Устройство для измерения коэффициентаТЕплОпРОВОдНОСТи СублиМиРующиХ ВЕщЕСТВ Советский патент 1981 года по МПК G01N25/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ СУБЛИМИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ

Изобретение касается теплофизических измерений и предназначено для измерения коэффициента теплопроводности твердой фазы веществ, сублимирующих при низкой температуре. Известно устройство для измерения коэффициента теплопроводности теплоизоляционных материалов при низких температурах, имеющее измерительный прсжежуток, образованный двумя тепло передающими стенками, одна из которы олвлвается с одной стороны хлгщагеито например сжиженным газом, а вторая соприкасается с наружным воздухом, т.е. является более нагретой. Устрой ство снабжено средствами измерения температуры (обычно, термопарами) теплопередающих стенок и прибором для измерения количества испаренного хлгщагента (газовым счетчиком), по которому определяют тепловой поток. Образец изучаемого материеша распо ю жен в измерительном промежутке между теплопередающимн стенками. Исследуекий материал записывают в виде крошки в сферическом устройстве или наматывают на внутренний сосуд цилиндрического устройства, или зажимают между пластинами в устройстве с плоской геометрией 11j. Б этих устройствах условия:; измерения соответствуют условиям работы исследуемого материала, но тепловой контакт обрвзцА с теплопередающими стенками получается нестабильным, а при зажиме между пластинами возможно нарушение структуры исследуемого материала. При измерении коэ ициеита: .теплопроводности нестабильность теплового контакта или нарушение структуры вещества прчродит к значительным сншбкам измеряемой величины. того, измерение теплопроводности гексафторида урана в этих условиях сильно затрудняется из-за высокой летучести и агрессивности. Известно устройство для измерения теплопроводности электропроводных материалов, содержащее источник лучистой энергии, тепломер и холо- дильник. В этсж устройстве образец и тепломер расположены на холодильнике в зоне равного облучения, причем сверху и снизу образца установлены пластины, образующие с ним естественную дифференцнальную термо- . пару р. Такое устройство не обеспечивает стабильность теплового контакта измеряемого вещества с пластинами и непригодно для работы с сублймирукмцими веществами, в частности с гексафторидом урана, из-за его высо;крй летучести и химической агрессивности. Цель изобретения - уменьшение погрёШ1ости изменения путем создания возможности полного и равномерного заполнения объема между пластинами десублйматрм и получения нарушенной структуры. Это достигается тем, что в устрой стве для измерения коэффициента тепл проводности, включающей пбелёдоватёльнго расположенный холодильник, тепломер и измерительный промежуток в виде П71астин, выполненных из элект ропроводного материала и соединенных перемычками из другого Электропроводного материаила, образукмцими дифференциальную термопару с первым, между которыми располагается образец По крайней мере, одна из пластин измерительного промежутка снабжена отверстиями. Пластина может быть выполнена из перфорированного листо вого материала. Определяющий размер отверстия (диаметр для круглбгв отверстия, меньшая из сторон для прямоугольного отверстия) должен быть не менее расстояния меяеду йлгсбтйнаЗм Пластины могут быть изготовлены из меди, а перемычки из копеля. Поверх ность тепломера, обращенная к образ может одновременно служить одной из пластин измерительного промежутка. Эта пластина измерительного про межутка может быть также выполнена ё виде по крытия, 1Йа:нё ёйнбгр на поверхность тепломера, например, медного покрытия, нанесенного ггшьваниче;сЙ1м способом. На чертеже приведен общий вид устройства для йзме рёнйя коэффициента теплопроводности твердой фазы вещества, сублимирующего при низкой температуре, например гёксафторида урйна,. -.-,-.„ -, ;.,.. - ., .. ,.-.- -л,-, Устройство содержит холодильник 1, тепломер 2, с охранным кольцом 3 которое вместе с теплсмлером образуе дйб холодильнйка. С нижйей стороны тепломера при помощи стоек 4 из изо лирующего материала прикрвпл ена нижняя пластина 5 измерительного промежутка 6. Верхняя пластина изме рительного промежутка образованайижней поверхйрстью 7 тепломера, ко - fopая может быть покрыта водным материалом, например медью. Нижнаяя пластина 5 измерительного промежутка выполнена из электропров ногр материала и снабжена отверстия может быть выполнена из перфорированного медного листа.Плас тины измерительного промежутка соед нены пёрёкшчкой 8 из элёктр6пЕ 6вод ногб йатёр/йала, отличного от.