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

. 1 Изобретение относится к технике определекия теплофизических свойств материалов при высоких телвгературах, а именно к устройст.вам для определения теплоемкости материалов модуляционным, методом, и может быть использовано в научных и прикладных исследованиях теплоемкости металлов, сплавов и полупроводников. Цель изобретения - )гменьшение погрешнос ти определения теплоемкости материалов с ра личной спектральной излучательной способностью, достигаемой за счет исключения градуиро ки фотоприемника, использования потока излу чения в широком спектральном диапазоне и реализацией измерительной компенсационной схемы, условия уравновешивания которой не зависят от амплитуды переменной составляющей тока, нагревающего образец. На чертеже показана схема устройства для определения теплоемкости материалов. Устройство содержит образец 1 с моделью абсолютно черного тела 2, источник 3 модули рованного электрического тока, фокусирующу линзу 4, фотоприемник 5, измеритель 6 напряжения потенциальные провода 7, резистор 8 нагрузки фотоприемника, элементы регулируемой интегрирующей цепи, состоящие из первого 9 и второго 10 сопротивлений и магазина 11 емкостей. . Образец 1 с моделью абсолютно: черного тела 2 подключен к источнику 3 модзлированного электрического дока. Излучение модели абсолютно черного тела 2 с помощью фокусирующей линзы 4 фокусируется на фотоприемнике 5. Измеритель 6 напряжения подключен к резистору 8 нагрузки фотоприемника. Тонкие потенциальные провода 7 выделяют центральную часть образца, в пределах которой аксиальные градиенты температуры отсутствуют. К зтим проводам подключен вход интегрирующей цепи, выход которой присоединен к резистору 8 нагрузки фотоприемника J Устройство работает следующим образом. Колебания подводимой к эталонному или исследуемому образцу 1 энергии вызывают колебания его температуры около среднего значения. Колебания светимости модели абсолютно черного тела 2 регистрируются фотоприемником 5 и на резисторе 8 возникает переменная составляющая напряжения V, пропорциональная амплитуде колебаний температуры образца 0 ; V К0;(1) где К - коэффициент пропорциональности (производная выходного напряжения фотоприемника по температуре образца) . При одинаковых средних температурах этот коэффициент для эталонного и исследуемого образцов одинаков. Напряжение V отстает по фазе от переменного напряжения На образце и на 90. Это напряжение компенсируют с помощью регза1ируемой интегрирующей цепи. Первое сопротивление 9 много больше, чем второе сопротивление 10. Значения первого сопротивления 9 и магазина 11 емкостей таковы, что выходное напряжение интегрирующей цепи отстает по фазе от входного напря- жения на 90 . Напряжение U - это переменная составляющая напряжения на образце, входящая в формулу для расчета теплоемкости материала, нагреваемого постоянным электрическим током с небольшой переменной составляющей fnC (2 TbU/we) (2) где m и С - масса и удельная теплоемкость образца, соответственно; Ъ - постоянная составляющая нагревающего тока; U - переменное напряжение (амплитуда) на образце; со и 0 - циклическая частота и амплитуда температурных колебаний, соответственно; Ср - сдвиг фаз между переменной составляющей напряжения на образце и колебаниями температуры образца около среднего значения. Напряжение на магазине 11 емкостей равно U.i/OCR ((), а компенсирующее напряжение на резисторе 8 равно UR,/WCR2(R4 + 1,).где RI - сопротивление на резисторе 8; R и R - первое и второе сопротивлеьшя соответственно в интегрирующей цепи, а С - емкость в магазине емкостей. I Приравнивая это напряжение переменной составляющей выходного напряжения фотоприемника и используя формулу (2), получим (): me 21 о г Так как величины К, R, Rg HR одинаковы для исследуемого и эталонного образца, отношение их полных тёплоемкостей при данной температуре равно (С)иссд. (тС) -1..С4/1„,С, -1о,С,/1„Сг/4) ИССЛ. где С значения емкости магазина емкостей, соответствующие компенсации при опытах с исследуемым и эталонным образ-- постоянцом, соответственно ные составляющие нагревающего тока, при которых средние температуры исследуемого и эталонного образца одинаковы, (тС),., (mC) теплоемкость-исследуемого и эталонного образца, соответственно. Указателем компенсации является измеритель 6 напряжения.

3 11935544

Таким образом, для сравнения теплоем- рам уже сейчас может служить эталоном костей исследуемого и эталонного образцовтенлоемкости при высоких температурах, достаточно измерить постоянные составляю-«.Таким образом, снабжение исследуемого щне нагревающего тока, при которых дости-образца моделью абсолютно черного тела гается равенство температур образцов, и5 расширяет возможности модуляционного метозначения емкости конденсатора, соответствую-да определения теплоемкости, так как позвощие компенсации. Эти измерения могутляет сравнивать температурные колебания быть вьшолнены в 2-3 раза точнее, чем из-образцов с разной величиной спектральной мерения переменных напряжений на образ-излучательной способности, а замена схемг.г це и на сопротивлении нагрузки фотоприемни-Ю измерения выходного напряження фотоприемка. ника компенсационной схемой, условия

Наиболее подходящим материалом дляуравновешивания которой не зависят от амэталокного образца является вольфрам. Припли ды переменной составляющей тока, нагретемпературах ниже 3000 К его теплоем-вающего образец, приводит к уменьшению

кость достаточно хорошо изучена, и вольф-15 погрехшсости определения теплоемкости.

УСТРОЙСТЮ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОШКОСТИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее источник модулированного электрического то ка с выходом, подключенным при работе устройства к эталонному или исследуемому образцу, и фотоприемник с фокусирующей линзой, выход которого соединен с входом измерителя напряжения, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности определения теплоемкости материалов с различной спектральной излучательной способностью, оно дополнительно содержит регулируемую интегрирующую цепь с входом, подключенным при исследовании к образцу, a выходом соединенную с входом измерителя напряжениями приспособление для создання в образцах моделей абсолютно черного тела, при этом фокусирующая линза фотопрнемника установлена на уровне модели абсолютно черного . тела.