Определения теплопроводности материалов

 

О П И СА Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

3lOI69

Loca Соеетскик

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 1411/.1970 (№ 1427618/18-10) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 26.V11.1971. Бюллетень ¹ 23

Дата опубликования описания 20.Х.1971

МПК G Oln 25/18 йомитет оо аелан изобретений и открытий ори Совете Министров

СССР

УДК 536.212.2(088.8) Авторы изобретения

В. Э. Пелецкий и Я. Г. Соболь

Институт высоких температур AH СССР

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области исследования теплофизических характеристик конструкционных материалов и может быть использовано для измерения локальных значений коэффициента теплопроводн ости конструкционных материалов в диапазоне температур

100 — 3000 С.

Известны калори метр ические устройства для измерения величины тепловых потоков, проходящих через исследуемый образец при определении коэффициента теплопроводимости методом продольного теплового потока.

Измерение величины теплового потока в исследуемом сечении образца производится при помощи двух калориметрических устройств (торцового — энтаньпийного и радиационного калориметров) . Наличие двух калориметрических устройств наряду с преимуществами имеет и ряд недостатков: сложность сборки устройства и увеличение погрешностей эксперимента. Закрепление исследуемого образца непосредственно в термоприемнике калориметра ограничивает температурный диапазон исследований, так как он зависит от термического сопротивления образца, которое однозначно определяется коэффициентом теплопроводности исследуемого образца.

Целью изобретения является создание простого в сборке устройства, обеспечивающего расширенный температурный диапазон исследований (при неизменной геометрии образца) при увеличении точности эксперимент».

Для достижения указанной цели используют устройство для определения тепловроводности материалов, содержащее водоохлаждаемый полостной термоприемник и измерительную схему, которое снабжено держателем образца, выполненным в виде сборной ампулы, часть которой размещена внутри вакуумиро1Q ьанного термоприемника с зазором относительно его стенок и закреплена на контактирующей с входным торцом термоприемника головке ампулы, снабженной охлаждаемым экраном, установленным с зазором относи15 тельно торца головки ампулы.

На чертеже изображена конструкция предлагаемого устройства.

Термодатчик 1, регистрирующий изменение температуры воды при выходе из калориметра

2, выполнен в виде многоспайной дифференциальной термопары 3. Поступающая вода с температурой 20 С проходит по левому каналу 4 термодатчика, после чего проходит по внешней полости калориметра 2, затем через отверстия в нижней части разделительной стенки 5 она попадает во внутреннюю полость калориметра, омывает термоприехтник б спиральному каналу, после чего вытекает из калориметра по правому каналу 7 в термодатчике, Переходная ампула 8 с образцом 9

310169 устанавливается в калориметре 2 при помощи резьбового соединения на головке ампулы 10 и нижней части термоприемника б. Образец закрепляется в переходной ампуле при помощи нажимной гайки 11 и двух полуколец 12, устанавливаемых в проточку на «холодном» конце образца.

Изменение термического сопротивления переходной ампулы осуществляется путем замены элемента 18, который может быть изготовлен из материалов с различной теплопроводностью и иметь различную гсометрию. В образце диаметром 8 — 10 лм и длиной 70 мя имеется ряд радиальных сверлений диаметром 1 лл и глубиной 5 — 6 мл, которые слу>кат для измерений температурного распределения вдоль продольной оси образца. Измерения могуT проводиться как контактными, так

il бссконтактпыми хтстода vlH. Рабочce cc IeH e образца располагается в плоскости торцовой поверхности головки ампулы, В зоне температ, рных измерений.

Охлаждаемое кольцо 14 монтируется на головке ампулы 10 при помощи экрана 15 и кольца 1б из низкотеплопроводпого материала (например оргстекло). В головку ампулы

l0 и охлаждаемое кольцо 14 заделана дифференциальная термопара (не показана), которая регистрирует величину температурного перепада между этими элементами. Подавая в охлаждаемое кольцо 14 воду требуемой температуры, можно поддерживать перепад температур между головкой ампулы 10 и охлаждаемым кольцом 14 около нуля. На охлаждаемом кольце 14 монтируются тонкие экраны из жаростойких материалов, защищающис зону термоприемника от попадания прямых потоков электронов от электронной пушки, которая служит для нагрева образца.

В головке ампулы 10 и охлаждаемом кольце

14 имеется вертикальный паз, расположенный против свврлений в образце 9, что делаег возмо>кным проведение температурных измерений.

Электронная пушка состоит из монтажных изолирующих стоек 17, фокусирующего электрода 18 и катодного узла 19.

Все устройство монтируется на верхнем фланце водоохлаждаемой вакуумной камеры (на чертеже не показана) с рабочим давлением 1.10 > мм рт. ст.

Измерение коэффициента теплопроводности проводится следующим образом.

После монтажа устройства и откачки вакуумной камеры включается электронная пушка, которая нагревает образец до требуемой температуры. Затем, после установления стационарного температурного режима в образ1р це 9, в нем проводятся температурные измерения, что дает возможность определить температурное распределение вдоль продольной оси образца, а также и градиент температур в рабочем (исследуемом) сечении. Одновременно с температурными измерениями в образце проводится измерение показаний термодатчика 1 и определение величины расхода воды в калориметре; зная эти параметры, можно определить величину теплового потока, выделяемого в калориметре. Этот тепловой поток попадает в калориметр, проходя через исследуемое сечение образца (теплообмен зоны термоприемника = остальными элементами устройства практически отсутствует, так как зазор между образцом и головкой ампулы не более 0,5 ям) .

Зная градиент температур в рабочем сечении образца, величину теплового потока, проходящего через это сечение, и площадь поперечного сечения образца, можно определить локальное значение коэффициента теплопроводности для исследуемого образца.

Предмет изобретения

Устройство для определения теплопроводности материалов, содержащее водоохлаждаемый полостной термоприемник и измеритель4р ную схему, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено держателем об разца, выполненным в виде сборной ампулы, часть которой размещена внутри вакуумированного термоприемника с зазором

45 относительно его стенок и закреплена на контактирующей с входным торцом термоприемника головке ампулы, снабженной охлаждаемым экраном, установленным с зазором относительно торца головки ампулы.

310169,. /Д

Редактор К. Ц1анаурова

Заказ 2636!13 Изд. Ne 1076 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Сввете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4,, 5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель В. Агапова

Техред Т. П. Курилко

Корректоры: В, Петрова и Е. Ласточкина