Устройство для измерения коэффициента темнературонроводности материалов

 

3 I 5 mN 8I опис н1в

ИЗОБРЕТЕНИЯ бова Советских

Социалистических

Республик

К АВТОР СНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 11Х.1970 (№ 1437170/18-10) МПК G 01п 25. 18 с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 01.Х.1971. Бюллетень № 29

Дата опубликования описания 23.Х1.1971

Комитет по делам иаобретениЯ и открытиЯ при Совете Министров

СССР

УДК 536.2.023(088.8) Авторы изобретения

Г. Н. Дульнев, Е. С. Платунов, В. В. Курепип, И. Ф. Шубин, Г. P. Гольдберг и Ю. В. Алешкевич

Заявитель

Ленинградский институт точной механики и оптики

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области теплофизического приборостроения и применяется для исследования температурной зависимости температуропроводности материалов в диапазоне температур от †1 до 400 С.

Известны устройства для измерения коэффициента температуропроводности материалов, выполненные в виде разъемной теплоизоляционной оболочки, содержащие основание с нагревателем, две контактные пластины и три датчика температуры, расположенные в нижней,и верхней контактных пластинах, и свободную термопару.

Однако такие устройства имеют ряд недостатков. При многократных перемещениях происходят обрывы термопар на выходе из рамки.

Наличие рамки затрудняет доступ к образцу.

Свободная термопара при поднятии верхней контактной пластины часто обрывается, так как образец прилипает к верхней контактной пластине. При охлаждении хладагентом основания с нагревателем возникает неравномерное температурное поле в деталях металлического ядра, что увеличивает длительность охлаждения и расход хладагента, при этом первые измерения начинаются с — 80 С.

Предлагаемое устройство отличается от известных тем, что в нем датчик температуры верхней контактной пластины выполнен в виде металлической трубы с армированной фар2 фором термопарой, укрепленной на основании и контактирующей с верхней контактной пластиной, в центре которой установлен блокирующий контакт с винтом.

Это позволяет повысить надежность устройства и улучшить доступ к образцу.

На чертеже показано описываемое устройство, состоящее из основания 1, нагревательного блока 2, внутреннего 8 и наружного 4

1р колпаков, нижней 5 и верхней 6 контактных пластин, испытываемого образца 7, шести металлических стоек 8 и 9, системы 10 охлаждения водой, системы 11 охлаждения азотом, трубы 12 для выхода азота, втулки И, иглы

15 14, шайбы 15, цанги 16, винта 17, блокирующего рычага 18, штока 19, колец 20 и 21, верхнего 22 и нижнего 28 колпаков, змеевиков 24 и 25.

Устройство содержит разъемную теплоизо2р ляционную оболочку и металлическое ядро, которое крепится внутри кожуха калориметра на стойках 8, 9.

В нагревательном блоке 2 размещены спирали электрического нагревателя и система охлаждения, состоящая из двух частей: замкнутой 10 и открытой 11. Первая из них используется для охлаждения ядра водой, вторая— жидким азотом. жидкий азот сначала лрогоняется по замкнутой системе каналов в бло3р ке 2, а затем пары и неиспарившаяся часть

3 азота вь1брасываются непосредствеш1о в у1рь

KOJIIIBKB 3, 3HB iHTEJlblIO УСКОРЯЯ лаждения и выравнивания темперагурпого по ля ядра. !1ары азота выходят из ядра через трубу 12 в охрашюм колпаке тепло»зол»цпо:i. ной оболочки.

Нагрев11тельный блок 2 и основание 1 с»путы Винl ами. ДЛЯ QJIVBIIICIIIIH .1епловоl о 1.011таКГа СОПРИКаеаЮЩИЕСЯ ПОВЕР«НОСт11 ГшаГЕЛьно притерты. С целью уменьшения ) 1е 1.".. жидкого азота на стыке блока и о IIOIsа1»я;впрессованы втулки 18.

В нижнюю пластину 5 впаяна стальна l »iла 11, продетая в отверстие основа1:ия. 11ластина оперта на конусное основание чсре; шайбы 15 и прикреплена к нему цаш ой

Ll,aíãа одновременно не дает B iacrB;ic 5 1оворачиваться вокруг оси, предохрапя» TLð 10пары от скручивания. Конусная опора применена для обеспечения подвижности нижней контактной пластины с тем, чтобы она устанавливалась по поверхности образца.

Верхняя контактная пластина 6 на резьбе соединена с внутренним колпаком 3. 11а вер:ней контактной пластине смонтировано пр1способление для отрыва образца от пластины после опыта, которое состоит из винта 17 и блокирующего рычага 18.

