Устройство для определения коэффициента теплопроводности твердых материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N25/18 

зическим измерениям и служит для Опре деления коэффициента теплопроводности различных теплоизоляционных материалов при криогенных температурах. Известно устройство для определения коэффициента теплопроводности , состоящее из двух холодильников, двух горизонтально расположенных образцов, размещенного между образцами электрического нагревателя, заключенной в кожух теплоизоляции и подставки 1 , Недостатком устройства является то, что при горизонтальном располоя ении исследуемых образцов условия теплосъема с охлаждаемых поверхностей различны, так как коэффициент теплоотдачи в верхнем холодильнике примерно в два раза выше, чем в ниж--нем холодильнике при условии использрвания испарительных систем, характерных при проведении исследований на криогенных жидкостях. ОпределяеMbie с помощью устройства значения коэффициента теплопроводности относятся к средней температуре образцов Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для определения теплопроводнести, состоящее из вертикально установленного нагревателя и прижатых к нему с двух сторон образцов исследуемых материалов, пластин сердечника и поджимных пластин. Снаружи вся сборка окружена теплозащитными экран ми. Недостатком известного устройства является невозможность проведения исследований при криогенных температурах, так как с помощью пластин сердечника, выступающих в роли теплоприемников, нельзя создать криогенные те пературы на охлаждающей поверхности исследуемых пластин, Целью изобретения является повыше НИб точности определения коэффициента теплопроводности материалов и расшире ние диапазона измерений. Поставленная цель достигается тем чго в устройстве для определения коэф фициента теплопроводности твердых материалов, содержащемпакет, собранный из пластин исследуемых образцов, между которыми расположен нагреватель, теплоприемники, теплозащитные экраны пакет выполнен из двух частей, размещ одна внутри другой с зазором, при гы с возмо:4шостью контакта по всей вертикальной поверхности с теплоприемпикам ; а наружная часть - с тегшозащитиыми экранами, выполненными в виде сосуцов, причем тегшоприемиики охвачены теплозащитными экранами с зазором. На фиг. изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 разрез А-А на фиг.; на фиг.З - наружная часть пакета; на фиг.4 - внутренняя часть пакета; На фиг.5 - сборка пакета; на фиг.6 кал.ориметрическая часть устройства, включающая тешюприемники и теплозаящтные экрана. Устройство содержит пакет, который выполнен из двух частей - наружной части 1 и внутренней части 2. Внутренняя часть 2 пакета состоит из пластин 3 исследуемого материала и нагревателя 4, расположенного между ними (фиг.2). Пластины 3, установленные во внутренней части 2 пакета, являются исследуемыми образцами, именно в этой, внутренней части 2 пакета производят измерение параметров исследуемого материала (фиг,4), Наружная часть 1 пакета имеет форму, например, прямоугольника и состоит из пластин 5 (фиг.3), выполненных также из исследуемого материала и нагревателя 6, расположенного между. ними,. Внутренняя часть 2 пакета установлена внутри наружной части 1 пакета с зазором, при этом наружная часть 1 пакета выполняет роль теплозащитного элемента (фиг.5) Внутренняя часть 2 пакета установлена между теплоприемниками 7 и 8 выполненных -в виде сосудов, заполнен1й1х охла;кдающей жидкостью,. а наружная часть 1 - между теплозащитными экранами 9 и 10, Для защиты от внешних теплопритоков теплоприемники 7 и 8 охвачены соотвественно теллозащитными экранами 9 и 10 с завором5, выполненными в виде сосудов с о шажда.гощей жидкостью (фиг. 6). В теплоприемниках 7 и 8 установлены датчики II уровня. В верхней части теплоприемники 7 к 8 соединены трубопроводом 12 с системой измерения 3 а теплозащитные экраны 9 и 10 - трубопроводом: 14 и через вентиль i 5 открыты на дренаж, В нижней части теплоприемники 7,8 и теп-позащитные экраиь5 9 и fO соединены с коаксиапьным трубопроводом 16, Теплоприемники 7 и 8 соединены с теплозащитнь ми экранами 9 и 0 з единые силовые кон31струкции, представляющие собой катюриметрические ячейки, Калориметрическая ячейка, состоящая из теплоприемника 8 и теплозащитного экрана 10 выполнена с возможностью перемеще ния и соединена с устройством 17 для поджима пакета. Устройство для измерения коэффициента теплопроводности помещено в вакуумную камеру (не показана). Устройство работает следующим образом. Наружную и внутреннюю части 1 и 2 пакета устанавливают соответственно между тегшоприемниками 7 и 8 и теплозащитными экранами 9 и 10. Перемещением подвижной калориметрической ячейки с помощью устройства 17 поджимают пакет на заданную по условиям эксперимента величину, т.