Способ определения утечек тепла по проводам калориметра Советский патент 1992 года по МПК G01K17/00 

Изобретение относится к измерениям количества тепла, а именно к способу определения утечек тепла по проводам калориметра, и может быть использовано для прецизионных измерений теплофизических параметров.

Известен, например, способ определения утечек тепла по проводам калориметра посредством дифференциальной термопары, заключающийся в нахождении градиента температур в проводах и вычислении утечек тепла по аналитической зависимости 1J.

Недостатком данного способа является то, что в аналитическую зависимость подставляют расчетный предполагаемый градиент температур по длине провода, что снижает точность определения утечек тепла.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению (прототип изобретения) является способ определения утечек тепла по проводам, заключающийся в пропускании постоянного электрического тока через гра- дуировочный элемент и измерении джоулевой мощности, выделяемой на нем при стационарном режиме работы прибора с последующим вычислением утечек тепла с помощью аналитической зависимости 2.

Недостатком способа является то. что он позволяет определять утечки тепла только теплопроводимостью, и при этом не учитываются утечки тепла конвекцией и излучением, а это увеличивает погрешность измерения теплофизических параметров.

Цель изобретения - повышение точности определения утечек тепла по проводам калориметра.

Цель достигается . что в способе при неизменной джоулевой мощности для разч|ел

00

сл ю

иых диаметров прэводав производит изме рение чувствительности и сигнала калориметра, по которым экстраполяцией определяют чувствительность и сигнал ка- лориметра при отсутствии проводов, а вычисление утечек теппа осуществляют по математическому выражению

-w-деМ

где W - джоулевая мощность, выделяемая на градуировочном элементе;

Е (Фп) сигнал калориметра в зависимости от диаметра проводов;

К (Фп) - чувствительность калориметра в зависимости от диаметра проводов;

Е( Ф 0) - сигнал калориметра при отсутствии проводов,

К{ Ф 0) - чувствительность калориметра при отсутствии проводов.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявленный способ отличается применением временной последовательности операций, выполняемых с калориметром и набором однородных проводов одинакового сечения; возможностью определения утечек тепла по проводам калориметра с учетом утечек за счет теплопроводимости, конвекции и излучения с боковой поверхности провода; использованием новой расчетной формулы при нахождении утечек тепла.

Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию новизна.

Предлагаемое изобретение осуществлено при помощи устройства, схема которого приведена на фиг. 1; на фиг. 2 изображена зависимость чувствительности калориметра от диаметров проводов; на фиг. 3 показана зависимость сигнала калориметра от диаметра проводов.

Устройство содержит калориметр 1, градуировочный элемент 2, сигнальные 3 и потенциальные 4 провода, которые подсоединены к вольтметру, токовые провода 5 подключены к образцовой катушке 6 сопротивления и источнику 7 питания постоянного тока.

Поскольку не обнаружено технических решений, имеющих признаки, сходные с отличительными признаками нашего предложения, можно сделать вывода о соблюдении критерия существенные отличия.

Способ осуществляется следующим образом

Помещают калориметр 1, например, с набором однородных медных проводов диамотров 0,4 мм (Ф1) (токо§ых 5 и альмых А) одинакового сечаний в термостатированные условия, Пропуская электрический ток от источника 7 питания через токовые

провода 5 и градуировочный элемент 2, определяют джоулевую мощность, выделяющуюся на нем, с помощью регистрации падения напряжения U потенциальными проводами 4 и тока I, проходящего через

образцовую катушку 6 сопротивления, При стационарном режиме работы калориметра измеряют его чувствительность К (cbi) и сигнал Е (Ф1). Затем проводят вышеперечисленные измерения с другими диаметрами

проводов (Ф2 0,25 мм и Фз 0,10 мм) при постоянной мощности, выделяемой на грз- дуировочном элементе. Причем для построения зависимостей К (Фп) и Е (Фп) достаточно провести измерения К и Е при 2-3

диаметрах проводов одного сечения, например 0,1, 0,3 и 0,5 мм, после чего находят с помощью построенных на фиг. 2 и 3 зависимостей чувствительность К ( Ф 0) и сигнал Е (Ф 0) калориметра путем экстраполяции

полученных прямых в сторону уменьшения диаметров проводов до точки пересечения прямых с осью ординат, т е. при отсутствии проводов. Далее определяют утечки тепла из калориметра для различного набора диаметров проводов по формуле

qym(wn &«),.

где п - количество наборов проводов (п - 1, 2, 3 . . N) Так, например, для нашего случая при диаметре проводов Фт 0 20 мм утечки тепла по медным проводам калориметра составят

Qym (Фт)0,20) 0. -1.1 0,76

1,66-Ю3 Вт;

1.3-0,65

45

или

Лп Qy™ (фт 0.2) п„,

Aqym- HJ °

С другой стороны, измерение утечек тепла способом (прототипом)даст значение для Фт 0,2 мм,

дут(Фт 0,2) 0,9б-10 3 Вт

или

An Ош1Фт 0,2) По70/

ii QymI . I I U 3 / /о.

т.е. получим занижение погрешности измерения Aqym( Фт 0,2) на 0,43%. Такое раз- личие можно объяснить тем. что в способе (прототипе) измеряют утечки тепла по проводам только с учетом теплопроводности, без учета конвекции и излучения с боковой поверхности провода, а это вносит дополнительную ошибку а конечном результате измерения теплофиэических параметров,

Таким образом, предлагаемый способ определения утечек тепла в проводах калориметра позволяет сравнительно с прототи- пом повысить точность прецизионных теплофизических параметров с учетом утечек тепла примерно на 1 %,

Формулаизобретения

Способ определения утечек тепла по проводам калориметра, включающий пропускание постоянного электрического тока через градуировочный элемент калориметра, измерение джоулевой мощности на гра- дуировочном элементе калориметра и вычисление утечек тепла, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности определения утечек тепла по проводам калориметра, при неизменной джоулевой мощности для разных диаметров производят измер§ни@ чувствительности и сигнала калориметра, по которым экстраполяцией определяют чупстоигвльность и сигнал ка- /юримогря при отсутствии проводов, а вычисление утечек тепла осуществляют по математическому выражению

Рут (Фгп) - W 1 где W - джоулевая мощность на градуиро- вочном элементе калориметра;

Е (Фп) - сигнал калориметра в зависимости от диаметра проводов;

К (Фп) - чувствительность калориметра в зависимости от диаметра проводов;

Е( Ф 0) - сигнал калориметра при отсутствии проводов;

К( Ф 0) - чувствительность калориметра при отсутствии проводов.

Изобретение может быть использовано в теплофизике, теплоэнергетике и калориметрии и позволяет повысить точность измерения теплофизических параметров. Для этого в способе, включающем пропускание постоянного электрического тока через гра- дуировочный элемент и измерение джоуле- вой мощности, выделяемой на нем при стационарном режиме работы прибора, с последующим вычислением утечек тепла с помощью аналитической зависимости, вводят новые операции, а именно измеряют чувствительность и сигналы калориметра при различных диаметрах проводов и неизменной джоулевой мощности, выделяемой на градуировочном элементе, причем каждое измерение проводится с набором однородных проводов одинакового сечения, находят чувствительность и сигнал калориметра при отсутствии проводов и определяют утечки тепла для различных диаметров проводов по математической формуле. 3 ил. (Л С

к,

Hi 3m

О

OJ

0,2 Фие. i

OJ

0,2 о,з of 05 -, ,

Фиг.З

0.3 О Ь

0,5 ф,мм