Устройство для определения теплопроводпости

 

ОПИСАНЙЕ 2902П

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик .°, тфЛБ- 67

Зависимое от авт. свидетельства ¹â€”

Заявлено 20.Х.1969 (¹ 1373277l18-10) МПК Ст 01п 25 18 с присоединением заявки №вЂ”

Комитет по делам

Приоритет— изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Опубликовано 22.Х11.1970. Бюллетень ¹ 2 за 197i УД1 536.21(088.8)

Дата опубликования описания 5.1 т .1971

Авторы изобретения

Ю. P. Чашкин, В. A. Жданович и В. П. Подрезав

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПГОВОДНОСТИ

ТВЕРДЫХ ТЕЛ

Изобретение относится к области теплофизических измерений.

Известны устройства для измерений теплопроводности однородных твердых тел абсолютным методом стационарного продоль:10г", теплового потока.

Известные устройства для определении теплопроводности содержат нагреватель разца, теплоприемник, теплопровод от тспл >приемника к хладоагенту, термочувствит,, i.,- 10 шяе элементы для измерения разности TOìï0ратур копцов образца, радиационный акра::

ii тсрмостатирующий экран с расположеH;!II !

tB нем нагревателем.

Во всех существующих устройствах тс I31 - 1о ратуры и распределение температур по диационным экрачам значительно (1 — 10 К .f оолее) отличаются от температур и распрслслепия температур по образцу и на-.рсватсл: ь

Б этом слу-;Iic основной вклад в тепл„»», потери дает теплообмеп:.1злучением. Тс:1ло»,1:0 потери из ty te»tte» в существующих устройствах могут достигать значительных вел1п«1: и, как правило, не учитываются, Целью настоящего изобретения является уменьшение гтогрешности определения коэффициента теплопрозодпости однородных твердых тел абсолют;1ыьм методом стационарного продольного теплового потока в диапазо-io темпсратт р 4,2 400 К.

Зто достигается тем, что в предлагаемом устройстве радиационный экран из высокотеплопроводного материала, например меди пли серебра, выполненный в виде двух коаксиальных цилиндров. снабжен нагревателем, устанозлеtttthlxt концснтрпчно с пи ревателем оо; азца, l теплопровод выпол:1си в виде иил1»1дричесl 011 000 Io ti> II из з! а,1 отеплопровод;!oT0;taTepttaла, например нержавеющей стали, заполненнои теплооометпп>1м газом, и;1пример гслпсм, с:1еремсппым; егулирусмым

Даl ЗЛЕНИСМ.

>> та ф и Г, 1:130бражепо Оп;1сы вне)102 устройство: на фпг, 2 конструк ttlsI тсплопрозола.

: ство»ство cocTOIIT из обр;1зи;1 .У. зажато-:.; прп помощ;1:1;1теп (напрпмер. пз капро1; 3,:1 СП, Она ) It РЕГ > IIIP030 IÍI>1, ВИНТОЗ З1ЕХКД>

:-(ill рсзатслсм 6 оора:>lilt и те I;IO:10èoì:1;II;O÷ 9.

О 0jI азсц 1 окр, жен радиацио:ными экран ам.l

6>. 6 с coocTBO:l:тым нагревателем 7, которые

ИМСИОт дЛИН l, раВ IDIO g;it!lit. ОбеаЗца !и П выполнены пз высокотеплопровод;1ого топкостс: ного материала (например медь, серебро) Внутре11нпе и внеитние позерхности радиационных экра:юв 5, 6, нагреватели 7, nottePXtt00Ttt тЕПЛОПРИЕМНИКа 4 И ИаГРЕВатЕЛЯ т образца !Iocepeopettt>t и отполирова:1ы для уi.å ьшс птя теплообмеиа излуче Itte t (сели

290211 образец поддается полировке, его желательно отполировать) .

Экраны располо?кены максимально Олизко к поверхности образца 1 и имеют такую же геометрическую форму сечения, как и образец. 1-1агреватель 3 окружен со всех сторон, кроме стороны, контактирующей с образцом I, нагревателем 7 радиационных экранов, температуру которого поддер>кивают равной температуре нагревателя 8 и контролируют ее при помощи двух или многоспайной дифференциальной гермопары Ь.

В нагревателе 7 радиационных экранов

5, б и в теплоприемпике 4 располо>кены образцовые (или лабораторные) термометры 9 сопротивления типа ТСГ или ТСПН. Термостатирующий экра 10 (поверхности экрана сереорятся и полируются), имеющий свой напреватель 11, находптс» в тепловом контакте с теплоприемником 4.

Между теплоприемпиком 4 и фланцем вакуумной камеры 12 расположен теплопровод

18, предста вляющий собой устройство цилиндрической формы с оболочкой 14 из малотеплопроводного материала, например из нержавеющей стал и (см. фиг. 2) . Внутренняя полость теплопро во да представляет собой два блока тонкостенных цилиндров 15 из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, размещенных с мин; мальным зазором между собой и закрепленных попеременно на нижнем 1б и верхнем 17 фланцах теплопровода. Теплопровод заполняется теплообменным газом, например гелием, под давлением в пределах 5 10- — 760 торр, через капилляр 18. Все устройство крепится к внутренней поверхности фланца вакуумной камеры 12, которая помещена в сосуд Дьюара, наполненный хладагентом, например жидким гелием, водородом, а зотом и т. и.

