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

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

1

Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно, к области измерения теплофизических свойств материалов.

Известно устройство для измерения коэффициента теплопроводности, содержащее блоки нагрева и охлаждения образца, блоки снабжены системами, регулирующими их температуру за счет изменения электрической мощности 1.

Недостатком такого устройства является невозможность проводит, измерения при криогенных температурах.

Ближайшим техническим решением является устройство для определения коэффициента теплопроводности, включающее блок нагрева образца и блок его охлаждения в виде пластин из высокотеплопроводного материала и связанной с ней ванны для криогенной жидкости 2. Наличие ванны для криогенной жидкости обеспечивает приближение средней температуры образца к температуре хладагента.

Недостатком устройства является ограниченность получаемой информации вследствие ограниченных возможностей изменения температуры наиболее холодной части

образца- (только за счет смены криогенной жидкости), а также ограничения точности (из-за невозможности приблизить среднюю температуру образца к температуре блока нагрева, не увеличивать перепад температур по толщине образца при повышении температуры блока нагрева).

Цель изобретения - повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что между ванной и пластиной блока охлаждения расположен пакет гофрированных металлических листов с направлением гофров, чередующимся взаимно перпендикулярно устройство снабжено системой перемещения ванны относительно пластины.

Взаимное перемещение ванны и пластин изменяет термическое сопротивление пакета гофрированных пластин, что позволяет при неизменной температуре криогенной жидкости менять температуру охлаждаемой поверхности образца. Увеличение термического сопротивления приводит к повышению температуры этой поверхности образца.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Устройство позволяет проводить измерения коэффициента теплопроводности при варьировании механической нагрузки на образец. Оно содержит вакуумный кожух 1, расположенные в нем основную 2, экранирующую 3 и теплозащитную 4 ванны, элй тронагреватели 5, 6, герметичную камеру 7 с образцом изоляции, камеру 8 системы нагружения изоляции, пакет 9 гофрированных металлических Листов, пластину из высокотеплопроводного материала 10, зафиксированную относительно кожуха 1 тягами 11, контактирующими с ванными 2, 3 и охваченными стяжками 12, а также сильфоны 13, установленные между кожухом 1 и площадкой 14, на которой укреплены заправочно-дренажные трубки ванн 2, 3, связанные с механизмом 15 поджимания пакета 9 гофрированных пластин.

Кроме того, устройство имеет системы откачки вакуумного кожуха, замера вакуума, мощности нагревателя,, расхода и ряд других вспомогательных устройств, которые на чертеже не показаны.

Герметичная камера 7 с размещенным в ней образцом изоляции устанавливается между нагревателями 5, 6 и неподвижной пластиной 10. Вакуумный кожух 1 и камера 8 системы нагружения изоляции откачиваются до давления, обеспечивающего минимальные теплопритоки к ваннам 2-4. Затем в камеру 8 системы нагружения образца напускается газ, создавая требуемую нагрузку на образец. В камере 7 поддерживается необходимое давление остаточных газов в изоляции.

Тепловой поток, созданный нагревателем 5, воспринимается основной ванной 2 и замеряется по скорости испарения криогенной жидкости в ней и по мощности нагревателя 5. Ванны 2 и 3 подвешены к площадке 14 посредством заправочно-дренажных трубок и могут перемещаться вдоль оси криостата. Подложка закреплена неподвижно посредством тяг 11, которые контактируют с ваннами 2, 3, прижимаемые к ним стяжками 12, тем самым не позволяя теплу с пластины 10 передаваться к теплозащитной ванне 4. Между ваннами 2, 3 и пластиной 10 установлен пакет 9 гофрированных металлических пластин, в котором гофры каждой последовательной пластины ориентированы перпендикулярно гофрами предыдущей, изменяющий свой эффективный коэффициент теплопроводности в зависимости от степени сжатия пластин, что обусловлено изменением площади контакта между ними. Механизм 15 поджатия пакета 9 перемещает ванны 2, 3, сжимая тем самым пакет 9, что приводит к изменению температуры на подложке. Герметизация вакуумного ввода движения ванн 2 и 3 осуществляется сильфонами 13.

Изменяя степень сжатия пакета гофрированных листов, регулируют в щироком диапазоне температуру голодной границы образца. Это позволяет определять зависимость коэффициента теплопроводности материала от температуры, например, при постоянном перепаде температур между холодной и теплой границами образца.

Изобретение может найти применение при исследовании свойств низкотемпературной теплоизоляции и конструкционных материалов, эксплуатирующихся при отрицательных температурах.

Формула изобретения

Устройство для определения коэффициента теплопроводности материалов, включающее блок нагрева образца и блок его охлаждения в виде пластины из высокотеплопроводного материала и связанной с ней ванны для криогенной жидкости, отличающееся тем, что, с целью увеличения объема получаемой информации за счет расширения возможности задания температуры наиболее холодной поверхности образца и повышения точности, между ванной и пластиной блока охлаждения расположен пакет гофрированных металлических листов с направлением гофров, чередующимся взаимно перпендикулярно, кроме того, устройство снабжено системой перемещения ванны относительно пластины.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Осипова В. А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. М., «Энергия, 1979, с. 37.

2.Авторское свидетельство СССР № 162688, кл. G 01 N 25/18, 1962.

// //

/J15

/