Устройство для измерения тепловых свойств веществ при температуре до 3000 @ с и избыточном давлении газа Советский патент 1982 года по МПК G01N25/20 

Изобретение относится к технике теплофизического приборостроения и может быть использовано также в других отраслях техники, в которых используют высокие температуры и давления, в особенности для исследова-: ния теплофйзических и термокинети- ческих свойств веществ.

Известно устройство для исследования процессов, происходящих с изменением веса вещества в условиях высоких те1«1ератур и давлений II,

Однако это устройство обладает низкой точностью измерения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для исследования процессов, происходящих с измененн,ем веса вещества при высокой температуре и давлении, содержащее рабочую камеру, термостатируемые фланщл, весоизмерительное устройство. Нагрев образца до требуемой температуры обеспечивается нагревательной камерой, а весоизмерительное устройство снабжено холодильником и газовым затвором для отделения весов от реактора 2.

Недостатками этого устройства являются наличие в установке нагревательной камеры, которая обладает

значительной термической инерционностью., конструктивная сложность отдельных узлов, которая, в свою очередь, приводит к погрешностям в измерениях и обеспечении постоянства режимных параметров в установке.

Цель изобретения - повьвление точности за счет поддержания постоянства давления и температуры, расширение диапазона измерений.

Поставленная цель достигается тем/ что в устройство для измерений тепловых свойств веществ при темпет ратуре до ЗООО С и избыточном давлении газа/ содержащее закрепленную на рабочем столе рабочую камеру с встроенными в нее весами, дополни- тельно введены источник радиационного нагрева, установленный на опоре, обтюратор и затвор, расположенные над камерой вьтрлненной с оптическими измерительными каналами и тремя штуцерами подачи и удаления газа в крышке и боковой стенке камеры, с главным оптическим вводом, находящимся на одной оси с отверстием обтюратора, затвором, источником радиационного нагрева, при этом в осно вании камеры жестко закреплена консольная балка с тензометрическими датчиками , на конце которой установ лен керн с чашкой для образца, и ввернут штуцер для подачи газа продувки. При этом камера расположена на координатном столе с возможностью ее передвижения в трех направлениях На фиг. 1 представлена общая , компановка устройства; на фиг., 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 2. Устройство для измерения тепловых свойств веществ при температуре до ЗОООС и избыточном давлении газа включает рабочую камеру 1, закрепленную на координатном столе 2с электроприводзцйн 3 .и 4, источник 5 радиационного нагрева, установленный на опоре 6, расположенные над камерой обтюратор 7 и затвор 8. Каме ра с входящими в нее КРЁВЦКОЙ 9 и ос нованием 10 тер « Ьтатируются протон ной водой. В крышку 9 вмонтированы находящийся на одной оси с отверстием обтюратора, затвором, источником радиационного нагрева главный оптнческйй ввод 11, через кото1Шй подает ся лучистая энергия на образец 12, оптические каналы 13 для визуального наблюяеиия за состоянием образца и измерения его темпв{ ату5« и две штуцера 14 и 15 для подачи и удаления газа.В боковую стенку камеры встроены оптические канаяи 16 для визуалЬ нызс наблкщеиий за образцом,регйстр5 ции его физического состояния и штуцер 17 для подачи газа продувки.Убыл массы образца фиксируется теи9омет1т ческями датчиками 18, приклеенные на жестко закрепленную а основания: 10 консольную балку 19, на конце котсфсй установлен керн 20 с образцом 12. Предотвращение прогиба коисоль)«ой Залки 19 арн установке на ч«шку керна 20 и снятии об:ра9ца 12 обееаечязается и верхним а ретирш4И 21. Подача газа продувки в основаий® 10 кама1 1 осуадвствляется через в1туцер 22. fas, подаваемый arryuep 14 я трубопровод 23 б кутвку 9 Kaito, попадает под глав{Шв оптический ввод tl, предотвращавт его ааг-рязйеиие продуктами хиййчесяих реакций к удаляется из каме Р4 (to Д1 енажие««у трубопроводу 24 ю&д«1ией но ог с Системой запорных,/ измдрнтельвых и регулирующих средств по (йтролю давления и состава газоа в ра 15очёй камере 1. Ует4)ойство для измерения тепловых СВОЙСТВ веэдеств при температуре до и ивбыточном давлении газа, которое может быть порядка-нескольких йесятков МПа, работает следующим образом. Образец 12 исследуемого вещества при снятой с камеры 1 крышке 9 уста навливает;ся на чашку керна 20, который своим основанием опирается на консольную балку 19 с наклеенными на нее тензодатчиками 18. Для предотвращения прогиба консольной балкн 19 ее фиксируют нижним арретиром 21. После этого камера закрывается крышкой 9 и герметизируется путем затяжки шпилек, соеди вякадих крышку 9 и основание 10 камеры 1 (фиг. 2) . .