Устройство для измерения теплофизических характеристик образцов Советский патент 1986 года по МПК G01N25/18 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при Создании приборов, измеряющих комплексно коэффициенты теплопроводности и температуропроводности.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, упрощение и повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для определения теплофи- 31гческих характеристик образцов;, на фиг. 2 - графики изменения температуры на Противоположных поверхностях образца.

Устройство содержит систему 1 автоматического регулирования температуры {сAPT), нагреватель 2, задат- чик 3 температуры нагревателя, образец 4, закрепленные совместно с теплоприемником 5 между нагревателем 2 и холодильником 6. Сигнал с тепло- приемника поступает на один вход нуль-органа 7, к второму входу которого подключен задатчик 8 порогового уровня, выход нуль-органа нагружен на задатчик 3 температуры нагревателя . Измерение производится частотомером 9.

На графиках показаны периодически изменения температуры нагревателя Т, в пределах от Т.,., до Т

-маис

И изменения сигнала теплоприемника Т при среднем его значении соответствующем Tj, . Моменты скачкообразного изменения температуры нагревателя .соот- ветствуют переходам кривой.изменения сигнала теплоприемника через пороговый уровень Tj. , Период - колебаний и время положительного импульса определяется теплофизическими характеристи ками и длиной образца.

САРТ представляет собой обычную систему с отрицательной обратной связью. Сигнал обратной связи, пропорциональный температуре нагревате- ля, может сниматься с помощью термопары, зачеканенной в нагреватель. Возможна схема с включением нагревателя в мостовую схему, нагреватель при зтом выполняется из термозависи- мого материала, обратная связь осуществляется с выхода моста. Соответственно задатчик темдературы в первом случае должен вьщавать сигналы в вид напряжения, во втором - в виде калиб рованных сопротивлений, включаемых в мост. САРТ стабилизирует температуру нагревателя относительно температуры

О

5 0

0

5

5 0

5 0 5

112

холодильника на одном из уровней, заданном задатчиком температуры. Теп- лоприемник представляет собой пластину из материала с известными теплофизическими свойствами, одной поверхностью теплоприемник контактирует с холодильником, а другой - с образцом.

Сигнал в цепь обратной связи поступает от дифференциальной термопары, один спай которого находится в месте контактирования с холодильником, другой в месте контактирования с образцом. Система нагреватель - образец - теплоприемник - холодильник составляет основу обычного при измерениях коэффициента теплопроводности стационарным методом плоского прибора. К нагревателю предъявляется требование малоинерционности, поэтому он должен быть выполнен с достаточно хорошим теплоотводом и малой теплоемкостью. В качестве периодомера возможно использование электронного или ручного секундомера. Во втором случае измерение проводится по сигнальной лампочке или прибору, включенному к выходу нуль-органа либо парахшельно нагревателю. С целью уменьшения погрешностей теплоприемник может быть снабжен охранным нагревателем, а вся теплоизмерительная цепь: нагреватель - теплоприемник - холодильник заключена в отражательньй экран.

Устройство работает следующим образом.

В первоначальньй момент, когда образец 4 и теплоприемник 5 не прогреты, сигнал теплоприемника мал, задатчик 3 температуры выдает сигнал, соответствующий поддержанию САРТ 1 максимального уровня .температуры нагревателя 2. Тепловая волна, распространяясь по образцу 4, повьппа- ет сигнал теплоприемника 5, и при превьшении величины, соответствующей Т, происходит срабатьшание нуль-ор гана 7, приводящее к переключению задатчика 3 температуре, вследствие чего температура нагревателя с помощью САРТ устанавливается на уровне мин Тепло от образца начинает распространяться не только в сторону холодильника, но и в сторону нагревателя , имеющего теперь более низкую температуру. В результате охлаждения образца 4 сигнал теплоприемника 5 начинает снижаться и через некоторое Время становится ниже порогового

уровня Тд. Нуль-орган возвращается в первоначальное состояние, задатчик 3 температуры выдает сигнал максимального уровня, нагреватель скачком принимает температуру Тм.1якс Процесс начинается сначала. Спустя несколько переключений в системе устанавливается автоколебательный квазистационарный режим: на одной стороне об-. разца температура скачкообразно меняется в пределах Т,„ Тмакс другой стороне наблюдаются сглаженные небольшой амплитуды колебания температуры относительно порогового уровня Т„. Период колебаний определя- ется с помощью частотомера 9.

Устройство позволяет проводить комплексное измерение теплофизических свойств без обработки информации и без сложных расчетов, повьпиается точность измерения коэффициента теплопроводности за счет того, что при импульсном нагреве снижается роль неоднородности теплового поля, про- являемая, как известно, в стационарных методах, в то же время стационарный периодический режим наступает значительно быстрее стационарного непрерьтного; измерение коэффициента температуропроводности так же про- водитбя точнее, поскольку в периодическом режиме нет влияния начального распределения температуры образца.

10

is

23111

а боковые потери не оказывают существенного влияния на период автоколеба НИИ за счет того, что увеличение времени распространения тепловой волны при разогреве образца в положительный полупериод частично компенсируется более быстрым охлаждением во второй полупериод. Измерение сводится лишь к фиксированию периода автоколебаний. Упрощается процесс измерения, повышается точность.

Формула изобретения

Устройство для измерения теплофизических характеристик образцов, содержащее нагреватель с системой автоматического регулирования его температуры, соединенной с измерительной схемой, включающей частотомер И теп- лоприемник, отличающееся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, упрощения и повышения точности измерения, введена дополнительная релейная цепь отрицательной обратной связи, включающая в себя последовательно соединенные нуль-орган, первый вход которого соединен с теплоприемником, а второй с задатчиком порогового уровня, и двухуровневый датчик температуры нагревателя, выход которого соединен с входом системы автоматического регулирования температуры нагревателя.

Изобретение относится к измерительной технике для комплексного определения теплопроводности и температуропроводности. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, упрощение его и повьшение точности измерения, которая достигается введением дополнительной релейной цепи отрицательной обратной связи, включающей в себя последовательно соединенные нуль-орган, первый вход которого соединен с тепло- приемником, а второй - с задатчиком порогового уровня, и двухуровневый задатчик температуры нагревателя, выход которого соединен с входом системы автоматического регулирования температуры нагревате - ля . 2 ил. (Л

т;

- МОКС - То

THUH

г/

Фи.1