Устройство для измерения теплофизических характеристик образцов

 

Изобретение относится к измерительной технике для комплексного определения теплопроводности и температуропроводности . Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства, упрощение его и повьшение точности измерения, которая достигается введением дополнительной релейной цепи отрицательной обратной связи, включающей в себя последовательно соединенные нуль-орган, первый вход которого соединен с теплоприемником, а второй - с задатчиком порогового уровня, и двухуровневый задатчик температуры нагревателя, выход которого соединен с входом системы автоматического регулирования температуры нагревате - ля . 2 ил. (Л

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 С 01 N 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 13 „, Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3770138/24-25 (22) 05.07.84 (46) 07.04.86. Бюл. )1» 13 (71) Чувашский государственный университет им.И.Н.Ульянова (72) В.П.Борисов и А.Э.Аверсон (53) 536.2(088.8) (56) Волькенштейн В.С. Скоростной метод определения теплофизических характеристик материалов. -Л.: Энергия, 1967, с. 50.

Авторское свидетельство СССР

1)» 693196» кл. G 01 N 25/18» 1976. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОБРАЗЦОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике для комплексного определения теплопроводности и температуропроводности. Цель изобретения— расширение функциональных возможностей устройства, упрощение его u повышение точности измерения, которая достигается введением дополнительной релейной цепи отрицательной обратной связи, включающей в себя последовательно соединенные нуль-орган, первый вход которого соединен с теплоприемником, а второй - с задатчиком порогового уровня, и двухуровневый задатчик температуры нагревателя, выход которого соединен с входом системы автоматического регулирования температуры нагревате— ля . 2 ил.

1223111

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании приборов, измеряющих комплексно коэффициенты теплопроводности и температуропроводности.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей, упрощение и повышение точности измерения.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для определения теплофизических характеристик образцов;, на фиг. 2 — графики изменения температуры на противоположных поверхностях образца.

Устройство содержит систему 1 автоматического регулирования температуры (CAPT) нагреватель 2, задатчик 3 температуры нагревателя, образец 4, закрепленные совместно с теплоприемником 5 между нагревателем

2 и холодильником 6. Сигнал с теплоприемника поступает на один вход нуль-органа 7, к второму входу которого подключен задатчик 8 порогового уровня, выход нуль-органа нагружен на задатчик 3 температуры нагревателя. Измерение производится частотомером 9.

На графиках показаны периодические изменения температуры нагревателя Т в пределах от Т„„„ до Т „ и изменения сигнала теплоприемника Т при среднем его значении соответствующем Т . Моменты скачкообразного изменения температуры нагревателя соответствуют переходам кривой. изменения сигнала теплоприемника через пороговый уровень Т„. Период колебаний и время положительного импульса определяется теплофизическими характеристиками и длиной образца °

CAPT представляет собой обычную систему с отрицательной обратной связью. Сигнал обратной связи, пропорциональный температуре нагревателя, может сниматься с помощью термопары, зачеканенной в нагреватель.

Возможна схема с включением нагревателя в мостовую схему, нагреватель при этом выполняется из термозависимого материала, обратная связь осуществляется с выхода моста. Соответственчо эадатчик температуры в первом случае должен выдавать сигналы в виде напряжения, во втором — в виде калиброванных сопротивлений, включаемых в мост. CAPT стабилизирует температуру нагревателя относительно температуры

1О

55 холодильника на одном из уровней, заданном задатчиком температуры. Теплоприемник представляет собой пластину из материала с известными теплофизическими свойствами, одной поверхностью теплоприемник контактирует с холодильником, а другой — с образцом.

Сигнал в цепь обратной связи поступает от дифференциальной термопары, один спай которого находится в месте контактирования с холодильником, другой в месте контактирования с образцом. Система нагреватель — образец — теплоприемник — холодильник составляет основу обычного при измерениях коэффициента теплопроводности стационарным методом плоского прибора.

К нагревателю предъявляется требование малоинерционности, поэтому он должен быть выполнен с достаточно хорошим теплоотводом и малой теплоемкостью. В качестве периодомера возможно использование электронного или ручного секундомера . Во втором случае измерение проводится по сигнальной лампочке или прибору, включенному к выходу нуль-органа либо параллельно нагревателю. С целью уменьшения погрешностей теплоприемник может быть снабжен охранным нагревателем, а вся теплоизмерительная цепь: нагреватель— теплоприемник — холодильник заключена в отражательный экран, Устройство работает следующим образом, В первоначальный момент, когда образец 4 и теплоприемник 5 не прог( реты, сигнал теплоприемника мал, задатчик 3 температуры выдает сигнал, соответствующий поддержанию CAPT 1 максимального уровня .температуры

Т ц„„ нагревателя 2. Тепловая волна, распространяясь по образцу 4, повышает сигнал теплоприемника 5, и при превышении величины, соответствующей

Т, происходит срабатывание нуль-органа 7, приводящее к переключению задатчика 3 температуры, вследствие чего температура нагревателя с помощью CAPT устанавливается на уровне

Т „ . Тепло от образца начинает распространяться не только в сторону холодильника, но и в сторону нагревателя, имеющего теперь более низкую температуру. В результате охлаждения образца 4 сигнал теплоприемника 5 начинает снижаться и через некоторое время становится ниже порогового

1223111 уровня Т„. Нуль-орган возвращается в первоначальное состояние, задатчик 3 температуры выдает сигнал максимального уровня, нагреватель скачком принимает температуру Т „ . Процесс начинается сначала. Спустя несколько переключений в системе устанавливается автоколебательный квазистационарный режим:. на одной стороне образца температура скачкообразно !О меняется в пределах Т„,„„-Т „„,, на другой стороне наблюдаются сглаженные небольшой амплитуды колебания температуры относительно пороговоro уровня Т„ . Период колебаний определя- 15 ется с помощью частотомера 9.

Устройство позволяет проводить комплексное измерение теплофизических свойств без обработки информации и без сложных расчетов, повышается точность измерения коэффициента теплопроводности за счет того, что при импульсном нагреве снижается роль неоднородности теплового поля, про являемая, как известно, в стационарных методах, в то же время стационарный периодический режим наступает значительно быстрее стационарного непрерывного; измерение коэффициента температуропроводности так же проводится точнее, поскольку в периодическом режиме нет влияния начального распределения температуры образца, 20

30 а боковые потери не оказывают существенного влияния на период автоколебаний за счет того, что увеличение времени распространения тепловой волны при разогреве образца в положительный полупериод частично компенсируется более быстрым охлаждением во второй полупериод. Измерение сводится лишь к фиксированию периода автоколебаний.

Упрощается процесс измерения, повыI шается точность.

Формула из об ретения

Устройство для измерения теплофизических характеристик образцов, содержащее нагреватель с системой автоматического регулирования его темпера" туры, соединенной с измерительной схемой, включающей частотомер и теплоприемник, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей, упрощения и повышения точности измерения, введена дополнительная релейная цепь отрицательной обратной связи, включа" ющая в себя последовательно соединенные нуль-орган, первый вход которого соединен с теплоприемником, а второй с задатчиком порогового уровня, и двухуровневый датчик температуры нагревателя, выход которого соединен с входом системы автоматического регулирования температуры нагревателя.

1223111

Составитель В. Гусева

Редактор Н. Бобкова Техред В.Кадар Корректор М. Самборская

Заказ 1705/46 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4