Устройство для измерения температурного коэффициента объемного расширения жидкости

 

Изобретение относится к теплофизическим измрениям, в частности к дилатометрам, и может быть использовано для измерения температурного коэффициента объемного расширения (ТКОР) при высоких температурах и давлениях жидкостей, в том числе агрессивных и токсичных, с высокой точностью. Целью изобретения является расширение температурного диапазона и повышение точности измерения. Устройство содержит камеру высокого давления с иллюминатором, в которой устанавливают чувствительные весы. К разным плечам коромысла весов на тонких металлических нитях подвешивают выполненные из одного материала и равные по объему и массе два груза, которые помещают внутрь исследуемой жидкости, налитой в двух сосудах, которые укрепляют снизу. На сосудах устанавливают нагревательные печи и датчики температуры. Для создания высоких температур и устранения конвекции сосуды закрывают вакуумной камерой, имеющей систему охлаждения. Весы с подвешенными грузами предварительно уравновешивают, а затем на одну из чашек устанавливают разбаланс массой ъ 200 мг. Создавая разность температур сосудов добиваются восстановления равновесия весов. Это происходит из-за разницы в величине выталкивающей силы, действующей на грузы. Равновесие весов наступает, когда эта разница равна величине разбаланса. Затем измеряют температуры сосудов и рассчитывают значение искомого ТКОР. 1 ил.

1 23 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) (51) 4 С 01 N 25 16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

rlPH ГКНТ СССР (21) 4367684/31-25 (22) 25.12„87 (46) 23.10.89. Бюл. Ф 39 (71) Институт металлургии им. А,А.Байкова (72) И.И. Новиков, В.В, Рощупкин, А.И.Чернов и В.А.Груздев (53) 536.6 (088.8)

56> Авторское свидетельство СССР ,М 452777, кл„ С О! N 25/16, 1974.

Авторское свидетельство СССР

)) 987487, кл. G 01 N 25/16, 1981,, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГО КОЭФФИЦИЕНТА ОБЪЕМНОГО

РАСШИРЕНИЯ ЖИДКОСТИ (57) Изобретение относится к теплофиэическим измерениям, в частности к дилатометрам, и может быть использовано для измерения температурного коэффициента объемного расширения (TKOP) при высоких температурах и давлениях жидкостей, в том числе агрессивных и токсичных, с высокой точностью, Целью изобретения является расширение температурного диапазона и повышение точности измерения. Устройство содержит камеру высокого давления с иллюминатором, 1

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для измерения температурного коэффициента объемного расширения (ТКОР) при высоких температурах и давлениях жидкостей, в том числе агрессивных и токсичных.

Целью изобретения является расширение температурного диапазона и пов которой устанавливают чувствитель ные весы. К разным плечам коромысла весов на тонких металлических нитях подвешивают выполненные из одного материала и равные по объему к массе два груза, которые помещают внутрь исследуемой жидкости, налитой в двух сосудах, которые укрепляют снизу. На сосудах устанавливают нагревательные печи и датчики температуры. Для создания высоких температур и устранения конвекции сосуды закрывают вакуумной камерой, имеющей систему охлаждения, Весы с подвешенными грузами предварительно уравновешивают, а затем на одну из чашек устанавливают разбаланс массой ?00 мг. Создавая разность температур сосудов, добиваются восстановления равновесия весов. Это происходит из-за разницы в величине выталкивающей силы, действующей на грузы. Равновесие весов иаступает,когда эта разница, равна величине раэбаланса, Затем измеряют температуры сосудов и рассчитывают значение искомого ТКОР.

1 ил.! вышение точности измерения температурного коэффициента объемного расширения жидкостей, в том числе и имеющих высокое давление паров.

На чертеже представлено устройство для измерения ТКОР, общий вид.

Устройство состоит иэ чувствительных весов 1, установленных на плите

2. Плиту изготавливают массивной и

20 грузов находились на расстоянии

15 мм от поверхности жидкости. Систему заполнения отсоединяют и на сосуды устанавливают нагревательные печи 13 и 14, состоящие из трех секций нагревателей и тепловой

3 1516923 на ней устанавливают интенсивную систему охлаждения. К специальным прямоугольным рамкам, установленным на подвесках коромысла весов 3 на тонких металлических нитях 4 и 5 укрепляют левый 6 и правый 7 грузы, Грузы выполняют цилиндрической фор— мы со сферическими торцами из одного металла равного объема и массы. Пред— варительно, тщательно измеряют объем грузов методом гидростатического взвешивания в воздухе и в дистиллированной воде, К нижней плоскости плиты через герметичные прокладки укрепляют левый 8 и правый 9 сосуды. Нити подвески пропускают через небольшие отверстия в плите, ось которых совпадает с осями сосудоь.

