Контактное нагревательное устройство для определения теплофизических свойств неметаллических материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N25/18 

Изобретение отно сится к области теплофизических исследований, в частности к определению теплофизических свойств неметаллических материалов при монотонном и ступенчатом нагреве.

Целью изобретения является повышение надежности и точности определения теплофизических свойств веществ при монотонном и ступенчатом нагреве, а также расширение класса исследуемых материалов.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит два теплопрово- дящих стержня 1, один из которых закреплен, а другой является подвижным с возможностью перемещения вдоль оси,

каждый из стержней снабжен нагревателем 2 в виде электроспирали, контактирующей со стержнем через кварцевую трубку 3. Наружная поверхность нагревателей теплоизолирована при помощи изоляции 4. Кроме того, устройство содержит теплозащитные кольца 5 в виде насадок на стержни, каналы 6 для размещения спаев термопар и патрубок 7 для заполнения пространства между стержнями и насадками соответствующей средой.

Устройство работает следующим образом.

Верхний стержень поднимается на высоту, достаточную для удобства размещения образца в пространстве между

О

VI О СО

со ю

торцами. Образец располагается на рабочем месте между торцовыми поверхностями стержней. Верхний стержень опускается и зажимает образец с регулируемым усилием. Затем включается нагревательное устройство через регулятор, который обеспечивает монотонный закон повышения температуры, близкий к линейному, вида Т TJVt, где Тч - начальная температура; V - скорость нагрева (средняя скорость нагрева 0,1°С/мин); t - время.

Обработка результатов испытаний про- -изводится по следующим формулам.

Теплопроводность Л -р- ( 1 -

I - высота образца; Р0 - тепловое сопротивление образца; aft- поправка на тепловое расширение образца.

|2

Температуропроводность а ог

I/ Теплоемкость С -AT - h, где AT перепад температуры на батарее термопар; m - масса образца; К, h - постоянные калориметра, определенные путем калибрования установки.на эталонном образце с известными свойствами.

Организация теплозащиты утечек тепла с боковых поверхностей образца производится следующим образом. На концы стержней надеты с рабочих сторон две охранные кольцевые насадки, выполненные из более теплопроводного материала по отношению к тепяопроводящим стержням (например, из меди, покрытой слоем никеля или хрома для защиты от коррозии). Охранные кольцевые насадки плотно припаяны к стержням твердым пропоем и снабжены торцевыми уплотнениями. Поскольку охранные кольцевые насадки своими торцовыми поверхностями обращены непосредственно к электроспирали, тепло от нагревателя поступает к ним как непосредственно от спиралей, так и от основных стержней.

Толщина кольцевых насадок подбирается так, чтобы их температуры и температура стержней нагревателя были одинаковыми. Тогда перепад температуры в зазоре будет отсутствовать и потери тепла через боковые поверхности сведутся к нулю. Эксперимент показывает, что без охранных колец температура вдоль радиуса торцовой поверхности нагревателя изменяется на 15°С. При наличии кольца изменение температуры не улавливается прибором с точностью измерений 0,5%.

Необходимо отметить, что защитные кольцевые насадки могут здесь служить не только для предотвращения утечек тепла, но также и для ограждения нагреваемого

пространства с образцом от внешней воздушной окислительно-агрессивной среды и при необходимости позволяют заполнять это пространство инертным газом, например азотом,через входные и выходные патрубки. При наличии защитной среды нагревательное устройство можно также использовать для анализа процессов терморазложения веществ не только в среде газообразных продуктов собственного

разложения, но и в инертной среде, что существенно расширяет возможности предложенного устройства, так как позволяет расширить класс испытуемых материалов, включая неорганические и композиционные материалы, на.рев которых происходит с выделением газов, а также размягчающихся или подвергающихся окислению и другим взаимодействиям с внешней средой.

В то же время в предлагаемом устройстве возможна продувка пространства, где расположен испытуемый образец, инертным газом. Наличие торцовых уплотнений на кольцевых насадках позволяет осуществлять испытания материалов при повышенных давлениях среды и сжатии образца. При этом возможен отбор проб продуктов разложения исследуемых материалов. Формула изобретения

Контактное нагревательное устройство для определения теплофизических свойств неметаллических материалов, состоящее из теплоизолирующего корпуса, измерителей тем перату ры, двух теп л оп роводя щих стержней, установленных с возможностью поступательного перемещения вдоль общей оси, теплозащитных колец, нагревателя, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и точности определения теплофизических свойств веществ при монотонном и ступенчатом нагреве, а также расширения класса исследуемых материалов, теплозащитные кольца выполнены в виде насадок, плотно припаянных твердым припоем ктеплопроводящим стержням, выполненных из более теплопроводного материала по отношению к теплопрсводящим стержням и снабженных торцевыми уплотнениями, причем каждый из стержней снабжен своим

нагревателем, а устройство выполнено с возможностью заполнения пространства между насадками и стержнями через патрубок инертной средой.

Изобретение касается теплофизических исследований, в частности определения теплофизических свойств неметаллических материалов при монотонном и ступенчатом нагреве. Целью изобретения является повышение надежности и точности определения теплофизических свойств веществ при монотонном и ступенчатом нагреве, а также расширение класса исследуемых материалов. Цель достигается тем, что теплозащитные кольца в устройстве выполнены в виде насадок на теплопроводящие стержни из более теплопроводного материала по отношению к стержням и плотно припаяны к ним, а также снабжены торцовыми уплотнениями, причем все устройство выполнено с возможностью заполнения пространства с образцом между насадками и теплопрово- дящими стержнями инертной средой. 1 ил. у Ё