Устройство для измерения эффективной радиационной теплопроводности Советский патент 1979 года по МПК G01N25/18 

Изббретение относится к классу устройств, предназначенных для изме рения теплопроводности полупрозрачных веществ, преимущественно газов и жидкостей. Устройство может найти применение в исследовательских лабо ториях при измерении теплопроводности веществ, для которых механизм теплопереноса отягощен радиаци ной компонентой. Известны устройства для измерени эффективной радиационной теплопроводности методом коаксиальных цилиндров 1. Основным недостатком этих устройств является низкая точность измерений. Ближайшим техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство 2, в котором в одной и той же ячейке последовательно заменяется внутренний цилиндр на цилиндр меньшего или большего диаме ра. Измерительная ячейка представляет собой два коаксиальных цилиндр между которыми находится исследуемое вещество. Во внутреннем цилиндр расположены нагреватель и спаи термопар. Указанное устройство обеспечивает измерение эффективной теплопроводности при различных значениях зазора между цилиндрами в широком диапазоне температур и давлений. Недостатком этого устройства является необходимость смены внутреннего цилиндра, что нарушает идентичность условий измерения, вследствие имеющихся после перемонтажа изменений в расположении нагревателя и особенно спаев термопар в теле внутреннего цилиндра. Хотя нагреватель и спаи термопар располаггиотся в отдельных металлических чехлах, добиться полной идентичности в их расположении после перемонтажа практически не удается. Этот недостаток приводит к снижению достоверности полученных результатов, к снижению точности за счет появления неконтролируемых систематических и случайных погрешностей и, в итоге, может существенно исказить конечные результаты измерения. Так в одном из указанных устройств величина измеренной эффективности радиационной теплопроводности оказалась весьма значительной, тогда как в двух других для того же вещества ее величина получилась в несколько раз меньше.

Целью изобретения является повышение надежности и точности измерений .

Цель достигается тем, что в предлагаемом устройстве внутренний цилиндр делается составным; он представляет собой тонкостенную металлическую трубку из малотеплопровод ного материала, длина которой в 20-25 раз больше ее диаметра, с расположенными в ней спаями термопар и нагревателем; на трубку по посадке надевают сменную металлическую втулку из высокотеплопроводного материал длина которой относится к ее диаметр примерно как 10:1.

На чертеже показан вариант выполнения предлагаемого устройства.

Устройство состоит из двух вертикальных коаксиальных цилиндров 1 и 2 В зазоре между цилиндрами 3 находитс слой исследуемого вещества. Сменную металлическую втулку 2 надевают по псадке на металлическую трубку 4, в которой размещены нагреватель и терм пары. Устройство герметизируется штуцером 5 и уплотняющей крышкой 6. Уплотняющая крышка с центрирующим выступом выполнена как одно целое с металлической трубкой 4.

Работа устройства происходит следующим образом.

Включают нагреватель внутреннего цилиндра. Тепловой поток Q от нагревателя проходит через слой исследуемого вещества.. Регистрируя разность температур At в слое вещества, можно вычислить эффективную теплопроводность вещества по формуле

dz

Q.T 2-ir.

-ЭФ

а„ внутренний диаметр наружного

цилиндра;

d

наружный диаметр внутреннего

цилиндра;

р

длина внутреннего цилиндра. Затем заменяют металлическую втулку, что приводит к изменению диаметра внутреннего цилиндра и, следовательно, толщины слоя вещества. Определяют значение эффективной теплопроводности для нового диаметра вну|реннего цилиндра d по формуле

1з

Й1

При необходимости проводят измерения- еще для нескольких значений

диаметров внутреннего цилиндра. На основании опытов получают зависимость эффективной теплопроводности вещества от толщины слоя и, экстраполируя эту зависимость к нулевой толщине слоя, находят истинную теплопроводность. Значение эффективной радиационной теплопроводности для каждой толщины слоя определяют как разность

,--эф ист

ист истинная теплопроводность; эффективная радиационная

теплопроводность.

Использование предлагаемого изобретения позволяет создать простое компактное устройство, обеспечивающее надежное и точное измерение радиационной теплопроводности полупрозрачных веществ в широком диапазоне температур и давлений методом коаксиальных цилиндров. Измерения, осуществляются в идентичных условиях эксперимента при неизменном расположении нагревателя и термопар с помощью одной измерительной ячейки, обеспеченной набором сменных металлических втулок.

Формула изобретения

Устройство для измерения эффективной радиационной теплопроводности полупрозрачных веществ, преимущественно жидкостей и газов, содержащее два коаксиальных цилиндра, разделенных слоем исследуемого вещества, нагреватель и спаи термопар, распооженные во внутреннем сменном цилиндре, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и точности измерения, внутренний цилиндр выполнен из тонкостенной металлической трубки из малотеплопроводного материала с диаметром в 2025 раз меньше ее длины, и сменной металлической втулки.с диаметром, ОТНОСЯ1ЦИМСЯ к ее длине как 1:10. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Геллер В.З. и др. Инженернофизический журнал, 1974, т. 26, № 6, с. 1052-1057.

2.Расторгуев Ю.Л. и др.. Инженерно-физический журнал, 1977, т.33,

№ 2, с. 275-279 (прототип).