Для очистки камеры 1 и газовых магистралей от возможных загрязнений устройство вакуумируют, после чего обеспечивают достижение требуемого в эксперименте давления газа. Подачу газа в камеру 1 осуществляют посредством Штуцеров 14, 17, 22 И трубопровода 23, а дренаж - по трубопроводу 24 и далее магистраль с системой запорнйх, изМер Ительнык и регулирукяцих средств по КОНТРОЛЮ давления и состава газов в рабочей кошере 1 (фиг. 3). Нагрев образца 12 до требуемой температу|ри Дс стигается включением источиика 5 радиационного нагрева И электроприводов 3 и 4, коордикатйого стола 2, обтюратора 7 и открытием затвора в. , .. . .. В процессе эксперимента (например при исследовании тепловых свойств деструкцирниых мате жалов).под воздействием ВЫСОКОЙ температуры и дав- лейня в образце 12 П ро11сходят хйкт- ческие превращения, обуславливающие изменение его массы-и образование летучих продуктов реакции. При этом изменяется толщина обра$иа 12 и его верхняя поверхность перестает быть в фокусе источника 5 радшациоииого нагрева. Вк.точеииём электроприводов 3 и 4 координатного стола 2 образец 12 вновь устаиавли вают в фокусе источника 5 радиационного нагрева. Ки-. нетика y6(imt массы образца 12 фик-сируется с пом(|Ыо теиэо | трйческих датчиков i 8 и записывающей аппарату1 . Распределение температур по толщине образца и динамика его изменения, в эаанснмоети от конкретной задачи исследования, фиксируются . Либо термопарами, либо пирометрами через оптические каналы 13 и 16. Подача инертного газа в камеру 1 по трубопроводу 23 позволяет избежать загрязнения летучими продуктами главного оптического ввода 11, через который проходит излучение источника 5 радиационного нагрева. После окончания эксперимента от-ключают источник 5 радиационного нагрева, сбрасывают давление газа, снимают крьшзку 9 и из камеры 1 извлекают керн 20 с остатками исследуемого образца 12, причем для предотвращения прогиба консольной балки 19 ее арретируют верхним арретиром 21. По сравнению с известными устройст вами для подобных целей (создание внутри сосуда печи, в которую помещен исследуемый образец) наиболее эффективно, с точки зрения снижения термической инерционности, пред лагаемое устройство, в котором реа лизуется радиационный подвод энерги к образцу. При этом мощность и реясим лодЕода теплового потока к образцу (иепрерьюный, импульсный или по другсму требуемому закону) регулируется посредством обтюратора имею11(вгЬ вравдаксоийси съемный диск с требуёАвлМ для конкретных исследу кшк BeQtecTB и режййшх параметров, количеством пррфилэд а ванных отверстий, обеспечивает высокую точйос;гь измерения. того, в зависимости от пос тавленной задачи исследования, использование электроприводов координафвого стола« ка котором расположёна камера с образцом, позволяет также згшавать на поверхности образ ца либо стационарный тепловой поток (tianptB4ep, в случае разрушения мате| ала при сублимации или деструкции) t либо нестационарный (в случае изменения граничных условий на поверхности образца по заранее заданному закону). Формула изобретений 1. Устройство для измерения тепл вых свойств веществ при тёмпературе до и избыточном давлении газа, содержащее закрепленную на рабочем столе рабочую камеру с встроенными в нее весами, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности за счет поддержания постоянства давления и температуры, расширения диапазона измерений, в него введены источник радиационного нагрева, установленный на опоре, обтюратор и затвор, расположенные над камерой, выполненной с оптическими измерительными каналами и тремя штуцерами подачи и удаления газа в крышке и боковой стенке камеры, с главным опт:ическим вводом, находящимся на одной оси с отве эстйем обтюратора, затвором, источником радиационного нагрева, при этом в основании камеры жестко закреплена консольная балка с тензометрическими датчиками, на конце которой установлен керн с чашкой для образца, и ввернут штуцер для подачи газа продувки. 2. Устройство по п4 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что кгцлера расположена на координатном стОле с возможностью ее передвижения в трех направлениях. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1 Головина Е.С., Котова Л.Л. Сублимация углерода в потоке.Теплофизика высоких температур . 1972, 2, с. 368. 2. Авторское свидетельство СССР 3663919, кл. G 01 К 25/58., 1970 (прототип).

0

И

п

Фвг. 3

6-6