Устройство для определения теплоемкости материалов Советский патент 1978 года по МПК G01N25/20 

1

Изобретение относится к устройствам для определения термических свойств материалов, например удельной теплоемкости. Оно может найти применение в приборостроении, машиностроении и экспериментальной технике.

Известно устройство по основному авт. св. № 513304, содержащее калориметр с двумя управляемыми теплоизолирующими оболочками, в который помещен исследуемый образец, внутренний источник нагрева образца с низкой теплопроводностью, датчик разности температур образца и первой теплоизолирующей оболочки, усилитель сигнала разности температур образца и первой теплоизолирующей оболочки, регулятор мощности нагрева первой теплоизолирующей оболочки с блоком питания, датчик разности температур образца и второй теплоизолирующей оболочки, усилитель сигнала разности температур образца и второй теплоизолирующей оболочки, регулятор мощности нагрева второй теплоизолирующей оболочки, прецизионный задатчик программы, усилитель разности сигналов от задатчика и датчика температуры образца, регулятор программного нагрева образца, блок автоматического поиска и выхода на рабочий режим, стабилизированный источник нагрева образца, блок коммутации нагрева в релшмах с постоянной скоростью нагрева и при постоянной калиброванной мощности нагревателя, самописец блока регистрации температурной

зависимости истинной теплоемкости, блок формирования сигнала поправки на теплоемкость деталей калориметра, соединенный с суммирующим блоком, блок формирования сигнала обратной скорости нагрева,

термопары температуры образца и датчик контроля мощности.

При работе такого устройства в динамическом режиме возникает температурный градиент -По телу образца в направлении от

внутренней к внешней стенке, обусловленный тем, что энергия в образец вводите внутренним источником. Разность температур между внутренней и наружной стенками образца

,

ri

где/ - тепловой потоК от нагревателя;

К - теплопроводность материала; / -длина образца;

