Устройство для комплексного определения теплофизических свойств материалов с высокой теплопроводностью Советский патент 1974 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к области теплофизического приборостроения и используется для комплексного изучения температурной зависщости теплофизических свойств - ко- 5 эффИциента температуропроводности и истинной теплоемкости материалов с высокой теплопроводностью

А 10 - 150 вт/м.град. в интер-. вале температур 300 1300 К, ш этой группе материалов относятся еталлы, сплага, карбиды, бориды, гидриды сьишциды и др.соединения, получаемые методами порошковой металлургии. Эти материалы Е настоящ- is ее Бремя широко используются в различных объекрах новой техники,а Б связи с этим возникает необходимость в проведении массовых исследований их теплофизических свойств аз в широком интервале температур,Для решения зтой задачи требуются достаточно простыв по конструкции и высокопроизводительные калориывтрические устпойства, обеспечиваю- 25

I щие измерения на образцах ыалых размеров с погрешностью не хуже ; 4- 8, Такие устройства целесообразно основывать на закономерное ях квазистадионарного или монотонного режима.

Известно устройство для скоростных широкотемпературных теплофизических измерений материалов, содержащее металлическое ядро и теплозащитную разъемную оболочку. В металлическое ядро входят образец в виде стержня, тепломер, скоростомер (устройство для измерения скорости роста температуры образца), внутренний и наружный колпаки, металлическое основание с вмонтированной в него спиралью нагревателя и датчики температуры.

Однако такое устройство отллг дается сложностью конструкции, Внутренний колпак имеет неопределенны vтепловой контакт с основанием, поэтому обеспечить полную тепловую (ИЗОЛЯЦИЮ боковой поверхности образца невозможно дажепри условии подбора материала колпака и площади его контакта с основанием,Известное устройство невозможно использовать для повышенных температур (500 - ), так как при этих температурах нарушается элекрзрическая изоляция основного нагревателя, что приводит к появлению помех в измерительной термопарной цепи, Для упрощения конструкции, по вышения надежности и точности изме рения, расширения температурного диапазона одновременного изучения температуропроводности и истинной теплоемкости применительно к высокотеплопроводным материалам новой техники в предлагаемом устройстве между охранным колпаком и образцом установлена адиабатическая пассивная оболочка, контактирующая с основанием, а между нагревателем и основанием расположена изолирующая газовая прослойка. На чертеже показано предлагае мое устройство. Устиойствр состоит из рааъвмной герметичном камеры,выполненной из двух частей 1 и , системы защитных экранов 5, нагревательного узла и металлического ядра. Нагревательный узел выполнен в виде беличьего колеса, и изготовлен из нихромовой проволоки диаметром I мм. Спираль V намотана на кварцевые трубки 5, которые в свою очередь одевают на стоили 6 из стали XI8H9T. Стойки размещают между двумя платами. 7 и 8. 1есткость контруцции придают три стойки 9, с помощью которых весь нагре вательный узел кренят к верхней ка мере. Концы спирали выводят через вакуумное уплотнение (на чертеже не показано). Арматура нагревательного узла изолирована в холодной зоне от кор пуса камеры электроизоляционными прокладками, а в горячей - от металлического ядра - газовыми прослойками. Такое выполнение нагреватели обеспечивает измеаения без наводок вплоть до , а также увеличивает надежность и срок службы нагревателя. Металлическое ядро является основным узлом устройства. В нем размещен образец ТО и тепломер И, Основание 12 ядра установлено в нижней части каиеры с поыощью трех стоек 13, Цилиндрическая медная оболочка If о двумя экранами 15 защищает оверхность Образца от бокового еплообмена. Площадь контакта обоочки с основанием и величину зазоа между ними предварительно расситывают. Металлический тепломер II пред тавляет собой иельн7ю КОНСТБУКИИЮ из технического ниобия. В верхней его части в горизонтальной плоскости в двух перпендикулярных направлениях просверлен ряд отверстий диаметром I мм. Оставшиеся перемычки образуют рабочий слой 16 тепломера. Перепад температуры на этом слое измеряется дифференциальной термобатареей, горячие спаи которой размещаются в отв ерстиях в теле 17, а холодные в платсир1ке 18. Тепловой поток направлен снизу вверх из основания в образец и проходит через его рабочий слой. Величину потока определяют по перепаду температуры на рабочем слое тепломера и измеренному в градуировочных опытах с медным образцом коэффициенту его теплопередачи. Для температурных измерений в устройстве смонтировано три термопары: две в образце для измерения: аксиального) перепада темпзратур и одна в оболочке. Термопара оболочки армирована трубочкой из нержавеющей стали. Электроды термопар изолированы керамической соломкой и выведены из камеры через вакуумное уплотнение. Устройство работает следующим образом. Подготовленный к опыту образец 10 с двумя радиальными отверстиями для термопар устанавливают на пластинку тепломера 18. В основание 12 вставляют оболочку 14, которую затем накрывают колпаком 19. Верхняя часть камеры опускается вместе с укрепленным на ней нагревательным узлом и экранами,о После откачки (до 5-10 мм рт.ст) и заполнения камеры инертныы газом подают напряжение на нагреватель, ядро начинает разогреваться. Мощность нагревателя выбирают так, чтобы скорость разогрева за время опыта находилась в пределах 0,4 + 0,6 град/сек. В опыте на определенных уровнях температуры измеряют временное запаздывание верхней точки образце относительно нижней, скоость разогрева образца, сигнал дифференциальной термобатареи тепломера и перепад температуры образац - оболочка,;

Коэффициенты твмпрературопроводности а (tj и истинной теплоемкости с( t ) расчитывают по фор;иулаи:

г, t,

Пв Н

il-6n

T();il}

Пт -6з

c(i)

(), (г

тп,

где hg ТА hn - расстояния от центров отверстий (соотвественно верхнего и нижнего) до верхнего торца образца, Тн.в - время запаздывания верхней теруопары -относительно нижней, AT- и Пт - коэффициенты теплопередачи тепломера и показания тепломера при температуре t (г; , nzo и Ьо Iмасса и скорость разогрева образ|Да, Го, бл ff, ff., 6с поправки.ПРЕДМЕТ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство для комплексного ,определения теплофизических свойств материалов с высокой теплопрдвод, ностью, содержащее основание с ра10сположенным на нем тепломером и об разцоц с термопарами, нагреватель и охранный колпак, отличаю щ 6 е с я тем, что с целью повы15Г шения надежности и расширения темШературного диапазона измерений, |между охранным колпаком и образцом установлена адиабатическая пассив |Ная оболочка, контактирующая с ос- нованием, а между на1уревателвм и основанием расположена изолирующая газовая прослойка.