Устройство для измерения теплопроводности Советский патент 1981 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к области и следования теплофизических свойств, а именно, к измерению теплопроводности. Известно устройство для измерения теплофизических свойств вешеств ,, в которых боковую поверхность испытуем го образца для уменьшения бокового теплообмена окружают защитными кольцами, образующими вокруг образца кольцевую воздушную прослойку. Защит ным кольцам обеспечивают хорошую теп ловую связь с торцовыми контактным поверхностями образца, :вследствие чего они имеют температуру, близкую к среднеповерхностной температуре образца. Теплообмен на боковой повер ности образца практически не зависит от уровня температуры, а определяется небольшими перепадами Teismeратуры, соизмеримьми с перепадом тем пературы в самом образце, порядка 10-2(fK l. Недостатком устройства является то, что высота буртиков одинакова только на образцах определенной высоты. При исследовании более высоких образцов верхняя .контактная; пластина поднимается вверх и увеличивается поверхность верхнего буртика именяцего температуру верхней контактной пластины. При разных температурах нижней и верхней контактшлх пластин роль теплообмена боковой поверхности образца с верхними буртиком возрастает, что приводит к появлению дополнительной погрешности измерения температуропроводности. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения теплопроводности, состоящее из двух массивных металлических блоков, перемещающихся относительно друг друга вдоль вертикальной оси, между которЬми помешается образец. В верхнем блоке смонтирован нагреватель, а в ннжнем тепломер. В

контактных поверхностях блоков расположены термопары измеряющие перепад температуры на образце. Для обеспечения хорошего теплового контакта между верхним блоком и образцом,верхний блок свободно подвешен в вилках кронштейна 2.

Недостатком устройства является то, что боковая поверхность образца закрыта кольце с температурой Bejpxнего блока и на боковую поверхность образца попадает нескомпенсированный паразитный тепловой поток от кольца.

При распшрении.диапазона теплопроводности образцов принципиально необходимо работать на образцах большей высоты (до 30 мм). В ЭТСЯ4 случае роль теплообмена в радиальном направлении резко возрастает, что приводит к увеличению погрешности измерений.

Цель изобретения - повьппение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения теплопроводности , состоящем из теплоизолирующего корпуса, образца и термоприемников, двух массивных теплопроводящих блоков, установленных с возможностью поступательного перемещения вдоль об.щей оси, один из которых снабжен нагревателем, а другой тепломером, защитных колец, блоки ввинчены по левой и правой резьбе равного шага в теплопроводящие кольца, соединенные мезкду собой с возможностью совместного вращения. При этом блоки ввинчен}) в кольца таким образом, что при контакте торцовых поверхностей образца с блоками плоскость зазора между кольцами совпадает со средней по высоте плоскостью образца.

На чертеже показано предлагаемое, устройство.

Устройство состоит из двух теплопроводящих блоков 1 и 2 равной теплоаи кости. В верхнем блоке смонтирован нагреватель 3, а в нижнем блоке тепломер 4. Образец 5 зажимается между блоками. Для защиты боковой поверхности образца от тештообмена с окружаиядей средой используются теплопроводящие кольца 6 и 7, в которые нлевой и правой резьбе равного шага ввинчены блоки 1 и 2. Нижнее кольцо через шариковый подшипник 8 крепится к плате 9 прибора, а верхнее свободн подвешивается в вилках 10 кронштейна П. Штанга 12 устанавливается в плате 9 прибора таким образом, чтобы

обеспечить вертикальное перемещение блоков вдоль общей оси. Вращательное движение блоков предотвращается наличиш двух пальцев 13 в нижнем блоке и трех ограничительных штифтов . 14 в верхнем блоке. Нижнее и верхнее кольца соединеЯ) штифтами 15, которые обеспечивают совместное вращение колец. При вращении колец блоки либо сходятся, либо расходятся, перемещаясь вдоль общей вертикальной оси. Верхний блок закрыт теплоизолирующим корпусом 16.

Устройство работает следзшщим образом.

При подготовке к опыту разводят блоки на максимальное расстояние, вращая в соответствующую сторону кольца, и затем штангу 12 поднимают вверх относительно платы 9 прибора. Вместе со атангой вверх перемещается закрепленный на ней кронштейн П, вилка 10, подхватывая ограничительные штифты

14,поднимает блок с кольцом 6.

При этом кольцо 6 снимается со штифтов

15.Нагревателем 3 перегревают верхний блок относительно нижнего на 1020°К. Контактш.е поверхности блоков промывают и смазывают контактной смазкой, образец устанавливают на площадку тепломера и опускают стойку с кронштейном вниз. Верхнее кольцо садится на штифты 15, ограничительные штифты 14 поднимаются вверх вдоль пазов вилОк 10. Вращая кольца в обратную сторону,медленно сближают блоки до тех пор, пока блоки не зажмут исследуемь й образец, при этом появится круговой зазор между кольцами. При этом вес верхнего блока, ранее приходившийся на нижнее кольцо, перейдет цехшком на образец. Под действием этой силы и за счет свободного вертикального перемещения ограничителыолх штифтов 14 в пазах вилок 10 контактная по верхность верхнего блока установится по верхней поверхности образца.

За счет выбора левого и правого направления резьб s кольцах, а также

одинаковой величины начального навинчивания, зазор между кольцами для любой толви кы образца всегда будет лежать в средней по высоте плоскости образца. Дальнейшее разведение колец

нежелательно, так как будет увеличиваться сквозной зазор между кольцами, а следовательно и теплообмен с боковой поверхностью образца. применение изобретения особенно эффективно для боковой защиты образцов со значительной высотой. Применение изобретения в промышленных тепло481зически приборахдает значительный экономическийэффект за счет более рацнонального использова ния материалов, теплофизические характеристики которых будут получены с большой точностью на этих приборах Кроме того, предлагаемое устройство является унифицированным узлом, который может применяться в приборах с разными диапазонами теплопроводности. Формула изобретения Устройство дпя измерения теплопроводядсти, состоящее из тешюиЭош1руюцего корпуса, образца-и термоприемиакков, двух массивных теш1Опроводяф1х блоков, установленных с возможностью поступательного перемещения вдоль общей оси, один из которых снабжен нагревателем, а другой - тепломером, защитных колец, отличающее, 3 С Я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет исключения суммариого теплообмена боковой поверхности образца с з штными кольцами, блоки ввинчетя один по левой, а другой по правой резьбе равного шага в тепло-i проводявоие кольца таким образом, что при контакте торцовых поверхностей образца с блокаьш плоскость зазора между кольца ш совпадает со средней по высоте плоскостью образца, а кольца средииешл между собой с возможностью совместного вращения. Источники информации, приня1ые во внимание при экспертизе 1.Курепин В.В., Платунов Е.С. Приборы для исследования температуропроводности и теплоемкости в режиме монотонного разогрева. Известия вузов, Приборостроение, ЛИТМО, 1966, т. 9, 3, с. 127. 2.Бегункова А.Ф., Курепин В.В., Левочкин Ю.В. Межвузовский сборник научных трудов; Машины и аппарат холодильнснй, криогенной техники и кондиийони: ования воздуха. Л., ЛГИ им. Ленсовета, 1976, с. 144 (прототипХ