Устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов Советский патент 1985 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к области определения теплофизических свойств неметаллических материалов, в частности к устройствам для опреДеления коэффициента температуропроводности неметаллических материалов, и может быть использовано в химической, электронной, электротехнической и других отраслях промьшшенности Известно устройство для определе ния коэффициента температуропроводности материалов, содержащее вольфрамовьй спиральный .катод, располагаемый параллельно плО(кому образц исследуемого материала, и фотоэлект рический блок измерения температуры установленньий со стороны ненагревае мой поверхности образца 1. Недостаток этого устройства для определения коэффициента теьотературопроводности материалов состоит в том, что определение искомой величи ны осущ ествляется с большой погрешностью, так как при практическом осуществлении устройства не в полно мере реализуются граничные условия теоретической модели задачи. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения коэффициента температуропроводности неметаллических материалов, содержащее последовательно соединенные измерительно-регулирующий блок, тиристорный блок и трансформатор, в цепь вторичной обмотки которого включен плоский нагреватель, контактируняций в проце се измерения с образцом из исследуе мого материала. В процессе эксперимента измеряют температуру нагревателя и разность температур на образ це исследуемого материала известной толщины. После чего, привлекая информацию о показателях преломления и поглощения системы нагреватель образец - холодильник, решают обрат ную задачу теплопроводности, а иско мую величину определяют по формуле «. , Ср где а - коэффициент температуропроводностиЛ - коэффициент теплопроводност с - удельная теплоемкость; f - плотность материала С2. Основной недостаток известного устройства состоит в том, что определение коэффициента температуропро водности неметаллических материалов осуществляется с большой погрешнос-г тью, значительно влияющей на точность, определения искомой величины. Например, 3%-ная погрешность в определении излучательной способности нагревателя приводит к 25%-Ной погрешности определения коэффициента температуропроводности., Цель изобретения - уменьшение погрешности определения коэффициента температуропроводности материалов. Поставленная цель достигается тем, что устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов, содержащее последовательно соединенные измерительно-регулирующий блок, тиристорный блок и трансформатор, в цепь вторичной обмотки которого включен плоский нагреватель, контактирующий в процессе .измерения с образцом из исследуемого материала, дополнительно содержит выпрямитель со сглаживаюп1им фильтром, делитель напряжения и генератор синусоидальных сигналов инфранизких частот, при этом параллельно нагревателю подключен выпрямитель со сглаживающим фильтром, параллельно которому включен делитель напряжения, выход которого соединен с первьм входом измерительнорегулирующего блока, второй вход которого связан с выходом генератора синусоидгшьных сигналов инфранязких частот. Дополнительное введение- в известное устройство вьтрямителя со сглаживающим фильтром, делителя напряже-т ния, генератора синусоидальных сигналов инфранизких частот и их соответствукяцее соединение позволяет реализовать автоматическую систему с обратной связью, обеспечивающую уменьшение погрешности определения коэффициента температуропроводности неметаллических материалов .благодаря синусоидальной форме (с высокой точностью) греющего образец теплового потока с периодом порядка (5-100)с. Существушщют средствами, широко используемыми при исследовании свойств высокотеплопроводньк материалов, например металлов и -их сплавов, roдyляциoнньй нагрев по синусоидальнрму закону с периодом выше 1 с осуществить практически невозможно.

Применение механических способов модуляции приводит к искажению синусоидальной формы питающего напряжения и, как следствие, к необходимости выделения основной гармонической составляклцей при температурных измерениях.

На чертеже показана схема устрой ства.

Устройство для определения коэффициента температуропроводности неметаллических материалов состоит из последовательно соединенных измерит;ельно-ре1 улирукяцего блока 1, тиристорного блока 2, трансформатора 3, в цепь вторичной обмотки которого включен плоский нагреватель 4, контактирующий в процессе измерения с двумя образцами 5 из исследуемого материала, выпрямителя 6, вход которого подключен .параллельно нагревателю, а выход соединен через сглаживакяций фильтр 7 и делитель напряжения 8 с первым входом измерительно-регулирующего блока 1, второй вход которого связан с выходом генератора 9.

Устройство работает следующим образом.

С помощью измерительно-регулирующего 1 и тиристорного 2 блоков напряжение питающей сети подается с частотой f на трансформатор 3, в цепь вторичной обмотки которого включен плоский нагреватель 4, находящийся в тепловом контакте с двумя образцами 5 исследуемого материала. Для проведения автоматического регулирования заданного теплового режима напряжение с нагревателя 4 подается на выпрямитель б, после чего сглаживаются пульсации напряжения фильтром 7 и с одного из резисторов делителя 8 постоянное напряжение подается иа первый вход измерительно-регулирующего блока 1, на второй вход которого подается синусоидальное напряжеиие инфранизкой частоты с генератора 9. После установления теплового режима измеряется на нагреваемой поверхности образца разность фазы между н апряжением питания и температурой этой поверхности, после чего коэффициент температуропроводности определяется из соотношения

.i

01

, X ж X хSb;j cos; -ch: s,-n;j:.

где Ч.;- разность фазы между напряжением питания и температурой- ненагреваемой поверхности образца; .

О at cf Уи)/« ;

сГ - толщина образца} w .

П р им е р. Полосовой зигзагообразный нагреватель, изготовленньй из нихромовой фольги толщиной 50 мкм, -устанавливают между двумя плоскими образцами исследуемого материала, на ненагреваемых поверхностях которых закреплены хромельалюмелевые термопары. В качестве измерительно-регулирующего блока используют высокоточный регулятор температуры ВРТ-2, а в качестве тиристорного блока - тиристорньш усилитель типа У-252 с тиристорным устройством типа БТ-01 и трансформатор ОСУ-20. Трансформатор служмт как для понижения напряжения питания,

0 так и для электрической развязки силовых и измерительных цепей. Постоянное напряжение отрицательной обратной связи с делителем напряжения поступает на измерительно-регу5 лирукиций блок. В этот же блок с генератора типа Г6-15 подается переменное напряжение инфранизкой частоты. В изме{ итепьно-регулирующем блоке переменное напряжение генератора складывается с напряжением внутреннего задатчика блока. Постоянное напряжение, уста1навливаемое задатчиком измерительно-регулирующего блока, дает средний уровень питающего

5 напряжения, а переменное напряжение генератора устанавливает глубину модуляции.

Устройство обладает достаточным быстродействием для создания модуляции с периодом порядка десятков секунд и высокой точностью поддержания напряжения на нагревателе. Напряжение на нагревателе поддерживается 5 с погрешностью, не превъовающей О, t/J, Коэффициент гармоник модулированного напряжения не превышает 1-2%. Дрейф температуры образца рои отсутствии

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее последовательно соединённые измерительно-регулирующий блок, тиристорный блок и трансформатор, в цепь вторичной обмотки которого включен плоский нагг ревателЬ, контактирующий с образдом, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности определения материалов с низкой теплопроводностью, устройство дополнительно содержит выпрямитель со сглаживающим фильтром, делитель напряжения и генератор синусоидальных сигналов инфранизких частот, при этом параллельно нагревателю подключен выпрямитель со сглаживающим фильтром, параллельно которому включен делитель напряжения, выход которого соединен с первым входом измерительно(Л С регулирующего блока, второй вход которого связан с выходом генератора синусоидальных сигналов инфранизких частот.