Устройство для измерения теплофизических характеристик капиллярнопористых и дисперсных материалов Советский патент 1980 года по МПК G01N25/18 

обоямами, размещенными в тепловлагоизолирующих гофрах, а гофр одним своим основанием закреплен на корпусе штанги по кромке отверстия под обойму, а другим - с поверхностью обоймы, контактирующей с исследуемым материалом, кроме того, эталонное тело, установленное в обойму, снабжено накладными датчиками теплового потока, и в обойму вместе с эталонны телом введены капиллярно-пористые вкладыши с накладнЕлми датчиками теплового потока и датчиками температуры, причем поверхность одного из вкладышей влагоизолирована, а их тор цовые поверхности снабжены общим высокотеплопроводным покрытием, одно из которых, контактирующее с исследуемым материалом, выполнено перфори рованным. На фиг. 1 представлен вертикальный разрез устройства; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1. Устройство состоит из отдельных штанг 1, в каждую из которых установ лены упругие пластины 2, между которыми по продольной оси штанги 1 расположен подвижный толкатель 3 с круговым выступом 4, верхние поверхности пластины 2 соединены через пружины 5 с обоймами 6, размещенными в тепловлагоизолирующих гофрах 7, а го одним своим основанием закреплен на кромке отверстия 8 в корпусе штанги 1, а другим.охватывает поверхность обоймы 6. В тепловлагоизоляционной обойме 6 установлено эталонное тело 9, на тор цах которого закреплены датчики теплового потока 10, и на торце эталонного тела 9, контактирующего с иссле дуемым материалом, встроен плоский нагреватель 11 и датчик температуры Кроме того, обойма 6 содержит капиллярно-пористые стержни 13 и 14, на торцовых поверхностях которых с о ной, наружной стороны закреплены датч ки теплового потока 15 и 16 с общим высокотеплопроводным покрытием 17, а с другой стороны, противоположной на ружной, торцовые поверхности стержне 13 и 14 снабжены высокотеплопроводны перфорированным покрытием 18, причем поверхность стержня 13 влагоизолирована пленкой лака 19. Стержень 14 снабжен датчиками тем пературы, включенными по дифференциальной схеме. Устройство, подключенное ко вторичной аппаратуре, работает следующи образом. При движении подвижного толкателя 3 вдоль оси штанг 1 круговой выступ раздвигает сиг метрично расположенные упругие пластины 2, которые в свою очередь через пружину 5 осуществляют прижим обойм 6 с эталонами 9 и капил лярно-пористыми стержнями 13 и 14 к поверхности исследуемого тела. При :этом гофры 7 обойм б растягиваются, предотвращая поступление воздуха внутрь штанг 1. Между эталонными телами 9 и исследуемым материалом, капиллярно-порис-. тыми стержнями 13, 14 и исследуемым материалом возникает тепло- и массообмен. По показаниям термопар 12 и датчиков теплового потока 15, 16 фиксируется равновесное состояние эталонных тел 9, капиллярно-пористых стержней 13, 14 и исследуемого материала, при этом в соответствии с теорией потенциала через определенное время L р потенциалы массопереноса Qn и температура tj исследуемого материала и 9, t, тел 9, 13, 14 будут равны, т.е. О , i ( t. Начиная с момента Ср до определенного момента при термодинамическом равновесном состоянии Системы отношения показаний датчиков теплового потока 15, 16, включенных по мостовой схеме, будут постоянными. Показания датчиков теплового потока 15, 16, включенных по мостовой схеме, и наличие изотерм на торцах капиллярно-пористых стержней 13, 14, т.е. поверхностей одинаковой температуры, создаваемых за счет общих для стержней 13, 14 высокотеплопроводных покрытий 17 и 18, позволяет определить эквивалентный коэффициент теплопроводности для стержн т 14 по Формуле; ЭК6- 5:R ,5 Л . Чб J ч т const Hi6 где 21 RQ - cyм 1apнoe постоянное термическое сопротивление стержней 13, 14; X - высота стержней 13, 14, О М.,- отношение показаний датчиков теплового потока 15 и 16; - постоянный коэффициент теплопроводности стержня 13, поверхность которого влагоизолирована, имеет покрытие в виде пленки лака 19. В результате тепло- и массообмена между стержнями 14 и исследуемым материалом эквивалентные коэффициенты теплопроводности этих стержней будут функции температуры и влажности, т.е. , где t (x.t) - текущая температура стержня 14, измеряемая датчиками температуры; W( - влажность 14. Зная эквивалентный коэффициент теплопроводности i (t,,w) для стержня 14 в каждый момент измерения, возможно по заранее установленным зависимостям и характеристикам кинети,ки процесса тепло- и массообмена для

материала стержней 14 определить влажность л/4 , температуру t(x,t) срежня 14, потенциал массопереноса Q что в свою очередь позволяет определить из системы дифференциальных уравнений

.a,ii(«o,.o) )

а

при заданных.условиях однозначности коэффициент тепловой активности тГхрс среднюю массоемкость Cyv, термоградиентный коэффициент 82 г коэффициент диффузии О2 исследуемого материала. После этого включают нагреватель 11, фиксируя тепловые потоки по датчикам 10. В результате осуществления всего комплекса приведенных операций определяют коэффициенты теплопроводности Я2 температуропроводности, а, массовую теплоемкость С Формула изобретения

Устройство для измерения теплофизических характеристик капиллярно-пористых и дисперсных материалов в естественных условиях, содержащее тепловлагоизоляционную обойму с установленным в ней эталонным телом, на одной торцовой поверхности которого закреплен нагреватель, контактируювшй с исследуемым материалом, а на другой торцовой поверхности эталонного тела

датчик температуры, о т л н ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повь-лиения быстродействия определения теплофизических характеристик, оно выполнено многоячеечным, в виде отдельных полых штанг, в каждую из которых установлены упругие пластины, между которыми по продольной оси штанги расположен подвижный толкатель с круговым выступом, причем пластины соединены через пружины с обоймами, раз0мещенными в тепловлагоизолирующих гофрах, а гофр одним своим основанием закреплен на корпусе штанги по кромке отверстия под обойму, а другим с поверхностью обоймы, контактирующей

5 с исследуемым материалом, кроме того, эталонное тело, установленное в обойму, снабжено накладными датчиками теплового потока, и в обойму вместе с эталонным телом введены капилляр0но-пористые вкладыши с накладными датчиками теплового потока и датчиками температуры, причем поверхность одного из вкладышей влагоизолирована, а их торцовые поверхности снабжены общим высокотеплопроводным покрытием,

5 одно из которых, контактирующее с исследуемым материалом, выполнено перфорированным.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0

1.Вопросы проветривания шахт Донецкого бассейна. Сб. научных трудов W 44, 1969, с. 240-247.

2. Тепло- и массоперенос, т. 1, 1962, с. 61-64 (прототип).

It 5 5 W П 6 78

iL

10 и 9 13 :Фиг.1

1

иг.2

//