Экспериментатор перед тем, как вынуть колпак 8, отводит в сторону рычаг 18 и ввинчивает винт 17. Конец винта надавливает на оиразец и отрывает его от поверхности. 11ри установке нового образца внешний колпак а ilc закрывается до тех пор, пока не будет выи ичен винт 17 и рычаг 18 отведен к центру.

Давление на образец передается от механизма нагрузки через винт 17 и шгок !9.

Контактные пластины разогреваются ог Основания 1: нижняя — через воздушш.1й зазор, а верхняя — через внутренний колпак, 3, в«одящий пo скользящей посадке в ocIIOBBHHc.

Симметричность разогрева обеспечивае1ся I!y тем подбора толщины шайо 15 в процессе:1астройки калориметра.

Детали ядра изготавливают из материала с высокой теплопроводностью.

Основание 1, внутренний и наружный охранные колпаки, верхняя контактная пласгина в данном случае изготовлены из дюралюминия, а нижняя контактная пластина — из краснои меди. Для устранения задпров при перемещении деталей из однородного и вязкого материала применены разделяющие кольца 20, 21 из стали 1Х18Н9Т. Поля допусков на изготовление сопрягаемых деталей и зазоры рассчитаны с учетом температурных деформаций во всем рабочем диапазоне температур. Стальное кольцо 21 штифтуется к наружному стакану, а кольцо 20 плотно посажено в основание.

Для температурных измерений в калориметре используют термопары из нихрома и ко11стантана диаметром 0,2 мм. Монтаж термопар постоянный. Места заделки термопар Н, С, l3 показаны на фиг. 1 крестиками.

Термопара В смонтирована в игле, на ко;115981

057 .В; (2) В

Bi +

a, = 2I1.i.

30 эффективный коэффициент теплообмена на боковой поверхности образца, л1 град от; где критерий Био, О;

2l, 1« — — толщина и радиус образца, м;

40 сн= .сн(1);.сВ св(1)— временные отставания температуры точки С относительно Н и В, сей;

45 поправка на контактное сопротивление и на неидентичность градуировки термопар, сек.

Является «постоянной» прибора и определяется из градуировочного опыта на медном образце;

55 ориентировочное значение теплопроводности образца для данного класса материалов, вт/м град; коэффициент линейно

60 го расширения материал а обр азца 1/град.

4

- .орую надет охранный колпак 3. Термопара С укреплена в держателе и вставлена в отверстие образца. Держатели термопар В и С крепят к основанию винтами, что дает возмож 1ость многократно использовать термопары при разборке ядра калориметра. Термопара Н вставлена в нижнюю контактную пласп1ну 5.

Термопары изолированы внутри теплоза10 щип1011 оболочки фарфоровыми бусами. Термо:1ары подведены к выводной колодке, рас1!Оложelllloa в ниж1 см колпаке 23, после ко

1орой Они ведутся в хлорвиниловых трубках.

К элсктроизмернтельной с«еме термопары

11од: IIO÷.ïû,àðåç блок холодных спаев. За блоком холодных спаев монтаж ведут медным многожильным проводом.

В опыте пзмеряктг запаздывания средней термо:1ары Ol ilocHILJIBHo верхней и нижней

20 тер монар, коэффициент температуропроводности расс !итыва10т по формуле °

12 а ф: — — (1 — с,„— а, ), (1)

-сН + "CS О

Определяется ориентировочно для данного класса материалов.

Теплоизоляционняя оболочка выполнена в виде двух разъемных колпаков 22, 23, охлаждаемых водой по змеевикам 24, 25, припаянным изнутри колпаков.

Устройство работает следующим образо.".ь

Исследуемый образец 7 ставят на основание

1, прсдвар1п зльно подняв колпак 22 и сняв наружный и внутренний 8 колпаки. Затем в lO обратной последовательности ставя г виутренHHH 8, H3p)жный 4 I OJIII3VH I(KB tOpli31eTp закрывают. Включают нагреватель, и ядро калориметра вместе с образцом монотонно нагревается. При этом по средней термопаре следят ls за уровнем температуры образца и замеряют запаздывание средней термопары относительно верхней и нижней. Расчет коэффициента температуропроводности проводят по формулам (1 — 3) .

Предмет изобретениЯ

Устройство для измерения коэффициента температуропроводности материалов, содержащее разъемную теплоизоляционную оболочку, основание с нагревателем, две контактные пластины и три датчика температуры, расположенные в нижней и верхней конTäêTHû. . пластинах, и свободную термопару, отлаяаю цееея тем, что, с целью повышения надежности устройства и улучшения доступа и ооразцу, в нем дат гик температуры верхней контактной и, астины выполнен в виде металлической трубы с армированной фарфором термопярои, укрепленной на основании и контактирующей с верхней контактной пластиной, в центре которой установлен блокирующий контакт с винтом.