Устройство для измерения теплофизических свойств Советский патент 1991 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к измерениям теплофизических свойств веществ.

Цель изобретения - расширение диапазона режимов измерения теплофизических свойств.

На чертеже представлено схематическое изображение устройства.

Устройство содержит корпус 1, теплоизоляционную оболочку 2 и теплоизмеритель- ную ячейку для образца 3, образец размещен между стержнем 4 и тепломером 5. Последний установлен на основании 6, которое через теплоизоляционную прокладку 7 соединено с теплообменником 8. Охранная оболочка 9 имеет с основанием хороший тепловой контакт и образует с ним замкнутую полость.

Устройство снабжено также сосудом 10 с криогенной жидкостью. К теплообменнику присоединена U-образная трубка 11, которая введена в сосуд 10 через его горловину. В нижнем конце трубки сделано отверстие 12, которое перекрывается электромагнитным клапаном 13. В нижней части трубки 11 размещен нагреватель 14, который создает избыточное давление в сосуде 10 за счет испарения криогенной жидкости. Сосуд герметизируется прокладкой 15 по пробке 16. Система 17 регулирования поддерживает заданный перепад температуры на образце, а система 18 регулирования обеспечивает изменение температуры стержня с заданной скоростью. В основании 6 и теплообменнике 8 установлены спаи дифО

со

СП

о ю

00

ференциальной термопары, сигнал которой поступав1 на вход системы 19 регулирования, которая поддерживает на прокладке разность температур, обеспечивающую сток теплоты от основания и охранной оболочки на теплообменник, необходимый для поддержания требуемого режима опыта.

Работа устройства в режиме охлаждения,

В начальный момент температура всех деталей устройства равна температуре окружающей среды. Включением нагревателя 14 создают в криогенном сосуде (например, транспортном сосуде Дьюара) избыточное давление. На вход системы 19 регулирования при нулевом перепаде температуры на прокладке поступает максимальный сигнал, что приводит к полному открытию отверстия 12 магнитным клапаном 13. Газ через открытый конец трубки под давлением поступает в трубку 11, засасывает жидкость, и создавшейся парожидкостной смесью с максимальной концентрацией жидкой фазы начинает охлаждаться теплообменник 8 а вместе с ним и остальные детали еплоизмерительной ячейки. На прокладке 7 устанавливается заданный перепад температуры Unp, после чего система 19 регулирования поддерживает заданный перепад Unp. Система 18 регулирования, управляя нагревателем в основании б, обеспечивает охлаждение с заданной скоростью Ь, а система 17 регулирования нагревателем в стержне поддерживает заданную разность температур на образце Кобр. Разность температур на тепломере устанавливается в зависимости от соотношения тепловых сопротивлений образца и тепломера и измеряется в опыте. Теплопроводность рассчитывается по известному соотношению.

Наличие в устройстве U-образной трубки, соединяющей теплообменник и сосуд с криогенной жидкостью, имеющей открытый конец выше уровня жидкости и регулируемое отверстие в нижней, погруженной, части, позволяет получать дисперсный парожидкостный поток хладагента с различной концентрацией жидкой фазы (от нулевой до предельной) при полностью открытом нижнем отверстии, что обеспечивает широкий диапазон режимов измерений.

сокое качество регулирования температуры основания.

Толщина прокладки 7 выбирается из следующих соображений. Наибольший теплосток должен быть обеспечен при температуре основания, равной температуре кипения криогенной жидкости, так как при этом имеет место наибольший теплоприток через теплоизоляцию. Кроме того, следует

отвести мощность, выделяющуюся в стержне и основании. Уравнение теплового баланса для теплоизмерительной ячейки имеет вид

Л/+ЛИз(Хср-1о)Ц,р,

где W - мощность, выделяющаяся в стержне и основании;

Лиз тепловая проводимость между корпусом устройства и боковой поверхностью теплоизмерительной ячейки;

tcp.to - температура среды и температура кипения криогенной жидкости;

Я , S,h - теплопроводность, площадь и толщина прокладки;

Unp- разность температур на прокладке.

Из (1) следует соотношение для выбора толщины прокладки:

(1)

h -

ASU

Л/+Лиз()

(2)

Значение разности Ucp выбирается минимальным, чтобы получать более низкую

среднюю температуру образца, но оно должно быть больше пульсации температуры теплообменника. Обычно Unp 2-5 К, Таким образом, наличие U-образной трубки с открытым концом выше уровня жидкости, и

регулируемым отверстием в нижней части, а также наличие теплоизоляционной прокладки между основанием и теплообменником позволяют охлаждать систему парожидкостной смесью с регулируемым

расходом, обеспечить определенный тепло- сток от измерительной ячейки на теплообменник и тем самым создать условия для проведения испытаний в требуемом режиме охлаждения или нагрева.

Изобретение может быть использовано при физических исследованиях и в приборостроении при создании теплофизических приборов.

Изобретения относится к тепловым испытаниям, а именно к измерениям теплофи- зических свойств веществ. Цель изобретения - расширение диапазона режимов измерения теплофизических свойств. Устройство реализует динамический режим нагрева или охлаждения измерительной ячейки, включающей источник нагрева и тепломер, определяющие испытуемый образец. Основание ячейки снабжено теплообменником с трубкой, соединяющей его с сосудом с криогенной жидкостью. Между основанием и ячейкой введена теплоизолирующая прокладка, а трубке в сосуде придан U-образный вид с открытым коленом выше уровня криогенной жидкости и с отверстием в нижней части под уровнем жидкости. Система регулирования, воздействуя на проходное сечение трубки со стороны хладагента, обеспечивает расширение диапазона изменения скоростей измерительной ячейки, причем за счет теплоизолирующей прокладки не только снижаются пульсации температур динамического нагрева, но и сокращается расход хладагента. 1 ил. Ё

При этом теплоизоляционная проклад- ка 7 позволяет обеспечить при заданной разности температур на ней Unp наименьшую мощность в системе регулирования, экономию криогенной жидкости, более выФормула изобретения Устройство для измерения теплофизических свойств, содержащее корпус, внутри которого размещена окруженная теплоизоляционной оболочкой теплоизмерительная

ячейка, включающая основание с нагревателем в виде пластины и охранную оболочку, образующую вместе с основанием замкнутую полость, на основании внутри этой полости размещены стержень с нагревателем и тепломер, между которыми установлен образец, основание снабжено теплообменником с трубкой, соединяющей его с сосудом с криогенной жидкостью и снабженной нагревателем, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона режимов измерения теплофизических свойств, между основанием и теплообмен0

ником дополнительно введена теплои оля- ционная прокладка, трубка выполнена U-об- разной с открытым концом выше уровня жидкости в сосуде с криогенной жидкостью и с отверстием в нижней части для регулирования расхода жидкости, дополнительно введены дифференциальная термопара Со спаями в основании и теплообменнике с системой регулирования и термопара со спаем в основании с системой регулирования, выход которой подключен к нагревателю основания.