Устройство для измерения теплопроводности твердых образцов в области низких температур Советский патент 1981 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к исследованиям или анализу материалов с помощью тепловых средств. На современном этапе развития научно-технического прогресса криогенная техника нашла широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, В связи с этим актуальным является всестороннее изучение физических, в частности, тепловых .свойств технически важных Конструкционных материалов, удовлетворяющих условиям работы при низких температурах. Известны устройства аля измерения теплопроводности при низких температу pax. Указанная система прецставляет coбой два устройства для проведения измерений в интервале 2-8О К и 65-ЗОО К, отличающихся цруг от пруга рабочими характеристиками. Каждое из них состоит и вакуумной камеры, хладопровода, имек щего контакт с хлацоагентом, держателя образца, экрана и теплового ключа с теп лообменным газом для обеспечения изме рений при температурах, превышающихтемпературу хладоагента Г1 . Однако использование двух устройств для измерений в интервале 2-ЗОО К и также применение теплового ключа усложняет проведение эксперимента, делая его очень длительным. Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является устройство, состоящее из ваку мированного стакана, в котором размещен погрум аемый в жидкий хладоагент хладопровоц с прикрепдюнным к нему винтом держателем образца. Между хлааопроводом и держателем образца устанавливается шайба теплосопротивления из материала с низкой теплопроводностью. Для ограничения паразитных теплопритоков к образцу держатель образца снабжен радиадисжным экраном. На хладопроводе, держателе образца и радиационном экране размещены изоляционные кольца для пайки проводов измерительных -цепей, 1 Устройство позволяет измерять теплопроводность образцов в 38 штервале температур 2-300 К. Перехоп от одного температурного интервала к с угому обеспечивается путем установки между хлааопровоцом и держателем образца шайб с различным сопротив;юнием, а не применением теплового ключа 2 , Однако для смены шайбы теплосопротив/кния D известном устройстве необхо димо открутить расположенные в труднодоступном месте винты крепления держателя, образца к хладопроводу, удер живая держатель образца на весу, заменить шайбу, вновь собрать узел, обеспечить равномерное прижатие поверхностей сопрягаемых элек1ентов, проверить и восстановить измерительные цепи, провода которых повреждаются при смене шайб, гак как при этом держатель образца не имеет жесткой опоры. На все операции смены шайбы теплоеопротивле ния и обеспечения дальнейшего проведения эксперимента требуется 5 - 7 ч. Таким образом, недостатком известного устройства является длительность и трудоемкость операции смены шайб теплосопротивления, выполнение которой не- обходимо для обеспечения измерений в широком интервале температур. Целью изобретения является сокращение времени измерений в широком интер вале температур. Поставленная цель достигается тем, что устройство для измерения теплопроводности твердых образцов.в области низких температур, состоящее из распол женных по одной оси вакуумированного стакана и хладопровода, погруженных в хладоагент, держателя образца, механически прикрепленного к хладопроводу, шайбы теплосопротивления, установленно между держателем и хлаДопроводом, радиационного экрана, припаянного к держателю образца, снабжено выполненным из материала с низкой теплопроводаость хвостовиком, механически закрепленным на хладопроводе по одной с ним оси, теплоизолированным от хладотфовода втужой и встав1юнным в осевое отверстие держателя образца, и цилиндрическим штифтом с эксцентриком, pacftont женным по оси устройства, причем штиф вставлен в совмещенные радиальные отверстия хвостовика и держателя образца На чертеже схематически показана конструкция предлагаемого устройства, состоящего из вакуумированного стакана I, массивного хладопровода 2, держателя 3 образца 4, шайбы теплосопротив ления 5, радиационного экрана 6 и узла 2 состоящего из закрепленного на хладопроводе хвостовика 7, цилиндрического штифта 8 с эксцентриком по оси устройства и фиксирующих винтов 9. Хвостовик 7 может быть выполнен из матери ала с низкой теплопроводностью или теплоизолирован от хладопровода при помощи втулок 10, изготов/юнных, например, из фторопласта. На хладопроводе 2, держателе 3 образца и радиационном экране 6 установлены изоляционные кольца 11с контактами для пайки проводов измерительных цепей. В держателе образца выполнены раДиальное отверстие в виде паза, в котором устанавливается штифт с эксцентриком, а также осевое о верстие для установки хвостовика. Верхней частью хвостовик жестко крепится к массивно- му хладопроводу. На хвостовике имеется радиальное отверстие, в которое вставляется эксцентрик штифта, способный вращаться в этом отверстии. При вращении штифта с эксцентриком происходит осевое перемещение держателя образца относительно неподвижного хвостовика, что и обеспечивает сжатие илз разьединение образца и массивного хладопрсжода. Фиксация штифта в зажатом состоянии обеспечивается двумя винтами 9, оонако, как показал опыт эксплуатации, ими пользоваться необязательно. Для смены шайбы теплосопротивления необходимо обеспечить разьешшение держателя образца от массивного хладопровода до образования зазора 2-3 мм между соприкасающимися поверхностями, для чего достаточно с помощью гаечного ключа подвернуть ключ с эксцентриком на угол 90 . В образовавшийся зазор можно установить фигурную шайбу ( с зевом) любого теплосопротивления, снова повернуть ключом штифг с эксцентриком до упора, надежно стянув держатель образца с массивным хладопроводом. Преимущества предлагаемого устройства заключаются в следующем; удобен доступ к механизму разьединения хладопровода и держателя образца; ограничено свободное перемещение держателя образца, что исключает повреждение проводов измерительных цепей; обеспечена соос- ,ностьхладопровода и держателя образца. В результате время для смены шайбы теплосопротивления и обеспечения даль- нейшего проведения эксперимента сокращается до 10-2О мин (а при эксплуатации известного устройства, это время составляет 7 ч).