Устройство для определения теплопроводности твердых материалов Советский патент 1985 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к теплофи- зическим измерениям, а именно к измерению теплопроводности твердых материалов, и может быть использовано пр контроле тепловых свойств материалов в металлургии, приборостроении,энергетике, геологии при проведении экспрессных измерений.

Известно устройство для измерения теплофизических свойств веществ, которое дополнительно снабжено двумя 1усилителями, узлом компенсации контактных термических сопротивлений, функциональным преобразователем и цифровым устройством отображения информации ПО,

Недостатком этого устройства является то, что перегрев одного тедропроводящего блока относительно другого осуществляется каждым экспериментатором ориентировочно на определенное значение температуры, )егистрируемое устройством отображения информации как в процессе подготовки, так и в процессе проведения эксперимента по измерению теплопроводности. При этом не учитывается марка исследуемого материала или диапазон измерения теплопроводности. Прежде чем остановиться на необходимом значении температуры перегрева верхнего теплопроводящего блока относительно нижнего, необходимо провести многократные измерения, чтобы получить достоверный результат. Это приводит также к увеличению времени подготовки и проведения эксперимента, снижает производительность труда. На эти эперации затрачивается 0,5-1,5 ч.

Наиболее близким к изобретению является устройство для экспрессных измерений теплопроводности твердых материалов, состоящее из двух теплопроводящих блоков, нагревателя в одном из них, тепломера в другом, измерителя перепада температур, двух усилителей, узла компенсации контактных термических сопротивлений, счетно-реШазощей схемы и блока отображения информации 12 J.

Недостатками известного устройства являются длительность процесса подготовки и проведения измерения материалов с малой теплопроводностью и недостаточная достоверность результата измерения для материалов с высокой теплопроводностью при значительном перегреве верхнего блока относительно нижнего.

Целью изобретения является ускорение и повышение достоверности результатов определения теплопроводности твердых материалов.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для определения теплопроводности твердых материалов, содержащее два теплопроводящих блока, измеритель перепада температур между ними, тепломер, два усилителя, подключенных через узел компенсации контактных термических сопротивлений к счетно-решающей схеме, устройство отображения информации и нагреватель верхнего теплопроводящего блока, введены источник опорного напряжения, блок сравнения, элемент НЕ, блок сигнализации, элемент И, блок управления, усилитель мощности, гричем один вход блока сравнения соединен с источником опорного напряжения-., другой вход - с выходом первого усилителя , а выход блока сравнения через элемент НЕ соединен с блоком сигнализации и первым входом элемента И, второй вход которого связан с выходом блока упрабления, а выход связан с усилителем мощности, подключенным непосредственно и через нагреватель верхнего теплопроводящего блока к питающей сети.

Такое.выполнение устройства позволяет за счет небольших дополнительных аппаратурных затрат улучшить его технический уровень и качество.

На чертеже показана структурная схема устройства.

Устройство, содержит теплопроводящие блоки 1 и 2, между которыми помещен испытуемый образец 3, тепломер 4, вмонтированный в нижний теплопроводящий блок 2, нагреватель 5, размещенный в верхнем теплопроводящем блоке 1, усилители 6 и 7 сигналов соответственно перепада температур с датчиков 8 и 9 температуры и тепловых потоков через испытуемьй образец, узел 10 компенсаций контактных термических сопротивлений, счетно-решающую схему 11, производящую обработку рабочей формулы, блок 12 отображения информации, источник 13 опорного напряжения (задатчик температуры , соединенньй.с первым входом блока 14 сравнения, с вторым входом которого соединен выход усилителя 6, элемент 3 HE 15, блок 16 сигнализации выхода на требуемый температурный режим, эл мену И 17, блок 18 управления, фор мирунщий закон управления нагревом, и усилитель 19 мощности. Устройство работает следующим образом. При поднятом теплопроводящем блоке 1 производится подготовка эксперимента по измерению теплопроводности путем ввода исходных данных испытуемого образца (геометрических размеров ) в счетно-решающую схему 11 и компенсации контактных термических сопротивлений. Сигналы с выхода усилителя 6 и источника 13. опорного напряжения, соотвётствунщие истинному перепаду температур между верхним и нижним 2 теплопроводящими блоками и необходимому С установленному ) пере паду температур в зависимости от мар ки материала или диапазона измерения теплопроводности, поступают на входы блока 14 сравнения и устанавливают его в насыщенное состояние. С выхода блока 14 сравнения сигнал поступает на первый вход злемента И 17 и одновременно инвертированный элементом НЕ 15 на блок 16 сигнализации. На второй вход элемента И 17 сигналы поступают с блока 18 управления. В зависимости от необходимого закона формирования импульсов управления с помощью блока 18 управления изменяют 344 . скорость нагрева. После логического умножения с выхода элемента И 17 сигнал поступает на вход усилителя 19 мощности с нагревателем 5 в качестве нагрузки. При достижении теплопроводящим блоком 1 необходимого значения температур блок 14 сравнения устанавливается в противоположное состояние, При этом срабатывает блок 16 сигнализации готовности, и нагрев прекращается. При нахождении верхнего блока 1 в поднятом .состоянии длительное время происходят небольшое сполэание температуры и включение нагрева, Процесс повторяется периодически. После установки исследуемого образца 3 и опускания верхне- теплопроводящего блока 1 на нагрев накладывается постоянный запрет блоком 18 управления. При смене образца 3 и повторном поднятии верхнего теплопроводящего блока 1 указанные операции повторяются. Введение режима автоматического задания, регулирования и сигнализации температуры нагрева исследуемого образца с учетом марки материала или диапазона измерения теплопроводности позволяет ускорить более чем на порядок процесс измерения (с 0,5-1,5 ч до 3-5 мин), повысить производительность и достоверность результатов измерений;

ll

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ , содержащее два теплопроводящих блока с дифференциально включенными термопарами, выходы которых подключены к входам первого усилителя, в один из которых вмонтирован нагреватель, а в другой тепломер, выход которого соединен с входом второго усилителя, выходы усилителей связаны через узел компенсации контактных термических сопротивлений с счетно-решающей схемой, выход которой подключен к блоку отображения информации, отличающееся тем, что, с целью ускорения определения и довышения достоверности результатов измерения, в него введены источник опорного напряжения, блок сравнения, элемент НЕ, блок сигнализации, элемент И, блок управления, усилитель мощности, причем один вход блока сравнения соединен с источником опорного напряжения, другой вход - с выходом первого усилителя, а выход блока сравнения через элемент (Л НЕ соединен с блоком сигнализации и первым входом элемента И, второй вход которого связан с выходом блока управления, а выход связан с усилителем мощности, подключенным через нагреватель к питающей сети. СГ5 00 1C О9 4

18