Устройство для измерения теплофизических характеристик сыпучих материалов Советский патент 1989 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к области теплотехнических измерений и предназначено для комплексного измерения теплофизических характеристик (удельной теплоемкости, теплопроводности и температуропроводности) сьшучих материалов.

Цель изобретения - повьппение точности измерения теплофизических характеристик путем обеспечения однородной по плотности структуры образцов.

На фиг. 1 изображено устройство 13 фронтальной проекции; на фиг. 2- тр же, разрез по плоскому нагревателю ; на фиг« 3 - сечение А-А на фиг. 2. Устройство для измерения тепло- физических характеристик состоит из отрезка цилиндрической трубы 1, выполненной из теплоизоляционного материала, в которую помещаются две термостатированные камеры 2 в виде

поршней. Эти камеры с помощью скоб зафиксированы на штоках 3, которые проходят через крышки 4, закрывающие торцы 5 трубы. В середине цилиндрической трубы в плоскости, перпендикулярной ее оси, выполнена сплошная прорезь на толщину нагревателя в верхней части, сюда.помещается плоский нагреватель 6, представляющий собой тонкий каркас из стеклопластика 7, на который с двух сторон с шагом в 1 мм намотана константан-манганиновая проволока 8д Концы нагревательной обмотки, а также термопар выведены на специальный шип 9. На обеих поверхностях каркаса нагревателя выполнены канавки 10, сходящиеся в виде лучей к его шипу. Канавки обеих плоскостей сообщаются между собой рядом отверстий

В верхней части держателя образца по обе стороны от поперечной просд

О J

О

1C

3 150

рези имеется продольный паз, который обеспечивает возможность перемещения нагревателя вдоль оси держателя. Подлежащий исследованию (измерению) материал помещается в обе измерительные камеры Каждая из термостатированных камер 2 с внешней стороны имеет по два штуцера I1, через которые посредством резиновых шлангов .подводится и отводится вода от. термо- стата (не показано). Перемещение термостатированных камер осуществляется винтами 3 с помощью рукояток 12„ Вся конструкция держателя образца пос- редством хомутов и стяжек укреплена на стойке-основании 13 с врзможйостью поворота вокруг оси крепления в пределах 180°, Размер 1 измерительных камер регистрируется на отсчетных линейках 14,; укрепленных на внещней стороне термостатированных камер. Холодные и горячие спаи миниатюрных термопар закреплены на внутренних стенках термостатированных камер и на обеих плоскостях нагревателя.

Устройство работает следующим образом,

В прорезь цилиндрической трубы 1 вставляется плоский нагреватель 6, соединенный проводами с измерительной аппаратурой и стабилизированным источником напряжения (не показаны). Труба 1 поворачивается в вертикальное положение, в нее засьтается навеска торфа определенной массы и вставляется термостатированная камера 2 вместе с крыщкой А о После фиксации крышки 4 поворотом камера при- вводится в соприкосновение с предварительно вьфавненной поверхностью материала. Труба-держатель 1 поворачивается на 180 , Производятся аналогичные операции по помещению навески материала во вторую измерительную камеру. По отсчетным линейкам 14 выравнивается размер 1 для обеих измерительных камер. Любое изменение этого ра,змера пр.оизводится одновре- менным вращением обеих рукояток с контролем по отсчетным линейкам,

что обеспечивает одинаковое усилие,

действующее на нагреватель 6,

Размеры контролируемого образца

выбираются из условия обеспечения

требования

1/R 1/4,

где R - радиус трубы держателя образца.

Измерение теплофизических характеристик, помещенного в держатель образца материала, осуществляется методами стационарного и регулярного тепловых режимов по известным методикам ,

С помощью предлагаемого устройства производится измерение следующих характеристик:

коэффициент теплопроводности по формуле

-Х

W1

2Г&тГг

где W - мощность нагревателя;

1 - толщина (высота) образца

торфа;

F - площадь нагревателя (образца);

разность температур на двух поверхностях образца в стационарном состоянии, коэффициент температуропроводности Q по формуле

. ,R,2 а 4т(.5;) ,

где R - радиус образца материала; m - темп измерения температуры; удельная теплоемко.сть С „а рассчитывается по двум предыдущим характеристикам

- р - плотность материала в момент

измерения р 4M/1t D l М - масса, D - диаметр и 1 - толщина (высота) образца материала „

Все входящие в уравнения параметры определяются в опыте при измерении.

Предлагаемое устройство рассчитано для работы в температурном режиме О - 90°Со С помощью двухстороннего нагревателя при измерениях, контролируемому образцу дается импульс тепла, обеспечивающий приращение температуры контролируемого образца на 4-6 С вьше установленной с помощью термостата температуры системы.

Выполнение на торцевых поверх- НОС.ТЯХ нагревателя неглубоких канавок, сходящихся в виде лучей к боковой поверхности нагревателя в верхней его части и соединенных межДУ собой отверстиями, обеспечивает возможность воздуху, который скапливается у нагревателя при уплотнении контролируемых образцов сыпучих материалов, выходить вверх в продольный паз держателя за его пределы. Удаление воздуха при уплотнении способствует получению более однородной по плотности структуры образцов, что повышает точность измерения.

Фо рмула нзобретения

Устройство для измерения тепло- Физических характеристик сьтучих материалов, содержащее держатель, образ- .ца в виде гладкостенной цилиндричес5097026

кой трубы, в центре которой установлен плоский двусторонний нагреватель две термостатированных лсамеры, раз- 5 метенные с возможностью осевого перемещения по обе стороны от нагревателя, и датчики температуры в центре нагревателя, о тличающе- е с я тем, что, с целью повышения 10 точности измерения теплофизических характеристик путем обеспечения однородной по плотности структуры образцов, на обеих торцовых поверхностях

нагревателя выполнены канавки, сое- 5 Диненные между собой отверстиями и сходящиеся в виде лучей к боковой поверхности нагревателя в верхней его части.

Изобретение относится к физическим измерениям, а именно к устройству для определения теплофизических характеристик сыпучих материалов. Цель изобретения - повышение точности определения путем обеспечения однородной по плотности структуры образцов. На обеих поверхностях двухстороннего нагревателя выполнены канавки, сходящиеся в виде лучей к внешнему диаметру нагревателя в верхней его части и соединенные между собой отверстиями. 3 ил.

1

фиг. 2

Слои термопары

Фие.З