матёри а пластин измерительного промежутка, апример из копелевой проволоки, и бразуют дифференциальную термопару. ля снижения паразитных пртоков . епла холодильник окружен внутренней еплоизоляцией 9, охранным простран- твом 10, заполняемым тёМ же хладагеном, что и холодильник, и внешней еплоизоляцией 11. Сверху холодильник закрыт пробкой 12 из теплоизолирующего материала, например,пенопласта. Теплс «ер снабжен батарейной дифференциальной термопарой 13 и термопарой 14, измерякмдей температуру его нижней поверхности. Снизу устройство заключено в герметичный кожух 15, снабженный штуцером 16 для вакуумирования рабочего пространства и подвсща в газообразнсм виде исследуемого вещества, которое конденсируется в иэмepиteлЁный промеясуток б. Устройство работает следующим образом. Холодрильнйк 1 и охранное пространство 10 заполняют хладагентом, например сжиженньШ газом, и выдерживают до установления згщанной температуры.Через штуцер 16 откачивают рабочее пространство и подают изучаемую газовую смесь, при этом в измерительном промежутке б конден- . сируется в твердую фазу исследуемое вещество, пары которого проникают через перфорированную пластину 5. Процесс конденсации продолжают при визуальном контроле через окна в кожухе 15 (на чертеже не показаны), пока исследуемре вещество не заполнит измерительный промежуток 6 полиостью и покроет перфорированную пластину 5/ сфО1Я4Ировав образец. Отсчет перепада температуры на обра- зце проводят по покаэайиям дифференциальной термопары. Тепловой поток определяют пр прказанйям батареййой TepMonai d 13. Измерения проводят при разных тепловых потоках. Коэффициент теплопроводности вычисляют по формуле где Ц - тепловой поток через тепломер и образец; At .- перепад температуры на образце, S - площадь образца, равная площади тепломера; d - толщина о(аэца, равная толщине измерительного промежутка 6. Опытный образец предлагаемого устройства имеет тепломер и охранное кольцо толщиной 20 мм, выполненные из стали 1Х18Н10Г, диаметр тепломера 80 км, наружный диаметр охранного кольца 140 кш. По взаимно перпендикулярным диаметрам в тепломере на равнсял расстоянии друг от друга располрxfeHO двадцать одно отверстие диаметром 1,5 мм, из которых девятнадцать отверстий используют дляг размещения электродов батарейной дифференциаль ,ной термопары 13 (37 спаев), одно отверстие предназначено для термопары 14 и одно отверстие - дЯя Швода проводников дифференциальной термо1пары измерительного промежутка. Измерительный промежуток образован ниж ней поверхностью тепломера, гальвани чески пркрытой по никелевому подолою (0,005 мм) слоем меди толщиной 0,2 мм, и перфорированной медной пластиной толщиной 0,5 мм, укрепленной на стойках 4, выполненных из фторопласта-четыре ./Ширина измеритель ного промежутка - 10 мм. Пластины в четырех точках соединены кОпелевым проводниксцш, припаянными сеБебряшо« припоем, этим же припоем припаяны медные выводы дифференциальной термо пары измерительного прО1 жутка. Все отверстия для термопар и зазор между тепломером и охранным кольцом гермётизированы клеем БФ при рекомендован ной термообработке. Тепломер с охран ным кольцом в сборе приварен к Холодильнику 1, который снабжен внутренней и внешней теплоизоляцией (толщиной 10 и 31 мм соответственно), заполненной каолиновой ватой и отвакуумированной. Между внутренней и внеш ней изоляцией расположено охранное пространство 10 толщиной 12 мм, заполняемое хладагентом. Снизу при помощи фланца герметично присоединяется кожух 15, снабженный четырьмя окнами для визуального наблящения за формированием образца. Кожух снабжен двумя штуцерами с вентилями, через которые проводится заполнение в рабочем пространстве. Предлагаемое устройство дает воз можность измерения коэффициента теплопроводности сублимирующих при низкой температуре веществ, в частности гексафторида урана, на образце, имеющем хороший стабильный тепловой контакт с теплопередающими поверхностями и ненарушенную структуру, обусловленную параметрами конденсации. На этом устройстве можно также йсбяе1йО йа:т г зависимость веЖйчййы коэффициента теплопроводности от условий конденсации и температуры. Формула изобретения 1.Устройство для измерения коэффициента теплопроводности сублимйруюи их веществ, содержащее последовательно расположенные холодильник, тепломер и выполненные из электропроврцного материала пластины, соединенные между собой перемычкой из другого электрогфоводного материгша и образующие дифференциальную термопару, отличаю щ ее с я тем, что, с целью у1 ньшения погрешностей измерения путем создания вбзможности полного и равномерного зашолнения Объёма между пластинами десублиматрм и получения ненарушенной его структуры, по крайней мере, одна пластина иМеё отверстие. 2.Устройство ПОП.1, ОТЛИчающееся тем, что определяющий размер отверстия а (диаметр для круглого, меньшая из сторон для, /прямоугольного отверстия) выбирают в пределах d « (d - расстояние между пластинами), причем суммарная площадь отверстия составляет 40-80% площади пластины. 3.Устройство по ПП.1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что однаг из пластин выполнена как поверхность теплойера или покрытие на поверхности тёплсмёра. Источники информации, принятые во внимани е при экспертизе 1.Каланер М.Г.. Тепловая изоляция в технике низких температур. М. , Машиностроение, 1966, с. 162-165. 2.Авторскоесвидетельство СССР №446818, кл. G 01 N 25/18, 1973.

t 9 19