е. обест печивают контакт вертикальных поверхностей наружной части 1 пакета с теплозащитными экранами 9 и 10, а внутренней части 2 пакета с теплоприемниками 7 и 8. По внутренней трубе трубопровода 16 охлаждающей жидкостью заполняют до заданного уровня теплоприемниками 7 и 8, а по наружной полости .- теплозащитные экраны 9 и 10. Наличие зазора между теплозащитными экранами 9, 10 и теплоприемниками 7 и 8 исключает внешние теплопритоки к последним. Тепловой поток от нагревателя 4, проходя через внутреннюю часть 2 пакета, вызывает испарение охлаждающей жидкости в теплоприемниках 7 и 8. Пары жидкости поступают в систему измерения 13 параметров паров, где поих расходу и параметрам определяется тепловой поток, прошедший через внутреннюю часть 2 пакета. Кроме того, тепловой поток измеряется по количеству электроэнергии расходуемой нагревателем 4. Уровень жидкости в теплоприемниках 7 и 8 поддерживается постоянным системой поддержания уровня (не показана) по сигналам датчиков 11 уровня . Тепловой по ток от нагревателя 6, проходя через наружную 1 часть пакета, вызывает испарение охлаждающей жидкости в теплозащитных экранах 9 и 10, откуда пары жидкости по трубопроводу 14 через вен тиль 15 дренируются в атмосферу. При этом температура нагревателей 4 и 6 поддерживается одинаковой. Благодаря тому, что температуры на поверхностях пластин 3 и 5, прилеганлдих соответст1 4венно к нагревателям 4 и 6 , равны н равны температуры поверхностей пластин 3 и 5, прилегающих соответственно к приемникам 7 и 8, в зазоре между внутренней частью 2 и наружной частью 1 не создается градиент температур.Такие условия исключают как тепловые потери с торцов внутренней части 2 пакета, так и внешние теплопритоки к ней, так-как наружная часть 1 пакета, охватывая внутреннюючасть 2 пакета, является теплозащитным экраном для торцовых поверхностей внутренней части 2. Таким образом, устройство позволяет измерять коэффициент теплопроводности материалов - с высокой точностью. Это достигается благодаря получению идентичного температурного распре;деления в поперечном направлений частей 1 и 2 пакета на обращенных друг к другу поверхностях. Такие условия обеспечиваются выполнением пакета из частей 1 и 2, расположённых одна внутри другой с зазором. При отсутствии градиента температур в поперечном направлении между частями 1 и 2 пакета (в зазоре между ними) отсутствуют потери тепла с торцовых поверхностей внутренней части 2 пакета. Выполнением теплоприемников 7 и 8 в виде сосудов, заполненных охлаждающей жидкостью и охваченных с зазором теплозащитными экранами 9 и 10, выполненными также в виде сосудов, заполненных охлаждающей жидкостью, позволяет исключать как внешние теплопритоки к исследуемой внутренней части 2 пакета, так и потери тепла с ее торцевых поверхностей, что повьппает точность эксперимента. Конструкция теплоприемни- ков и теплозащитных экранов - выполнение их в виде сосудов,дает возможность определять коэффициент теплопроводности материалов в широком диапазоне температур. Предлагаемое устройство повышает точность определения коэффициента теплопроводности за счет исключения внешних теплопритоков к теплоприемникам и тепловых потерь сторцовых поверхностей исследуемых пластин. Это достигается как выполнением пакета из наружной и внутренней частей, расположенных одна внутри другой с зазоР м и снабженных каждая нагревателем, так и выполнением теплозащитных экранов в виде сосудов с охлаждающей жидкостью и охватывающих теплоприемники.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее пакет, собранный из пластин исследуемого материала, между тсоторыми расположен нагреватель, теплоприемники, теплозащитные экраны, -отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения коэффициента теплопроводности и распшрения диапазона измерений, пакет выполнен из двух частей, размещенных одна внутри другой с зазором, при этом внутренняя часть пакета установлена с возможностью контакта по всей поверхности с теплоприемниками, а наружная часть - с теплозащитными экранами , выполненными в виде сосудов, причем теплоприемники охвачены теплозащитW ными экранами с зазором.