СПОСОБ КАЛИБРОВКИ КАЛОРИМЕТРИЧЕСКОГО ИЗМЕРИТЕЛЯ ИМПУЛЬСНОЙ ЭНЕРГИИ Советский патент 1968 года по МПК G01K19/00 

Известны способы калибровки измерительных калориметрических приборов, использующие энергию разряда конденсаторной батареи через подогреватель калориметра или способ калибровки по полной теплоемкости калориметрической головки теплотехническими методами. Эти способы громоздки или дают малую точность.

Предложен способ калибровки калориметрической головки прибора для измерения импульсной энергии, основанный на использовании формулы:

где W - поглощенная калориметром импульсная тепловая энергия;

Р - тепловая мощность постоянного теплового источника, полученная путем пропускания постоянного тока через подогреватель, имеющий хороший тепловой контакт с телом калориметра;

e_макс - максимальная э.д.с. батарей термопар, развиваемая после воздействия на калориметр тепловой импульсной энергии, время действия которой намного меньше постоянной времени калориметра;

е - электродвижущая сила батареи термопар, развиваемая при воздействии на калориметр постоянного теплового источника мощности Р;

τ - постоянная времени калориметра, т.е. промежуток времени, за который э.д.с. батареи термопар уменьшается в раз ( - основание натурального логарифма) при остывании, когда тепловые источники не действуют.

Для осуществления калибровки может быть использовано устройство, изображенное на чертеже.

Оно содержит головку 1 калориметра, батарею 2 термопар, гальванометр 3, тело 4 с большой теплопроводностью и подогреватель 5.

Калориметр состоит из медной конусной модели черного тела с малым углом раскрыва при вершине. Большая теплопроводность меди приводит к быстрому распределению тепла по толщине калориметрического тела, а изменение средней температуры по длине конуса уменьшает неэквивалентность тепловых потерь. Среднее повышение температуры нагрева конуса индуцируется при помощи батареи термопар 2 и гальванометра 3 относительно массивного тела с большой теплопроводностью 4, имеющего постоянную температуру. На внешней поверхности конуса смонтирован подогреватель, у которого хороший тепловой контакт с массой конуса и через который можно пропускать постоянный ток и выделять определенную мощность.

При измерении импульсной энергии, время действия которой намного меньше постоянной времени калориметра, максимальная термо-э.д.с. и батареи термопар будет:

где K - постоянная термобатареи в мв/град;

С_э - полная теплоемкость калориметрической головки, учитывающая теплоемкость крепежных деталей и батареи термопар в дж/град;

W - выделившаяся энергия, дж.

Постоянную K термобатареи можно определить из стационарного режима работы калориметра, когда в нем рассеивается определенная величина мощности постоянного тока, которая после решения уравнения теплопроводности приводит к следующей термо-э.д.с.

где Р - мощность постоянного тока, вт;

α_э - полный теплообмен калориметрической секции с внешней средой, учитывающий потери тепла через теплопроводность крепежных деталей и термобатареи.

Если теперь из уравнения (3) определить постоянную термобатареи K, которая остается постоянной при импульсных и непрерывных измерениях, и подставить в выражение (2), то получим:

В последнем выражении отношение полной эффективной теплоемкости к полному эффективному теплообмену калориметрической секции представляет собой постоянную времени прибора . Таким образом, выражение (4) в окончательном виде запишется:

Для определения поглощаемой калориметром энергии, время действия которой намного меньше постоянной прибора, необходимо знать максимальную термо-э.д.с. батареи термопар е_макс, постоянную времени калориметра τ, мощность постоянного тока Р, вызывающую термоэлектродвижущую силу е. Следует заметить, что в выражение (5) входит относительное значение термо-э.д.с. и абсолютное значение знать не обязательно. Шкалу гальванометра легко прокалибровать в значениях поглощенной энергии. Для этого нужно рассеить такую величину мощности постоянного тока в подогревателе, чтобы было полное отклонение индикаторного прибора. Отклонение индикатора на всю шкалу под действием измеряемой импульсной энергии будет соответствовать Рτ дж.

В рассмотренной калибровке используется только один теплотехнический параметр - постоянная времени калориметрического измерителя τ, учитывающий теплоемкость и теплопроводность дополнительных, элементов, и который довольно легко и точно поддается измерению.

В предлагаемом способе отсутствует необходимость знать коэффициент теплообмена с внешней средой и способы, по которым он определяется. Этот способ можно использовать в любом диапазоне электромагнитного излучения, особенно при измерении больших уровней импульсной энергии.

При точности определения точность калибровки будет не хуже 4%.

Способ калибровки калориметрического измерителя импульсной энергии по величине рассеиваемой в подогревателе нагрузки мощности электрического тока и величине э.д.с. батарей термопар, соответствующей этой мощности, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и упрощения градуировки, в подогревателе непрерывно рассеивают мощность при пропускании постоянного тока, измеряют установившееся значение э.д.с. батарей термопар, определяют постоянную времени нагрузки по кривой остывания в раз ( - основание натурального логарифма) и рассчитывают калибровочный множитель, как , где Р - мощность постоянного тока, рассеиваемого в подогревателе, е - э.д.с. батарей термопар, соответствующая рассеиваемой мощности, τ - постоянная времени нагрузки.