Окончательно укрепляют грузы так, чтобы они не касались стенок сосудов и их нижние торцы находились . на расстоянии, приблизительно 1520 мм от дна сосудов. После этого весы тщательно уравновешивают при 25 помощи небольших грузиков и рейтера.

Арретирование весов производят дисстанционно при помощи компактного реверсивного двигателя 10. Затем на одну из чашек весов, например пра- 30 вую, накладывают разбаланс 11 массой A m. При высокой чувствительности весов для широкого класса жидкостей достаточно установить разбаланс массой не более 150-200 мг.

После этого весы закрывают камерой

12 высокого давления и уплотняют при помощи резиновой прокладки болтами к плите. Камера высокого давления имеет на боковой поверхности 40 отверстие, заглушенное толстостенным молибденовым стеклом, выдерживающим высокое давление, для наблюдения за оптической системой весов, Сосуды в дне имеют штуцера для за 45 полнения нх исследуемой жидкостью, к которым подключают систему заполнения и производят вакуумирование камеры, сосудов и системы заполнения.

Затем производят заполнение сосудов исследуемой жидкостью, заливая ее приблизительно на один уровень с таким расчетом, чтобы верхние торцы

mg vf у1 g див + mg ЧХГа8 (1) где m

8 — масса грузов, кг; — ускорение свободного падения;

V>, Ч вЂ” объемы соответственно левого груза 6 при температуре Т1 я правого груза 7

-5, при температуре Т, м

J и f — плотности исследуемой жидкости соответственно в левом и правом сосудах, кг. м йш — масса раэбаланса 11, кг.

Кроме того, справедливы следующие зависимости: = Р,С1+Р (т — т,)1;

У =.Уо C1 +/ (Т,— То)3 (2) где, — плотность исследуемой жид; кости при температуре Т изоляции. Регистрацию температуры и контроль равномерности теплового поля производят при помощи шести датчиков 15 и 16 температуры (по три на каждом сосуде), установленных на стенках сосудов на разной высоте. С целью предохранения нагревателей от окисления, особенно при высоких температурах, а также для создания равномерного температурного поля путем устранения конвекции около нагревательных печей, снизу к плите укрепляют водоохлаждаемую вакуумную камеру 17.

Устройство работает следующим образом.

После установки на правой чашке весов 1 разбаланса 11 при одинаковой температуре сосудов весы находятся в неуравновешенном состоянии. Затем повышают температуру левого сосуда

8, а температуру правого сосуда 9 поддерживают постоянной и следят эа состоянием равновесия весов. При повышении температуры плотность исследуемой жидкости в левом сосуде и, следовательно, выталкивающая сила, действующая на левый груз, уменьшается, что ведет к уменьшению результирующего разбаланса весов.При определенной температуре весы приходят в состояние равновесия.Уравнение равновесия весов имеет следующий вид:

5 15 (в общем случае T — тем5 пература плавления),кг. и °

° Э

Р— средний TKOP К

Производят подстановку (2) в (1), сокращают выражение и решают уравнение относительно Р и

o(U -V)+Дш

Уо ", (T, — To ) - (Т, — Т„) 7

Далее увеличивают температуру правого сосуда 9 и повышают температуру левого сосуда 8 до восстановления равновесия весов. Таким образом, измеряют TKOP в интересующем температурном диапазоне. Величину

j, определяют предварительно, например, методом пикнометра, а Ч и

V< рассчитывают при помощи данных о температурном коэффициенте линейного расширения материала грузов по измеренному предварительно значению объема грузов при To . Чля предотвращения испарения исследуемой жидкости при высоких температурах производят увеличение давления в камере высокого давления очищенным аргоном, используя известные данные о давлении насыщенных паров.

Применение предлагаемого устрой-, ства позволяет расширить температурный диапазон измерений от 400 до

16923 6

1000 С и вплоть до 200() "С. Создание повышенного давления в камере высокого давления позволяет исследо5 вать жидкости имеющие высокие давЭ ления паров без снижения точности измерения. Использование предлагаемого устройства позволяет повысить точность измерения не менее, чем на порядок по сравнению известным устройством.

Формула изобретения

Устройство для измерения температурного коэффициента объемного расширения жидкости, содержащее весы, связанные с сосудом для исследуемого материала, снабженным нагревателем

20 и датчиком температуры, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью расширения температурного диапазона и повышения точности измерения, оно дополнительно содержит герметичную

25 емкость, на крышке которой помещены весы, второй сосуд для исследуемого материала, снабженный нагревателем с датчиком температуры, и два груза, подвешенных на нитях к плечам коромысла весов и помещенных внутрь сосудов, которые закреплены на крынке герметичной емкости снизу причем их полости сообщены.