Устройство для измерения теплопроводности веществ Советский патент 1987 года по МПК G01N25/18 

11337750

Изобретение относится к теплофи- зическим измерениям и может быть использовано для измерения теплопроводности твердых, жидких и газообразных веществ.

Источники I и 2 тепла включены параллельно в систему выравнивания температур, например, в линию 25 подачи теплоносителя из термостата 26. Приемники 3 и 4 тепла включены параллельно в систему вьфавнивания темпеЦель изобретения - повышение точности измерений теплопроводности.

На чертеже изображена принципиаль- ю ратур, например, в линию 27 подачи ная схема устройства.хладоносителя из термостата 28. ОдноУстройство для измерения теплопро- родный теплопроводяощй элемент 5 моводности веществ содержит две параллельные теплопроводящие цепи, размещенные между источниками 1 и 2 и приемниками 3 и 4 тепла. Первая цепь состоит из однородного теплопроводя- щего элемента 5, вторая - из последовательно включенных исследуемого 6 и

эталонного 7 образцов. Однородный теп-20 ет правильный подбор эталонного облопроводящий элемент 5 представляет собой жидкость, заполняющую полость, образованную внутренней поверхностью теплоизоляционного цилиндра 8 и поверхностями источника 1 и приемника 3 тепла, которые выполнены в виде двух жестко связанных между собой с помощью связи 9 порщней. Исследуемый и эталонный образцы размещают в полостях, образованных внутренней поверхностью теплоизоляционного цилиндра 10 и поверхностями источника 2 и приемника 4 тепла, которые выполнены в виде двух, не связанных между собой поршней. При этом полости разделены между собой температуровыравнивающей пластиной 11, в которую вмонтирован один из спаев дифференциальной термопары 12, другой Спай которой помещен

на температуровыравнивающей сетке 13, 40 эталонного твердого вещества на тем- которая закреплена в некотором сече- пературовыравнивающую пластину 11 и

прижимают к нему с небольшим усилием приемник 4 тепла. Исследуемый и эталонный образцы должны совпадать по

пенсационные сосуды 15, 16 и 17, с которыми рабочие полости устройства соединяются соответственно через щтунии, например, посередине теплоизоляционного цилиндра 8. В цепи дифференциальной термопары 12 включен вторичный прибор 14, например гальванометр 45 внутренней поверхностью теп- любой высокой чувствительности. Ком- лоизоляционного цилиндра 10.

Для подготовки устройства к измерениям теплопроводности жидких веществ выдвигают источник 2 тепла из церы 18, 19 и 20 капиллярными трубка- 50 теплоизоляционного цилиндра 10, по- ми 21, 22 и 23, позволяют устранить мещают в полость некоторый объем образца исследуемой жидкости так, чтобы при обратной установке источника 2 тепла и приведении его в контакт с ее образцом 6 избыток жидкости по капиллярной трубке 22 перешел в сосуд 16. Аналогично образец эталонной жидкости помещают в полость теплоизоляционного цилиндра 10 при выдвинутом привлияние температурного расширения веществ однородного теплопроводящего элемента 5, а также исследуемого и эталонного образцов, в случае, если они являются жидкими или газообразными веществами. Кроме того, в полостях для исследуемого и эталонного образцов есть добавочные штуцеры 24 для

заполнения этих полостей соответствующими газообразными веществами.

Источники I и 2 тепла включены параллельно в систему выравнивания температур, например, в линию 25 подачи теплоносителя из термостата 26. Приемники 3 и 4 тепла включены параллельно в систему вьфавнивания темпежет выполнять функции переменного теплового сопротивления во всех трех случаях измерений теплопроводности твердых, жидких и газообразных веществ.

Для дополнительного повьппения точности измерений важное значение имеразца 7 для проведения измерений, теплопроводность которого подбирается соразмерной теплопроводности исследуемого образца 6.

5

Устройство работает следующим образом.

Для подготовки устройства к измерениям теплопроводности твердых ве0 ществ выдвигают источник 2 тепла из теплоизоляционного цилиндра 10 и помещают образец 6 исследуемого твердого вещества на температуровыравни- вающую пластину 1 I , закладывают обратно источник тепла в теплоизоляционный цилиндр, с небольшим усилием прижимают его к исследуемому образцу и фиксируют в этом положении. Таким же способом устанавливают образец 7

5

лонный образцы должны совпадать по

внутренней поверхностью теп лоизоляционного цилиндра 10.

3133

емнике тепла 4 так, чтобы при обратной установке приемника тепла и приведении его в контакт с образцом 7 избыток жидкости по капиллярной трубке перешел в сосуд 17.

При подготовке устройства к измерению теплопроводности газообразных веществ используются добавочные штуцеры 2А и 25, к которым подсоединяют вакуумные насосы, а к штуцерам 19 и 20 вместо сосудов 16 и 17 - баллоны соответственно с исследуемым и эталонным газообразным веществами. Операцию

откачка - наполнение повторяют не- is любой высокой чувствительности и сколько раз для удаления из полостей посторонних газов, после чего заполняют образцами 6 и 7.

После подготовки устройства к измерению теплопроводности веществ 20 включают системы выравнивания температур, например термостаты 27 и 29, и приводят источники 1 и 2 и приемники 3 и 4 тепла соответственно к различным постоянным температурам. После установления стационарного режима передачи тепла, перемещая источник 1 и приемник 3 тепла, которые вьтолне- ны в виде двух жестко связанных межвместо температурных измерении пр изводятся измерения линейной вели ны, которая измеряется с высокой ностью.

