ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ Советский патент 1971 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к области исследования теилофизических характеристик конструкционных материалов и может быть использовано для измерения локальных значений коэффициента теплопроводности конструкдионных материалов в диапазоне температур 100-3000°С.

Известны калориметрические устройства для измерения величины тепловых потоков, проходящих через исследуемый образец при определении коэффициента теплопроводимости методом продольного теплового потока. Измерение величины теплового потока в исследуемом сечении образца производится при помощи двух калориметрических устройств (торцового - энтаньпийного и радиационного калориметров). Наличие двух калориметрических устройств наряду с преимуществами имеет и ряд недостатков: сложность сборки устройства и увеличение погрешностей эксперимента. Закрепление исследуемого образца непосредственно в термоприемнике калориметра ограничивает температурный диапазон исследований, так как он зависит от термического сопротивления образца, которое однозначно определяется коэффициентом теплопроводности исследуемого образца.

дований (при неизменной геометрии образца) при увеличении точности экспери.мента.

Для достижения указанной цели используют устройство для определения теплопроводности материалов, содержащее водоохлаждаемый ПОЛОСТНОЙ термоприемник и измерительную схему, которое снабжено держателем образца, выполненным в виде сборной ампулы, часть которой размещена внутри вакуумированного термоприемника с зазором относительно его стенок и закреплена на контактирующей с входным торцом термоприемника головке ампулы, снабженной охлаждаемым экраном, установленным с зазором относительно торца головки ампулы.

На чертеже изображена конструкция предлагаемого устройства.

Термодатчик /, регистрирующий изменение температуры воды при выходе из калориметра 2, выполнен в виде многоспайной дифференциальной термопары 3. Поступающая вода с температурой 20°С проходит по левому каналу 4 термодатчика, после чего проходит по внещней полости калориметра 2, затем через отверстия в нижней части разделительной стенки 5 она попадает во внутреннюю полость калориметра, омывает термоприемник 6 по спиральному каналу, после чего вытекает из калориметра по правому каналу 7 в термодатчике. Переходная ампула 8 с образцом 9

устанавливается в калориметре 2 при помощи резьбового соединения на головке ампулы 10 и нижней части термоприемника 6. Образец закрепляется в переходной ампуле при помощи нажимной гайки 11 и двух полуколец 12, устанавливаемых в проточку па «холодном конце образца.

Изменение термического сопротивления переходной ампулы осуществляется путем замены элемента 13, который может быть изготовлен из материалов с различной теплопроводностью и иметь различную геометрию. В образце диаметром 8-10 мм и длиной 70 мм имеется ряд радиальных сверлений диаметром 1 -w.vi и глубиной 5-6 мм, которые служат для измерений температурного распределения вдоль продольной оси образца. Измерения .могут проводиться как контактными, так и бесконтактными методами. Рабочее сечение образца располагается в плоскости торцовой поверхности головки ампулы, в зоне температурных измерений.

Охлаждаемое кольцо 14 монтируется на головке ампулы 10 при помощи экрана 15 и кольца 16 из низкотеплопроводпого материала (например оргстекло). В головку ампулы W и охлаждаемое кольцо 14 заделана диффере щиалы ая термопара (не показана), которая регистрирует величину температурного перепада между этими элементами. Подавая в охлаждаемое кольцо 14 воду требуемой температуры, можно поддерживать перепад температур между головкой ампулы 10 и охлаждаемым кольцом 14 около нуля. На охлаждаемом кольце 14 монтируются тонкие экраны из жаростойких материалов, защищающие зону термоприемника от попадания прямых потоков электронов от электронной пушки, которая служит для пагрева об-разца. В головке ампулы 10 и охлаждаемом кольце 14 имеется вертикальный паз, расположенный против сверлений в образце 9, что делает возможным проведение температурных измерений.

Электронная пушка состоит из монтажных изолирующих стоек 17, фокусирующего электрода 18 и катодного узла 19.

Все устройство монтируется на верхнем фланце водоохлаждаемой вакуумной камеры

(на чертеже не показана) с рабочим давлением ЫО мм рт. ст.

Измерение коэффициента теплопроводности проводится следующим образом.

После монтажа устройства и откачки вакуумной камеры включается электронная -пущка, которая нагревает образец до требуемой температуры. Затем, после установления стационарного температурного режима в образце 9, в нем проводятся температурные измерения, что дает возможность определить температурное распределение вдоль продольной оси образца, а также и градиент температур в рабочем (исследуемом) сечепии. Одновременно с температурными измерениями в образце проводится измерение показаний термодатчика } и определение величины расхода воды в калориметре; зная эти параметры, можно определить величину теплового потока, выделяемого в калориметре. Этот тепловой поток попадает в калориметр, проходя через исследуемое сечение образца (теплообмен зоны термоприемника с остальными элементами устройства практически отсутствует, так как зазор между образцом и головкой ампулы не более 0,5 мм).

Зная градиент температур в рабочем сечении образца, величину теплового потока, проходящего через это сечение, и площадь поперечного сечения образца, можно определить локальное значение коэффициента теплопроводности для исследуемого образца.

Предмет изобретения

Устройство для определения теплопроводности материалов, содержащее водоохлаждаемый полостной термоприемник и измерительную схему, отличающееся тем, что, -с целью повышения точности, оно снабжено держателем образца, выполненным в виде сборной ампулы, часть которой размещена внутри вакуумированного термоприемника с зазором

относительно его стенок и закреплена на контактирующей с входным торцом термоприемника головке ампулы, снабженной охлаждаемым экраном, установленным с зазором относительно торца головки ампулы.