Устройство для теплофизических измерений Советский патент 1989 года по МПК G01N25/18 

1

(21)4384759/31-25

(22)29.02.88

(46) 30.10.89. Бюп. № 40

(71)Харьковский государственный университет им.А.М.Горького

(72)Б.А.Мерисов, А.А.Завгородний, О.А.Гавренко и Г.М.Злобинцев

(53)536.2 (088.8)

(56)Eine Apparatur for cliessungen von War mekepazitaten zwischen, 2 und 30 К - Expic mentelle Technik der Physik, 1977, № 4, s.300-304.

Авторское свидетельство СССР № f092395, кл. G 01 N 25/18, 1983.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕШЮФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

(57)Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к устройствам для измерений теплофизичес- ких свойст веществ. Цель изобретения- упрощение устройства и расщирение температурного диапазона испытаний. Устройство включает сосуд Дьюара, заполняемый хладагентом размещенный внутри сосуда Дьюара корпус, измери- тельную ячейку и теплопровод. Теплопровод выполнен ввиде сочлененных высокотеплопроводного стакана и цилиндрического элемента из малотеплопроводного материала, продолжающего стенку стакана. Свободный торец цилиндрического элемента закреплен на крышке корпуса и открыт для соединения с внутренним объемом сосуда Дьюара. Измерительная ячейка крепится к дну стакана. Внутри цилиндрического элемента размещен поршень с возможностью продольного перемещения. Глубина стакана превьщ1ает толщину поршня. Изменение положения поршня меняет тепловое сопротивление между измерительной ячейкой и хладагентом. При опускании поршня на дно стакана хладагент непосредственно контактирует с высокотеплопроводным стаканом. Широкий диапазон изменения теплового сопротивления обеспечивает расширение температурного диапазона испытания при фиксированной температуре хладагента. Достигается также упрощение устройства за счет сокращения числа элементов, осуществляющих тепловую связь измерительной ячейки и хладагента.

(Л

СП

00

S

Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к устройствам для измерений теплофизических свойств веществ. Цель изобретения - упрощение устройства и расширение температурного диапазона испытаний. Устройство включает сосуд Дьюара, заполняемый хладагентом размещенный внутри сосуда Дьюара корпус, измерительную ячейку и теплопровод. Теплопровод выполнен в виде сочлененных высокотеплопроводного стакана и цилиндрического элемента из малотеплопроводного материала, продолжающего стенку стакана. Свободный торец цилиндрического элемента закреплен на крышке корпуса и открыт для соединения с внутренним объемом сосуда Дьюара. Измерительная ячейка крепится к дну стакана. Внутри цилиндрического элемента размещен поршень с возможностью продольного перемещения. Глубина стакана превышает толщину поршня. Изменение положения поршня меняет тепловое сопротивление между измерительной ячейкой и хладагентом. При опускании поршня на дно стакана хладагент непосредственно контактирует с высокотеплопроводным стаканом. Широкий диапазон изменения теплового сопротивления обеспечивает расширение температурного диапазона испытания при фиксированной температуре хладагента. Достигается также упрощение устройства за счет сокращения числа элементов, осуществляющих тепловую связь измерительной ячейки и хладагента.

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к устройствам для измерений теплофизических свойств веществ.

Цель изобретения - упрощение устройства и расширение температурного диапазона испытаний.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит теплопровод, состоящий из стакана 1, выполненного -из материала с высокой теплопроводностью, например меди и соединенного со стаканом трубчатого элемента 2, изготовленного из материала с низкой теплопроводностью, например нержавеющей стали, поршень 3, установленный в трубчатом элементе 2 с возможностью