Формула изобретен

Устройство для измерения тепло водности веществ, содержащее тепл проводящую цепь из последовательн 25 соединенных исследуемого и эталон го образцов, включенную между ист ником и приемником тепла, однород теплопроводящий элемент, включенн между источником и приемником теп

35

ду собой поршней, относительно тепло- зо дифференциальную термопару с втоизоляционного цилиндра, фиксируют

величину 1, в тот момент, когда ток

в цепи вторичного прибора 14 равен

нулю. Коэффициент теплопроводности

исследуемого вещества находится по

формуле

, ,-S,/5,-S,/S, (-, )/,, где коэффициент теплопроводности исследуемого образца, Вт/мК;

Лд- коэффициент теплопроводности эталонного образца, Вт/мК;

Sy - толщина исследуемого образца;

S толщина эталонного образца,м;

40

ричным прибором, один из спаев которой размещен между исследуемым и эта лонным образцами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, однородный теплопроводящий элемент выполнен в в де теплоизоляционного цилиндра с дву мя жестко связанными между собой и установленными с возможностью перемещения вдоль оси теплоизоляционного цилиндра поршнями, в полость теплоизоляционного цилиндра, заполненную жидкостью, между поршнями помещен на температуровыравнивающей сетке вT(Jpc -с спай дифференциальной термопары, пор шни снабжены шкалой отсчета пергмещо ния относительно теплоизоляционного цилиндра, причем один из поршней 1ы- полнен в виде источника тепла, а диу гой - в виде приемника тепла, кроме того в теплопроводящей цепи с исследуемым и эталонным образцами, разделенными тепловыравнивающей пластиной источник и приемник тепла выполнены также в виде поршней в теплоизоляционном цилиндре, причем источники теп ла и приемники тепла соединены соответственно независимыми системами вы равнивания темцератур.

S, - площадь поперечного сечения исследуемого образца, м ;

S, - площадь поперечного сечения

. 1 эталонного образца, м ;

1 - расстояние от конца однородного теплопроводящего элемента, примыкающего к источнику тепла до тем- пературовыравнивающей сетки в положении, когда ток в цепи вторичного прибора равен нулю, м;

1 - расстояние между источником и приемником тепла, м.

Из формулы видно, что для определения теплопроводности достаточно в процессе измерения получить только расстояние 1,, что можно определить

непосредственно по шкале, остальные параметры определяют до процесса измерения. В случае, если площади поперечных сечений и толщины исследуемого и эталонного образцов равны между собой, то формулу можно записать в следующем виде: Л,-( 1-1,/1, ).

Предлагаемое устройство для измерения теплопроводности веществ позволяет провести измерения с высокой точностью, так как на измерения не влияет калибровка термопар, а в ее цепь может быть включен гальванометр

любой высокой чувствительности и

вместо температурных измерении производятся измерения линейной величи- ны, которая измеряется с высокой точностью.

Формула изобретения

Устройство для измерения теплопроводности веществ, содержащее тепло- проводящую цепь из последовательно соединенных исследуемого и эталонного образцов, включенную между источником и приемником тепла, однородный теплопроводящий элемент, включенный между источником и приемником тепла,

5

0

ричным прибором, один из спаев которой размещен между исследуемым и эталонным образцами, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения, однородный теплопроводящий элемент выполнен в виде теплоизоляционного цилиндра с двумя жестко связанными между собой и установленными с возможностью перемещения вдоль оси теплоизоляционного цилиндра поршнями, в полость теплоизоляционного цилиндра, заполненную жидкостью, между поршнями помещен на температуровыравнивающей сетке вT(Jpcй с спай дифференциальной термопары, поршни снабжены шкалой отсчета пергмещо- ния относительно теплоизоляционного цилиндра, причем один из поршней 1ы- полнен в виде источника тепла, а диу гой - в виде приемника тепла, кроме того в теплопроводящей цепи с исследуемым и эталонным образцами, разделенными тепловыравнивающей пластиной, источник и приемник тепла выполнены также в виде поршней в теплоизоляционном цилиндре, причем источники тепла и приемники тепла соединены соответственно независимыми системами выравнивания темцератур.

0

5

26

гв

Изобретение относится к тепло- физическим измерениям и может быть использовано для измерения теплопроводности твердых, жидких и газообразных веществ. Целью изобретения является повышение точности измерений теплопроводности. Устройство для измерения теплопроводности содержит две параллельные теплопроводящие цепи, размещенные между источниками и приемниками тепла. Первая цепь состоит из однородного теплопроводящего элемента, вторая - из последовательно включенных исследуемого и эталонного образцов. Однородный теплопроводящий элемент представляет собой жидкость, заполняющую полость, образованную внутренней поверхностью теплоизоляционного цилиндра и поверхностями источника и приемника тепла, которые вьтолнены в виде двух жестко связанных между собой с помощью связи поршней. Исследуемый и эталонный образцы размещают во втором теплоизоляционном цилиндре между источником и приемником тепла, которые выполнены в виде двух не связанных между собой поршней, и которые разделены между собой температуревыравнивающей пластиной, в которую вмонтирован спай дифтермо- пары. Другой спай дифтермопары закреплен на термовыравнивающей сетке, закрепленной в некотором сечении однородного теплопроводящего элемента. 1 ил. с (Л со 00 « ел

Составитель В. Гусева Редактор Е. Копча Техред М.Ходанич Корректоре. Шекмар

Заказ 4122/40 Тираж 776Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4