Ячейка для измерения свойств перегретых электропроводных жидкостей Советский патент 1983 года по МПК G01N27/07 

Изобретение относится к физико-. {химическому исследованию, в част.1ости к теплофизике, и может быть использовано для определения температуры достижимого перегрева (т.е. температуры, при которой нестабильная жидкость взрывообразно вскипает в силу внутренней неустойчивости), критических параметров и злектропроводности металлов и других электропро водных жидкостей.

Известна ячейка для определения . температуры взрывного вскипания во время греющего импульса, содержащая камеру для исследуецюй жидкости . Б камере расположены измерительные электродфл, соединенные платиновой проволочкой, которая служит нагревателем и датчиком температуры tl 1.

Недостатком этого устройства является ограниченный класс исследуемых веществ.

Наиболее близким к предлага емому является ячейка для определения температуры достижимого перегрева электропроводных жидкостей, содержащая две камеры, сообщающиеся между собой, в каждой из которых распсшожены из- , мерительные электроды С23.

Недостатком известной ячейки является неточность в определении температуры достижимого перегрева, достигающая 15%, и более, связанная с необход:91 юстью экстраполяции температурной зависимости электропроводности на неисследованную метастабильную область, поскольку при указанной геометрии перегородки и соедиtoняющего канала определение :температуры вскипания возможно только по изменению злектросопротивления жидкости, находящейся в этом канале. Кроме того, невозможно получать дан15ные для малых и вакуумных давлений. Например, для щелочных металлов давление должно составлять не менее 10% от термодинамического критического давления. Это ограничение связа20но с преждевременным вскипанием и магнитогидрода1намической неустойг чивостью жидкого металла в канале перегородки при прохождении икшульсов тока плотностью йорядка .,

25 необходимой для разогрева исследуемой жидкости. Известная ячейка не дает возможности для излучения температурной зависимости электропроводности метастабильных жидкостей 30в;ажнейшего параметра перехода металл - диэлектрик,, происходящего вблиэ 1 критической температуры, поскольку сама температура .определяется экстраполяцией искомой зависимости на несколько десятков, а иногда - сотен градусов от изученной ранее области. Корструкция ячейки не позволяет изучить влияние объема перегреваемой жидкости н температуру достижимого перегрева и плотность центров кипения, так как замена перегородки и канала кро ме неудобств, связанных с полной Разборкой ячейки, внорит неконтролируемое изменение плотности готовы центров кипения, имеющихся на стенках нового канала. Цель изобретения - повышение точ ности измерения. Поставленная цель достигается те что в ячейке, имеющей две камеры, сообщающиеся между собой, в каждой иэ которых расположены измерительны электроды, в стенке одной иэ камеры выполнено оптическое окно, г в стен ке другой камеры имеется выступающи цилиндрический канал, посредством которого камеры сообщаются между со бой, причем тореч этого канала расположен напротив оптического окна. Появление оптического окна Дает возможность произвести разогрев жид кости импульсом лазерного излучения а температуру разогреваемой жидкости определяют в этом случае с помощ пирометра. Тем сваллм исключают мощные разогревающие импульсы тока, порождакедие магнитогидродинамическую неустойчивость, и освобождаются от необходимости экстраполяции элек ропроводности . Трехволновой пирометр позволяет фиксировать изменение температуры поверхности площадью порядка 1 ммво время импульсов 0,01 10 мс с точностью 3-4%. Независимое определени температуры дает возможность проведения комплексного исследования: наряду с температурой достижимого перегрева изучается плотность центров кипения, критические параметры жидкости и температурная зависимость ее электропроводности. Изменение толщины перегреваемого кольца жидкости, расположенного между торцом канала и окном, меняют в нужных пределах ее объем или добиваются подобия тепловых полей в опытах с жидкостями, име ющими различные коэффициенты темпера туропроводности. Выделение разогреваемой части жид кости в виде цилиндрического кольца с толщиной порядка 10 мкм размер определяется необходимостью равномерного, в рамках заданной точности измерения, прогрева жидкости,) позволяет перейти от цилиндрической геометрии к плоскому двумерному случаю- (тонкое кольцо ) без изготовления стыков плоских деталей ( перегородки и окна). Появление стыков деталей существенно , снимает достижимый перегрев жидкости из-за наличия большого количества готовых центров парообразования. На чертеже приведена схема ячейки. Ячейка содержит два объема 1 и 2, заполненные исследуемой электропроводной жидкостью. Каждый из этих объемов снабжен одним или двумя электродами 3 и .4 (в зависимости от.принятой схемы измерения электропроводiHOCTH и материала, из которого изготовлен корпус ячейки. Друг от друга объемы отделены диэлектрической перегородкой 5, имекхцей соединительный канал для исследуемой жидкости. Разогреваемая часть жидкости представляет собой цилиндрическое кольцо 6, расположенное между торцом перегородки 5 и оптическим окном 7. Толщина кольца регулируется взаимным перемещением перегородки и окна за счет подвижных уплотнений этих элементов или соответствующей деформации корпуса ячейки с использованием упругой стенки либо различия в термическом расширении дета-пей. Ячейка работает следующим образом. После заполнения ячейки исследуемую жидкость разогревают до начальной температуры, не превыщанхдей температуру насыщения при заданном давлении, с помощью внешней печи или термостата. Дальнейший разогрев жидкости в кольцевой части канала осуществляют через оптическое окно за счет излучения внешнего источника, например, лазера. Температуру жидкости определяют по излучению ее поверхности с помощью известного пирометра. Одновременно регистрируют электропроводность ячейки, что позволяет изучать проводимость жидкости в метастабильной области и точно фиксировать момент взрывообразногхэ вскипания. Относя показания параметра изучения к. сигналу вскипания, полученного из измерений электропроводности, определяют температуру достигнутого в опыте перегрева при зощанном внешнем давлении. Давление в ячейке варьирует в серии опытов во всей области метастабильных состояний. Передачу давления от внешнего устройства осуществляют через упругий элемент или инертный газ. Использование предлагаемой ячейки позволяет устранить ряд дестабилизирующих факторов, поднять уровень достижения перегрева электропроводных жидкостей (в первую очередь металлов ) и получить тем самим достоверные оведения о природе взрывообраэного вскипания к границе достижимых перегревов , повысить точность определения температуры метастабильной жидкости 13-4% пирометрическим способом против 15-25% в области спияодапи по грубой аппроксимации электропроводности ).; снять ограничение на минимсшьное давление в ячейке, что влечет за собой расширение исследований метастабильных состояний на практически влажною область давлений вблизи и ниже атмосферного (нгшример, проблема взрывообразного вскипания при разгерметизации контура с жидкометаллическим теплоносителем и т.п. изучать температурную зависимость электропроводимости метастабиль ной жидкости.

Формула изобретения Ячейка дпя измерения свойств перё рётых электропроводных жидкостей.

содержащая две камеры, coo6ttiaHi piec;t между собой,в каждой из которых расположены измерительные электроды, отличающаяся тем, что, с целью повьшения точности измерения

5 в стенке одной из камер выполнено оптическое окно, ав стенке другой камеры имеется выступающий цилиндрический канал, посреством которого соосмцаются между собой, причем

10 торец этого канёша расположен напротив оптического окна.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

«5 1. Скрипов В.П. Метастабильная жидкость. М., Наука, 1972, с. 108. .2. Павлов И.А., Попель П.С. Теплофизические свойства жидкостей и вэрываое вскипание. Сборник. Сверд20 ловск, Изд-во Уральского научного центра АН СССР, Г97б. с. 59-64.

/