продольного перемещения посредством тяги, вакуумный корпус 4, в котором монтируется теплопровод и измеритель ячейка, ячейка включает в себя исследуемьп1 образец 5, печи 6 и 7, термометры 8, а также защитные экра- 1-1,, обеспечивающие проведение и змере кий (не показаны). Все устройство рлзмецело в сосуде 9 Дьюара. Верхняя часть сосуда Дьюара, содержащая приспособления для заливки гелия и откачки его паров, вывода измерительны протюдов и прочего на чертеже не пок гьлна. Поршень 3 может быть изготов- jiCH из материала с любым коэффициентом теплопроводности: меди, нержавею |;;ей стали, фторопласта и др. Диаметр поршня должен обеспечивать свободное бсг затираний перемещение ее в труб- элементе 2. Глубина стакана ;1о;1жна превышать поршня 3. Внутренняя полость трубчатого элемента 2 со сторон его свободного торца соединена с полостью сосуда 9 Дьюара являющегося емкостью для хладагента. Трубчатьш элемент должен быть жестко зачрсгшен в расточке стакана 1 с обепечением герметичности. Вакуум в корпусе 4 обеспечивается вакуумными на- (не показаны) через трубку 10 Устройство работает cлeдyюtt им об- р;ззом.

Сосуд 9 Дьюара заполняют криогенной жидкостью таким образом, чтобы ее уровень был вьпие верхнего уровня трубчатого элемента 2. Поршень 3 при этом находится в трубчатом элементе 2. В нижнем положении поршня 3, т.е. когда она находится в выточке стакана 1, хладагент заполняет весь объем 1 рубчатого элемента 2 над поршнем 3. При этом хладагент контактирует.с материалом стакана 1, выступающим над поршнем 3, и охлаждает его до собстBeHHOi i температуры,, т.е. до ,2 К в случае яащкого гелия. Температура ни л(е 4,2 К (до. 1,5 К) достигается откачкой паров гелия над поверхностью жидкости. Для проведения измерений в установленном диапазоне температур поршень 3 посредством тяги перемещаю по трубчатому элементу, фиксируя в заданных положениях. При этом, благодаря напичию зазора между поршнем 3 и элементом 2, в пространство между поршнем и цилиндрическим элементом проникает небольшое количество хладагента, который испаряясь, за

5 0 5 o

5

0

5

0

5

полняет образующийся при подъеме за- ГЛУП1КИ объем и препятствует проникновению туда хладагента. Давление газа в объеме равно давлению столба хладагента над заглушкой.

Перемещением поршня 3 по трубчатому элементу 2 задают величину тепло- сопротивления между хладагентом и стаканом 1, которое реализуется материалом стенок трубчатого элемента. Изменением теплосопротивления изменяют температуру холодного конца исследуемого образца 5, который находится в непосредственном контакте со стаканом 1. Более тонкую регулировку температуры образца осуществляют посредством электронного терморегулятора, элементом которого является печь 6.

Пример. Внутренний диаметр трубчатого элемента 2, выполненного из нержавеющей стали, равен 20 мм, длина 60 мм. Поршень 3 выполнен из фторопласта толщиной 5 мм. Глубина стакана 8 мм. В сосуд 9 Дьюара для измерений заливается 2,5 л жидкого гелия. Процесс измерений не отличается от измерений на устройстве-прототипе.

По сравнению с известным в предлагаемом устройстве существенно упрощена конструкция за счет исключения длинного и сложного теплопровода и колпака в виде сосуда Дьюара, а также повышена надежность устройства за счет исключения узла теплопровод - колпак, уменьшены вес и габариты. За счет более широкого диапазона изменения теплового сопротивления теплопровода расширен температурный диапазон испытаний.

При одинаковых габарп ах измерительной ячейки и объеме хладагента, температурный диапазон измерений в предлагаемом устройстве с использованием только жидкого гелия расширен до 1,5-150 К по сравнению с 1,5- 80 К у известного устройства.

Таким образом, предлагаемое устройство может найти широкое применение при теплофизических испытаниях с использованием жидких сред для задания температурного уровня испытаний, в первую очередь это относится к испытаниям с использованием криогенных сред. Формула изобретения

связывающий объект испытаний с емкостью для хладагента, выполненный в виде стакана из высокотеплопроводно- го материала и соединенного с ним трубчатого элемента, выполненного из материала с низкой теплопроводностью, сопряженного с боковой стенкой стакана, отличающееся

тем, что, с целью упрощения устройст- ю толщину поршня,

ва и расширения температурного диапазона испытаний, в трубчатом элементе размещен поршень с возможностью его продольного перемещения.

2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что глубина внутренней полости стакана превьппает