УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМНЕРАТУРОНРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ Советский патент 1971 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к области теплофизического приборостроения и применяется для исследования температурной зависимости температуропроводности матер.иалов в диапазоне температур от -150 до 400°С.

Известны устройства для измерения коэффициента температуропроводности материалов, выполненные в виде разъемной теплоизоляционной оболочки, содержащие основание с нагревателем, две контактные пластины и три датчика температуры, расположенные в .нижней ,и верхней контактных пластинах, и свободную термопару.

Однако такие устройства имеют ряд недостатков. При многократных перемещениях происходят обрывы термопар на выходе из рамки. Наличие рамки затрудняет доступ к образцу. Свободная термопара при поднятии верхней контактной пластины часто обрывается, так как образец прилипает к верхней контактной пластине. При охлаждении хладагентом основания с нагревателем возникает неравномерное температурное иоле в деталях металлического ядра, что увеличивает длительность охлаждения и расход хладагента, при этом первые измерения начинаются с -80°С.

Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что в нем датчик температуры верхней контактной пластины выполнен в виде металлической трубы с армированной фарфором термопарой, укрепленной на основании и контактирующей с верхней контактной пластиной, в центре которой установлен блокирующий контакт с винтом.

Это позволяет повысить надежность устройства и улучшить доступ к образцу.

На чертеже показано описываемое устройство, состоящее из основания 1, нагревательного блока 2, внутреннего 3 и наружного 4 колпаков, нижней 5 и верхней 6 контактных пластин, испытываемого образца 7, шести металлических стоек 8 и 9, системы W охлаждения водой, системы 11 охлаждения азотом, трубы 12 для выхода азота, втулки 13, иглы 14, шайбы 15, цанги 16, винта 17, блокирующего рычага 18, штока 19, колец 20 и 21, верхнего 22 и нижнего 23 колпаков, змеевиков 24 и 25.

Устройство содерл ит разъемную теплоизоляционную оболочку и металлическое ядро, которое крепится внутри кожуха калориметра на стойках 8, 9.

В нагревательном блоке 2 размещены спирали электрического нагревателя и система охлаждения, состоящая из двух частей: замкнутой 10 и открытой 11. Первая из них используется для охлаждения ядра водой, вторая - жидким азотом. Жидкий азот сначала прогоняется по замкнутой системе каналов в блоке 2, а затем пары и неиспаривщаяся часть азота выбрасываются непосредственно внутрь колнака 3, значительно ускоряя процесс ох-лаждеНИя ,и выравнивания TeiMiieparypHoro ноля ядра. Пары азота выходят из ядра чоре.; трубу 12 в охранном колнаке тенлоизоляциоиной оболочки. Нагревательный блок 2 и основапнс / стянуты винтами. Для улучшения тенлового контакта соприкасающиеся поверхности тщательно нритерты. С целью уменьшения утечек жидкото азота на стыке блока и ocHOisaiiiiM jaнрессованы втулки 13. В нижнюю пластину 5 впаяна стальная HIла 14, продетая в отверстие основания. Пластина оперта на конусное основание чере; щайбы 15 и нрикреплена к нему цангой ib. Цанга одновременно не дает нластине 5 поворачиваться вокруг оси, иредохраняя термонары от скручивания. Конусная опора применена для обеспечения нодвил ;ности нижней контактной нластины с тем, чтобы она устанавливалась но поверхности образца. Верхняя контактная пластина 6 на резьбе соединена с внутренним колиако.м 3. На верхней контактной пластине смонтировано приснособление для отрыва образца от пластины после оныта, которое состоит из винта 17 и блокирующего рычага 18. Экспериментатор перед тем, как вынуть KOJJПаК 3, отводит в сторону рычаг 18 и ВВИПЧИвает винт 17. Конец винта надавливает на образец и отрывает его от поверхности. При установке нового образца внешний колпак 4 не закрывается до тех нор, нока не будет вывинчен винт 17 и рычаг 18 отведен к центру. Давление на образец передается от механизма нагрузки через винт 17 и щток 19. Контактные нластины разогреваются от основания 1: нижняя - через воздущный зазор, а верхняя - через внутренний колпак 3, входящий по скользящей посадке в основание. Симметричность разогрева обеспечивается иу тем подбора толщины шайб 15 в процессе настройки калориметра. Детали ядра изготавливают из материала с высокой теплопроводностью. Основание /, внутренний и наружный охранные колпаки, верхняя контактная пластина в данном случае изготовлены из дюралюминия, а нижняя контактная нластииа - из красной меди. Для устранения задиров при неремещении деталей из однородного и вязкого материала применены разделяющие кольца 20, 21 из стали 1Х18Н9Т. Поля допусков на изготовление сопрягаемых деталей и зазоры рассчитаны с учетом температурных деформаций во всем рабочем диапазоне температур. Стальное кольцо 21 штифтуется к наружному стакану, а кольцо 20 плотно носал ено в основание. Для температурных измерений в калориметре используют термопары из иихрома и копстантана диаметром 0,2 мм. Монтаж термопар постоянный. Места заделки термопар Н, С, В показаны на фиг. 1 крестиками. ую падет охранный колпак 3. Термопара С еплена в держателе и вставлена в отвере образца. Держатели термопар В и С пят к основанию винтами, что дает возность многократно использовать термопапри разбор.кс ядра калориметра. ТермопаЯ вставлена в нижнюю контактную нлану 5. ермопары изолированы внутри теплозаиой оболочки фарфоровыми бусами. Терары подведены к выводной колодке, расоженной в нижнем колпаке 23, после коой опи ведутся в хлорвиниловых трубках. лектроизмерительной схеме термопары ключены чорез блок холодных спаев. За ком холодных спаев монтал ведут медным гожильным проводом. опыте измеряют запаздывания средней мопары относительно верхней и нижней мопар. оэффициент температуропроводности растывают по формуле: a(f)(1 -а - Ое ), ы Bi+ Ое . - эффективный коэффициент тенлообмена на боковой поверхности образца, м -град/вШ, Bi -- - критерий Био, 0; 2/,/ - толщина и радиус образца, м; CH(t)(f)- временные отставания температуры точки С относительно Н -я В, сек; ()-поправка на контактное сопротивление и на неидентичность градуировки термопар, сек. Является «постоянной прибора и онределяется из градуировочного опыта на медном образце;Я- ориентировочное значение теплонроводности образца для данного класса материалов, вт1м град; (5 - коэффициент линейно