватель и датчик температуры расположены отдельно 2j . Недостатками устройства являются невозможность проведения измерений в естественных, в частности полевых условиях, дополнительные погрешности измерений из-за нестабильности конта тов между датчиком, нагреватёлем и исследуемым объектом. Для получения заметных изменений температуры на расстоянии, отделяющем датчик температуры от нагревателя, требуются определенные мощность и время нагрева. Цель изобретения - повышение надежности и точности измерения теплопроводности материалов в естественных условиях. Цель достигается тем, что в устройстве дан опр.(аделения теплопроводности дисперсных материалов, содержа щем нагреватель, реостат, датчик и регистратор / ейпературы, блоки времени, согласования и измерительных приборов, нагреватель и датчик темпег-,. ратуры в контакте установлены на зонде, при этом нагреватель соединен с реостатом и блоком времени через блок измерительных приборов, а датчик температуры соединен через блок согласования с регистратором температуры. При этом зонд выполнен из электроизоляционного материала, теплопроводность которого по крайней мере на порядок меньше теплопроводности исследуемого материала. Кроме того, нагреватель выполнен ленточным. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для определения теплопроводности дисперсныхматериалов, на фиг. 2 - зонд. Устройство состоит из последовательно соединенных реостата 1, блока 2 измерительных приборов, измеряющих мощность нагревателя, зонда 3, блока 4 согласования, регулятор температуры, выполненный в виде частотомера 5. К зонду через блок измерительных приборов 2 подключен блок 6времени. Зонд 3 состоит из нагревателя 7 и датчика 8 температуры в виде термочувствительного кварцевого резонатора, расположенных на цилиндрическом стержне 9, выполненном из электроизоляционного материала, например, фторопласта, защитного покрытия 10 и поджимного элемента 11. Защитным покрытием может быть компаунд марки ЭП-730 (гост 20824-75). Реостат 1 через блок 2 измеритель-i ных приборов соединен с нагревателем 7 блока 2 и блоком 6 времени. Датчик температуры последовательно соединен с блоком 4 согласования -и частотомером 5. Устройство работает следующим образом. . В измеряемую среду опускают зонд 3. С помощью датчика 8 температуры в виде кварцевого резонатора и частотомера 5 определяют температуру среды TQ. Через реостат 1, блок б времени, срабатывающий с вьадержкой времени на отключение, нагревателю 7в течение времени Со сообщают импульс тепла. Через время замеряют температуру нагревателя T(f), По данным измерений определяют избыточную температуру ..j .-.. 1 4;тл t,-to

де | - количество тепла, выделяемого единицей длины линейного источника тепла q, 0,24 Ult;

л

теплопроводность исследуемого объекта,

время от начала нагрева до замера температуры нагревателя;

loвремя нагрева;

откуда

-li ..-,

Теплопроводность цилиндрического стержня 9 на порядок ниже теплопроводности измеряемой среды, поэтому потери на нагрев стержня на точность измерений влияют мало и в расчете не учтены.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет надежно и точно определять теплопроводность почвогрунтов, в том числе мерзлых, что особенно трудно, горных пород в условиях их естественного залегания без нарушения структуры и фазового состояния, повышает надежность.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ДИСПЕРСНЫХ MATEPilAЛОВ, срдержащее нагреватель, реостат. датчик и регистратор температуры, блоки времени, согласования и измерительных приборов, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и точности измере- НИИ теплопроводности материалов, изменяющих фазовое состояние при изменении температуры, нагреватель и датчик температуры в контакте установлены на зонде, при этом нагреватель соединен с реостатом и блоком времени через блок измерительных приборов, а датчик температуры соединен через блок согласования с регистратором температуры. 2.Устройство, по п. 1, от л ичающееся тем, что зонд .выполнен из электроизоляционного мате(Л риала, теплопроводность которого по крайней мере на порядок меньше теплопроводности исследуемого материала. 3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что нагреватель выполнен ленточным. Фиг.1