Устройство, помещенное в вакуумную камеру 12 криостата, принимает температуру, близкую к температуре хладагента. В «акуумной камере поддерживается давление до

5 10 6 торр.

При помощи нагревателей 8, 7 устройство выводит=я в нужную область температур.

Температура нагревателя 7, при помощи регулирования тока через со противление нагревателя поддерживается ра вной температуре нагревателя 8 образца, контроль осуществляется при помощи дифференциальной термопары 8. Температуру нагревателя 7 и теплоприемника 4 измеряют образцовыми или лабораторными термометрами 9 сопротивления. Радиационные экраны 5, б и образец имеют одинаковую длину, расположены на одинаковых уровнях и,имеют строго одинаковую температуру концов, что приводит (с учетом хорошей теплопроводности материала экрана для,пренебрежения тепловыми потерями от экрана наружу по сравие нию с потоком тепла по экрану от нагревателя 7 к теплоприемнику 4) к самопроизвольному установлению на них одинаковых градиентов температуры в стационарном режиме, Это обеспечивает сущеспвенное уменьшение теплообмена между экраном и ооразцом.

Внутренний экран 5 для дальнейшего уменьшения теплообмена излучением между ним и образцом 1 расположен максимально близко к образцу, Внешний экран б слу>ки-. для минимизации теплооб мена между внутренним экраном 5 и окружающим простра, ством, т. е. для обеспечения строго одинаковых градиентов температуры о образцу и внутреннему экрану по всей пх длине. Термостатирующий экран 10 с самостоятель-ibi,1 нагревателсм li предназначается для уменьшения теплообмена .излучением между измерительной частью устройства и поверхностью вакуумной камеры 12, имеющей температуру хладагента, и позволяет обеспечить оп пмалные режимы измерений во всем диапазоне температур за счет уменьшения уровня мощности, выделяемой на нагревателях 3, 7, уменьшение возможных градиентов температуры lro нагревателям 3, 7 и т. д.

Теплопровод 13 предназначен для задави» температуры теплопр иемника 4 и для осуществления возможности измерений как при минимальных температурах (близких к температуре хладагента), так и при максимальных (т. е. вплоть до 450 К).

® Внутреннее пространство теплопровода 18 для осуществления измерений при минимальных температурах заполняется теплообменным газом, например гелием. при требуемом давлении (до 760 торр), что обеспечивает достаточно большую теплопроводность теплопровода, т. е. минимальную разницу температур теплоприемника и хладагента. При максимальных температурах теплообменный газ из теплопровода откачивается до давления

10 торр, что приводит к ауillb твенному уменьшению теплопроводности теплопровода (практически остается лии ь теплопроводность тонкостенной оболочки 14 из малотеплопроводного материала) и, следовательно, к уменьшению расхода хладагента при сохранении опT? мальной для изме!>å«è величин: i градиента температуры по образцу.

При промежуточных температурах давление в теплопроводе задает"я таким, чтооы осуществить оптимальные режимы опытов.

Расчет теплопро водности производится по известной формуле

55 где Q — поток тепла, проходящий в единицу времени через образец;

4 — длина образца;

$ — площадь поперечного сечения об60 разца; Т вЂ” установившаяся разность температур на всей длине образца.

Характеристики образца lо и S известны до опыта.

65 Ра змеры радиационных экранов, теплоПред.1ет изооретения

K гла8ааекпу Теплообкениый

В л гпепяо риемнику

Фие.2

%ив !

Составитель В. С. Агапова едактор С. И. Хейфиц

Техред Л. Я. Левина

Корректор T. А. Абрамова

Изд. ¹ 96. Заказ 38/295 Тираж 473 Подписное

ЦИИИПИ Комитета по делам изобретений и отары-.ш1 пр,! Совете М11нистров СССР

Москва, Я-35, Раушская наб.,;. 4, 5

Тип. Харьк. фпл, пред,Патент» приемника, нагревателя радиационных экранов, нагревателя образца, термостатирующего экрана, теплопровода выбираются с у«етом теплопроводности измеряемого образца, его длины и диаметра.

Устройство для определения теплопроводности твердых тел, содержащее термочувствительные элементы, натреватель образца, расположенный концентрично с образцом радиационный экран, окруженный термостатирующим экраном, находящимся в теплово..;. контакте с теплоприсмником, соединенным с фланцем вакуумной камеры теплопроводом, от.шча!ошееся тем, что, с целью повышения точности, радиационный экран нз высокотепi10ilDoBolHoIo материала, например меди ил:I серебра, выполненныи в виде двух коаксиальных цилиндров, снабжен нагревателем, установленным концептрично с нагревателем образца, и тепло!!ровод выполнен в ниде цилиндрической оболочки из малотеплопроводного материала, например нержавеющей стали, заполненной теплообмснным газом, например гелием, с переменным регулируемым давлением.