Г2 - радиус внещней стенки; Г1--радиус внутренней стенки, т. е. мы можем убедиться, что для образования различных материалов при соблюдеыии условий идентичности параметров /, I, 3 Га И fi величина ДТ будет различной за счет различной теплопроводности образцов и изменения теплопроводности образца в исследуемом температурном интервале еледует, что регистрируемая зависимость теп-5 лоемкости от температуры претерпевает искажение, потому что не учитываются условия динамики протекания процесса. Целью изобретения является повышение точности регистрации температурной зави-ю симости истинной теплоемкости материалов в динамическом режиме. Это достигается тем, что устройство для измерения теплоемкости по авт. св. № 513304 снабжено дополнительно корре-i5 лирующим блоком и датчиком разности температуры виутренией и внешней стенок образца, соединенным с коррелирующим блоком, вход которого соединен с датчиком температуры образца, а выход с сумми-20 рующим блоком. Введение поправки на динамику процесса дает возможность исключить возникновение искажений регистрации температурной зависимости истинной теплоемкости материалов. .25 Блок-схема предлагаемого устройства для определения теплоемкости материалов показана на чертеже. Устройство содержит калориметр 1 с двумя управляемыми теилоизолирующимизо оболочками 2 и 3, в который помещен металлический образец 4, внутренний источпик нагрева 5 образца, источник нагрева 6 образца с низкой теплопроводностью, датчик 7 разности температур образца из5 первой теплоизолирующей оболочки, усилитель 8 сигнала разности температур образца и первой теплоизолирующей оболочки, регулятор 9 мощности нагрева первой теплоизолирующей оболочки с блоком пи-40 тания, датчик 10 разности температур образца и второй теплоизолирующей оболочки, усилитель И сигнала разности температур образца и второй теплоизолирующей оболочки, регулятор 12 мощности нагрева45 второй теплоизолирующей оболочки, нрецизионный задатчик 13 ирограммы, усилитель 14 разности сигналов от задатчика и датчика температуры образца, регулятор 15 программного нагрева образца, блок 1650 автоматического поиска и выхода на рабочий режим, стабилизированный источник нагрева 17 образца, блок 18 коммутации нагрева в режимах с постоянной скоростью нагрева и при постоянной калиброванной55 мощности нагревателя, самописец 19 блока регистрации температурной зависимости истинной теплоемкости, блок 20 формирования сигнала поправки на теплоемкость деталей калориметра, соединенный с сум-QQ мирующим блоком 21, блок 22 формирования сигнала обратной скорости нагрева, термопары 23 и 24 температуры образца, датчик 25 контроля мощности, коррелирующий блок 26 на вход которого поступает65 4 сигнал дополнительного дифференциального датчика 27 разности температур внутренней и внешней стенки образца, Устройство работает следующим образом. Алгебраически суммированный сигнал задатчика 13 и термопары 24 подается через усилитель 14 на регулятор 15 программного нагрева образца. С помощью регулятора 15 и блока 16 автоматического поиска и выхода на релшм производится нагрев образца стабилизированным источникем 17 через датчик 25 контроля мощности, расходуемой на нагрев образца. При этом автоматически создаются квазиадиабатические условия образца благодаря сигналам датчиков разрюсти температур образца - н первой и второй теплоизолирующих оболочек на выход соответствующих терморегуляторов 9 и 12. При выполнении режима нагрева образца, заданного задатчиком 13 с повышением температуры образца изменяется мощность нагревателя. При этом датчик 25 контроля мощности формирует сигнал пропорциональный (при соблюдении квазиадиабатических условий) теплоемкости материала. Самописец 19 регистрирует истинную теплоемкость материала с хорошей теплопроводностью в зависимости от темиературы. Синхронно с изменением температуры образца блок 20 формирует сигнал поправки на теплоемкость деталей калориметра, а блок 26 с помощью датчика 27 температурного градиента внутренней и внешней стенки образца формирует сигнал поправки на динамику процесса. В ходе измерения сигналы поправки алгебраически суммируются с измеряемой величиной в блоке 21 суммирования, При выполнении нагрева образца при постоянной калиброванной мощности (в случае использования материала с низким коэффициентом теплопроводности, когда нагрев образца с постоянной скоростью затруднен), задатчиком служит датчик 25 мощности, зафиксированный на определенном уровне сигнала. Пагрев производится внутренним нагревателем 6, который с помощью блока 18 коммутации соединен с системой программиого пагрева образца, При повыщении температуры образца сигнал с термопары подаётся в блок 22, где вырабатывается сигнал обратной скорости нагрева, пропорциональный (при соблюдении квазиадиабатических условий) истинной теплоемкости материала. Сигналы поправки на теплоемкость деталей калориметра и динамику процесса блок 20 модулирует в масштабе обратной скорости нагрева, а теплоемкость определяется как результат алгебраического суммирования обратной скорости нагрева и сигналов поправки в блоке суммирования.

Таким образом, самописец регистрирует емпературную зависимость истинной теплоемкости. На регистрирующем комплексе устройства предусмотрен выход на ЭВМ. Вывод на ЭВМ дополнительного параметра АГ (разность температур между внутренней и внешней стенкой образца) дает возможность по соответствующим алгоритмам одновременно рассчитывать кроме теплоемкости как было ранее, так же теплопроводность и температуропроводимость материалов в исследуемом температурном диапазоне.

Использование изобретения позволит измерять температурную зависимость теплоемкости материалов с большей точностью,

ПОЗВОЛИТ Избавиться от искажений, связанных с динамикой процесса измерения, что становится особенно существенным при увеличении быстродействия устройства.

Формула изобретения

Устройство для определения теплоемкости материалов по авт. св. № 513304, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено дополнительно коррелирующим блоком и датчиком разности температур внутренней и виешней стенок образца, соединенным с коррелирующим блоком, вход которого соединен с датчиком температуры образца, а выход- с суммирующим блоком.