Устройство для определения теплопроводности материалов Советский патент 1982 года по МПК G01N25/18 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ Изобретение относится к тепловым измерениям, в частности к устройствам для определения теплопроводности твердых сыпучих или волокнистых материалов, и может найти применение в промышленности строительных материалов, например, для контроля качества готовой продукции. Для определения теплопроводности материалов используются устройства, в которых теплопроводность определяется в стационарном тепловом режиме. Наибольшее распространение нашли устройства, в которых образец испытуемого материала имеет форму пластины. Теп;1опроводность определяют по плотности теплового потока, перепаду температуры и толщине образца. Как правило, для создания перепада температур вустройстве применяют электрические нагреватели или термоэлектрические батареи, размещенные на тепловыравнивающих металлических пластинах с испытуемым образцом между ними; термостаты с блоками термостатирования и емкостями для рабочей жидкости, между которыми размещен испытуемый образец, плоские проточные тепМАТЕРИАЛОВлообменники, подключенные к жидкостному термостату и др. Известно устройство для измерения коэффициента теплопроводности, содержащее плоские проточные теплообменники, подключенные к жидкостному термостату. Испытуемый образец находится между теплообменниками 1. Наличие соединительных элементов в устройстве (в виде шлангов): усложняет его конструкцию и сужает температурный диапазон испытаний. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для определения теплопроводности изоляШ1ОННЫХ материалов, содержащее два термо стата с блоками регулирования температуры, причем в термостатах выполнены емкости для рабочей жидкости, разделенные плоским образцом испытуемого материала. Так как образец размещен между вертикальными стенками емкостей термостатов, то последние являются одновременно плоскими теплообменниками 2. Однако вертикальное расположение образца приводит к увеличению погрешности при замерах (неучитываемый конвективный поток тепла), что снижает точность измерения. Целью изобретения является повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для определения теплопроводности материалов, содержащем два термостата, снабженные блоками регулирования температуры, причем в термостатах выполнены емкости для рабочей жидкости, разделенные плоским образцом испытуемого материала, емкость для рабочей жидкости одного из термостатов выполнена L-образной формы, на горизонтальном участке которой размещен образец. На чертеже дано схематическое изображение предложенного устройства. Устройство для определения теплопроводности материалов содержит два термостата, включающих емкости 1 и 2 с рабочей жидкостью и блоки термостатирования 3, состоящие из регуляторов температуры 4, нагревателей 5, охлаждающих контуров 6 и мещалок 7. Емкость 1 для рабочей жидкости выполнена L-образной формы и снабжена горизонтальным участком 8 для испытуемого образца 9, при этом поверхности горизонтального участка 8 емкости 1 и дна 10 емкости 2 являются термостатирующими. Предложенное устройство работает следующим образом. Образец 9 с закрепленными на нем термопарами и тепломером (на чертеже не показано) помещают на горизонтальный участок 8 емкости 1 для рабочей жидкости, после чего на него опускают емкость 2. Включают термостаты и после выхода в стационарный тепловой режим производят измерения ЭДС тепломера и термопар, исходя из плотности потока тепла через образец 9, толщины образца и разности температур на его противоположных поверхностях, контактирующих с термостатирующими поверхностями, вычисляютего теплопроводность по известной формуле. Известно, что при наличии градиента температуры в некотором объеме, имеющем сообщающиеся поры или волокнистую структуру, возникает конвективное движение газообразного компонента. Подавляющ,ее большинство теплоизоляционных материалов имеют дисперсную структуру. При определении теплопроводности таких материалов в образце создают градиент температуры, при этом образец для испытаний вследствие неоднородности упомянутых материалов выбирают достаточно больщих размеров. Образец должен иметь размер 250x250x50 мм. В таком объеме образца при определенных условиях возможно возникновение естественной конвекции воздуха, содержащегося в порах материала. Интенсивность конвекции зависит, кроме как от структуры материала, также от сред ней температуры образца, величины температурного перепада и от размеров образца, поэтому не может служить характеристикой данного материала. Доля конвективного переноса тепла по сравнению с так называемым кондуктивным переносом может быть значительной, а порой превышать кондукцию в несколько раз. При измерениях теплопроводности естественная конвекция рассматривается как нежелательное явление, приводящее к возни новению трудно учитываемых ощибок измерения. Поэтому при экспериментальном определении теплопровбдности сбздйют такие условия опыта, чтобы конвекция не возникала или ее величина была пренебрежимо малой. Конвекция возникает, когда вектор силы тяжести составляет с вектором теплового потока (в дифференциальном объеме) угол, отличный от нуля. Поэтому при испытании плоских образцов их располагают горизонтально, направляя тепловой поток сверху вниз. Это требование является обязательным при определении теплопроводности. Оно зафиксировано в стандартах, регламентирующих определение теплопроводности. Любое иное расположение образца (наклонное, вертикальное) либо иное направление потока тепла чревато возникновением дополнительной погрещности измерения теплопроводности, связанной с конвекцией. В устройстве - прототипе образец может быть расположен только вертикально. Горизонтальному расположению образца препятствует вся конструкция устройства с блоками термостатирования, которые могут работать только в вертикальном положении, и с емкостями для рабочей жидкости, из которых при горизонтальном положении вытекает рабочая жидкость: Использование изобретения для определения теплопроводности материалов позволяет повысить точность измерения. Кроме того, упрощается конструкция устройства и расщиряется температурный диапазон применения устройства. Формула изобретения Устройство для определения теплопроводности материалов, содержащее два термостаа, снабженных блоками регулирования температур, причем в термостатах выполнены мкости для рабочей жидкости, разделенные плоским образцом испытуемого материала, тличающееся тем, что, с целью повышения очности измерений, емкость одного из термостатов выполнена L-разной формы, и на е горизонтальном участке размещен образец. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 561122, кл. G 01 N 25/18. 1977. 2.Проспект фирмы «Jungers Verkstadts В № 90007, GoteBorg 15. 02.72 протоип) .