Устройство для определения теплопроводности материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения теплопроводности материалов.

Цель изобретения - упрощение процесса измерения.

Введение в устройство дополнительной емкости, заполненной теплоносителем, позволяет упростить процесс измерения теплового потока, который находится на основании измерения времени полного плавления вышеуказанного теплоносителя, а воздушный зазор между этой емкостью и холодильником препятствует нагреву теплоносителя со стороны холодильника. Таким образом, нагрев теплоносителя в дополнительной емкости осуществляется только тепловым потоком, проходящим через образец. При достижении теплоносителем дополнительной емкости температуры плавления исключается теплообмен с холодильником за счет того, что данный теплоноситель иден-лгчен теплоносителю холодильника.

На чертеже дано предлагаемое устройство.

Устройство содержит холодильник 1, выполненный в виде сосуда с теплоносителем из чистого высокотеплопроводного металла (олова), электронагреватель 2, дополнительную емкость 3 с чистым высокотеплопроводным материалом (оловом), исследуемый образец 4, нагреватель 5, например электрического типа, и сосуд 6, заполненный чистым высокотеплопроводным металлом (цинком). Электронагреватель 2

0

ел

00

о ел

-U

гредмазиачен доя нагрева металла в хрлодняышке 1 до рабочей температуры, рапной температуре плавления, и полного расплавления металла. Термопара 7 и милливольтметр 8 контролируют температуру холодильника. Отверстие 9 сообщает внутреннюю полость холодильника 1 с атмосферой и обеспечивает свободное расширение металла при нагреве. Плоская теплооб- менная поверхность 10 холодильника установлена с зазором 11 по отношению к зеркалу металла в дополнительной емкости 3. Выступающие края дополнительной емкости 3 уплотняют этот зазор по периферии. Время полного плавления металла в дополнительной et- кости 3 фиксируется термопарой 12, образованной металлом в этой емкости и электродом, размещенным в основачип дополнительной емкости, совместно с милливольтметром 13 и таймером 14. Сосуд 6 выполнен с при- ч-яом 15, верхняя часть которого сообщена с атмосферой при помощи отверстия 16. Температура нагревате- лt 3 регистрируется термопарой 17 и милливольтметром 18. Детали устройства защищены теплоизоляцией, состоящей из оснований 19, цилиндра 20 крыпки 21 и вставки 22. Устройство установлено на станине 23, в верхней ч чети которой размещен винт 24 с рукояткой 25. Пластина 26 соединена с впитом 24, а через теплоизолирующую 21 - с холодильником 1.

Перед началом испытаний образец 4 мпопшпелыюя емкость 3 с термопарой 12 и вставка 22 изъяты из уст- pi йс 1ва и имеют комнатную температуру. Включают электронагреватель 2 ч л прогрева и плавления олова в ол,)дп ьчике 1, при этом температура о иг.а не должна превышать температу- рч его плавления (231,9°С). Одновременно с этим включают нагреватель 5 для поргрева и плавления цинка в сосуде 6. Температура цинка не должна превышать температуры его плавления (694,4°С). При этом температура металла во всех точках сосуда 6 и холодильника 1 одинакова и равгг температуре его плавления, что обусловлен свойств aim чистых высокотепло- проводных металлов. После достижения металлами в сосуде 6 и холодильнике гзочч рабочих температур образец 4, поп -тигельная емкость 3 с термопаро

0

5

0

5

0

5

0

5

0

12 и вставку 22 устанавливают между сосудом 6 и холодильником 1. Поворотом винта 24 прижимают детали устройства друг к другу, обеспечивая беззазорный контакт образца с дополнительной емкостью 3 и сосудом 6. Образец 4 прогревается за счет переноса тепла в основном от сосуда 6, поскольку воздушный зазор 11 является достаточно хорошим теплоизолятором. На поверхности образца, контактирующей с сосудом 6, устанавливается во всех точках одинаковая температура, равная температуре плавления цинка, i При достижении на противоположной поверхности образца температуры, равной температуре плавления олова, в образце устанавливается стационарное распределение температуры и олово в дополнительной емкости 3 начинает плавиться, обеспечивая по всей контактирующей с этой емкостью поверхности образца установление температуры, одинаковой во всех точках и равной температуре плавления олова. Наличие зазора 11 является причиной приоритетного повышения температуры на дне дополнительной емкости 3, а не на поверхности металла. Температура в емкости 3 неизменна, пока олово полностью не расплавится. В течение всего периода плавления олова в дополнительной емкости 3 тепло к нему подводится только от металла в сосуде 6 через образец 4, поскольку металл в холодильнике 1 на ходится при температуре, равной температуре плавления металла в дополнительной емкости 3, и теплообмена между ними не происходит. При известности количества тепла, идущего на плавление олова в дополнительной емкости 3 (которое определяется из уравнения О , где га - масса олова; L - теплота фазового перехода) , и времени полного плавления олова (и), коэффициент теплопроводности образца 4 вычисляют по формуле

S-,

Ъ

7т, - TfcH-F

5

где

F - площадь поверхности образца, контактирующей с дополнительной емкостью;

Т 4, Т Ј - соответственно температура плавления металла в сосуде и в дополнительной емкости. Время полного плавления олова в дополнительной емкости равно времени, в течение которого температура основания дополнительной емкости (или температура на дне емкгости) равна температуре на поверхности ме талла и равна температуре плавления металла в этой емкости. Указанное время фиксируют таймером 14 по показанию термопары 12 и милливольтметра 13 о

Использование изобретения позволяет упростить процесс измерения за счет упрощения определения теплового потока, проходящего через исследуемый образец. Формула изобретения

Устройство для определения теплопроводности материалов, содержащее нагреватель и холодильник, выполнен1658054

ные в виде сосудов с теплоносителями, температура фазового перехода котпрых соответствует температуре измерения, нагреватели для поддержания заданного температурного режима в сосудах, датчики температуры и емкость для размещения образца из исследуемого материала между нагревателем и холодильником, отличающееся тем, что,с целью упро- гцения процесса измерения,оно содержит дополнительную емкость, разметенную между холодильником и емко5 стыо для размещения образца с воздушным зазором по отношению к Холодильнику, при этом дополнительная емкость заполнена теплоносителем, идентичным теплоносителю холодильника „

24 25

Изобретение относится к экспериментальной теплофизике и может быть использовано для определения теплопроводности материалов. Цель изобретения - упрощение процесса измерения. Устройство содержит последовательно расположенные сосуд с теплоносителем, исследуемый образец, дополнительную емкость и холодильник. При этом теплоноситель дополнительной емкости идентичен теплоносителю холодильнику, отделенного от дополнительной емкости воздушным зазором. 1 ил.