Устройство для определения тепло-физичЕСКиХ ХАРАКТЕРиСТиК МАТЕРиАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G01N25/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ

рования теплового режима. Температурный диапазон устройства незначителен.

Цель изобретения - упрощение стабилизации температуры образца и плотности пронизывгиощего его теплового потока, а также расширение температурного диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем, что к каждому проточному теплообменнику крепят послойно тонкий электронагреватель с равномерной плотностью тепловыделений и плоскую температуровыравнивающую пластину с размещенными в центре заподлицо с обращенной к образцу поверхностью тепломером и термопарой, а сами теплообменники имеют одинаковое гидравлическое сопротивление и включены параллельно в контур одного термостата или криостата. К верхнему теплообменнику прикреплены два электронагревателя, один из которых идентичен электронагревателю на нижнем теплообменнике и включен с ним последовательно в одну цепь питания.

Одинаковое гидравлическое сопротивление теплообменников позволяет термостатировать их при одинаковой температуре. Мощность электронагревателей выбирается такой, чтобы обеспечить превышение температуры образца над температурой теплообменников на .

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Проточные теплообменники 1 и 2 имеют форму коротких полых цилиндров и вставлены в цилиндрический теплоизолированный корпус 3. Исследуемый материал (образец) 4 размещен в пространстве между теплообменниками 1 и 2 и корпусом 3. К рабочей поверхности теплообменника 1 прикреплены тонкие электронагреватели 5 и 6 и плоская температуровыравнивающая.пла тина 7. К рабочей поверхности теплообменника 2 прикреплен электронагреватель 8 и температуровыравнивающая пластина 9. В пластины 7 и 9 заподлицо с поверхностью, контактирующей с образцом, вмонтированы тепломеры 10 и спаи термопар 11. Теплообменники включены параллельно в линию 12 подачи теплоносителя (хладоносителя из термостата (криостата) 13. Электронагреватели 5 и 8 имеют одинаковое электрическое сопротивление, включены последовательно в цепь 14 питания, имеют одинаковую мощность и служат для регулирования температуры образца. Электронагреватель 6 включен в цепь 15 питания и служит для регулирования плотности теплового потока, пронизывающего образец.

Устройство работает следующим образом.

Образец 4 загружают в устройство обеспечивая равномерный контакт с

пластинами 7 и 9. В теплообменники 1 и 2 подают теплоноситель постоянной температуры.-К цепи 14 подводят напряжение, достаточное для нагрева образца до заданной температуры опыта. К цепи 15 подводят напряжение достаточное для получения стационарного теплового режима с заданной плотностью теплового потока, в установившемся стационарном режиме измеряют плотности теплового потока через верхнюю и нижнюю поверхности образца q q q и температуры в тех же точках t и t . Зная толщину h образца, рассчитывают его теплопроводность по формуле ,. а. h

Л h

теплопроводность образца;

где толщина образца; плотность теплового потока

q через образец; . t-и t - температуры верхней и нижней поверхностейобразца. После этого осуществляют переходный тепловой режим, увеличивая напряжение в цепи 14 при нагреве образца или уменьшая его при охлаждении. При этом, соответственно, изменяется температура образца. Количество тепла, поглощенного (выделенного) за переходный режим объемом образца, раположенным между единичными поверхностями контакта с теплообменниками, равно разнице интегргшов плотности теплового потока через поверхности образца по времени и пропорционально площади, замкнутой кривыми ц«(1 ) и Чц(t ) на диаграмме записи переходного режима. Переходный режим оканчивается новым.стационарным режимом. Объемную теплоемкость образца определяют по формуле

ср - «

hCtj- t/T массовая теплоемкость образгде с ца;

плотность образца; S .площадь на диаграмме записи замкнутая кривыми q., (t ) и q ( г ) ;

К масштаб записи; Y и 1„- средние температуры образца в начальном и конечном стационарных тепловых режимах. Коэффициент температуропроводност образца вычисляют, используя значения Л. и с р .

Предлагаемое устройство предназначено для комплексного исследования ТФХ твердых, жидких и сыпучих материалов в диапазоне 200-370 К. Оно несложно в изготовлении и обслуживании. Расход электроэнергии и хладоносителя по сравнению с известным устройством уменьшен, а стабильность режимов опыта и точность результате увеличены.