Устройство для определения теплофизических характеристик материалов Советский патент 1981 года по МПК G01N25/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к тепл6физичёским измерениям, а точнее к устройствам, служащим для определения теплофизических характеристик матери- j алов (коэффициентов теплопроводности ,температуропроводности, тепловой активности и теплоемкости),

Известны устройства для определения теплофизических характеристик Ma--|Q териалов, в которых используются нагреватели и термометры сопротивления, выполненные из проволоки t .

Известные устройства обладают значительной собственной теплоемкостью 15: и инерционностью. Они сложны в изготовлении и обладают малой механической прочностью и износоустойчивостью.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для определения 20 Теплофизических xapaxtepHCTHK материалов, в котором нагреватель йыпоЛнен из константановой проволоки диаметром 0,15 tiM, намотанной на шаблоне, и склеен эпоксидным компаундом. Тер- 25 мометр сопротивления выполнен из медной проволоки диаметром 0,09 мвл и также проклеен эпоксидным компаундом. Общая толщина нагревателя и термометра сопротивления порядка 0,6-1,2

Применение подобного термопреобра.зователя вносит большую ошибку при определении теплофизических характе(ристик материалов за счет собственной теплоемкости и инерционности. При изготовлении более тонких нагревателей к термометров сопротивления резко падает их механическая прочность и возрастает трудоемкость изготовления. Известные устройства с такими нагревгй талями и тер(юметрами сопротивления имеют небольшой срок службы и ненадежны в работе.

Цель изобретения -..повышение точности и надежности, увеличение долговечности, а также упрощение изготовлен ния устройств для определения теплофизических характеристик материалов.

Эта цель достигается тем. что в устройстве для определения теплофизических характеристик материалов, включающем нагреватель и термометр -. сопротивления, нагреватель и термометр сопротивления выполнены из фольги/ наклеены на полииг/шдную плен ку с противоположных сторон, причем нагреватель и термометр сопротивления выполнены в виде сетчатого круга и расположены соосно.

В зависимости от используемого решения и условий эксперимента нагреватель и термометр сопротивления могут быть одинаковых диаметров или различных, причем диаметр нагревателя всегда больше диаметра термометра . ротивления..

При подаче напряжения питания на нагревателе происходит выделение тепла, при этом изменяется температура исследуемого материала и самого - устройства-. Термометр сопротивления измеряет температуру исследуемого материала в течение эксперимента. Далее по данным измерения температуры в зависимости от времени, используя соответствующие формулы/ рассчитывают 15 требуемые теплофизические характеристики исследуемого материала.

На чертеже изображено предлагае -, мое устройство, общий вид.

Термопреобразователь состоит из 20 подложки 1, например износостойкой прочной пленки, выполненной из полиамида, на одну сторону которой нак4 леена фольга из металла с мальзм температурным коэффициентом сопротивле- -в ния (ТКС, например,нихрома или константана, а на другую - фольга из металла с большим ТКС, например никеля или меди. Толщина фольги поряд ка 5-20 мкм.

На фольге с малым ТКС методом . 30 цланарной технологии выполнен нагреватель 2, а на фольге с болыйим ТКС таким же образом выполнен термометр 3 сопротивления. Причем они расположены соосно, имеют одинако, 35 вую форму например, могут быть выполнены в виде круга одного и того же радиуса).

При необходимости, в зависимости от применения нагреватель 2, термо- Q . метр 3 сопротивления или оба вмесfe покрываются износостойким заиштным слоем 4,например фторопластот. вой эмульсией. Общая толщина устройства составляет 20-50 мкм.

Устройство работает следующим об- разом.

Создают контакт устройства с исследуемым материалом {например, помещают в исследуемый сыпучий материал, термостахируют некоторое время (1- 50 15 мин) и подают необходимое напряжение питания на нагреватель 2.

При подаче на нагреватель 2 напряжения питания происходит выделение

тепла,при этом изменяется температура 55 исследуемого материала и самого устройства ( следовательно, и термометра сопротивленияЬ Термометр 3 сопротивления регистрирует это изменение температуры в зависимости от време- ,

ни. Вьщеляемое нагревателем тепло практически зависит только от напряжения питания, так как ТКС материала нагревателя очень мало. Далее по данным изменения температуры в зависмости от времени, используя соответствующие формулы, рассчитывают требуемые теплофизические характерис тики исследуемого материала.

Погрешность определения теплофизических характеристик, например, сыпучих материалов устройством составляет 3-5%, в то время как при при применении известного устройства 7-10%.

Такое устройство просто в изготовлении и позволяет применять дешег; вую планарную технологию. За счет применения в термопреобразователе износостойкой прочной пленки и износостойкого покрытия повышается надеж-i ность и увеличивается долговечность работы устройства для определения теплофизических характеристик материалов.

Формула изобретения

1.Устройство для определения . теплофизических характеристик ма- ; териалов, включающее нагреватель . и термометр сопротивления, о т л и.чающееся тем, что, с целью повышения точности и надежности, увеличения долговечности и упрощения .изготовления, нагреватель и термометр сопротивления выполнены из фольги, наклеены на полиимидную пленку с противоположных сторон, причем нагреватель и термометр сопротивления выполнены в виде сетчатого круга одинакового диаметра и расположены соосн

2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с -я тем, что нагреватель и термометр сопротивления выполнены , различных диаметров, причем диаметр . нагревателя больше диаметра термометра сопротивления.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Морачевский И.И. Спектор Б.В., Рязанцев В.И. Метод и прибор для определения теплофизическйх характеристик материалов без взятия пробы.-Тепло- и массоперенос. Минск, 1962,

т. 1, с. 61-64.

2.Серых Г.М., Гергесов Б.А.Новый скоростной метод исследования теплофизических свойств сыпучих пищевых продуктов. - Известия ВУЗОВ. Пищевая технология, 1976, № 2. с. 162 (прототип)