Способ измерения теплоемкости материалов

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскик

Соцнапнстичесиик

Республик (»)930087 (6f) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 14. 11. 80 (21) 3004294/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет "

Опубликовано 23.05 82 Ввллетеиь,яе 19 (51)M. К.л.

G 01 И, 25/20

Вкудеретееввй кеиетет

CCCP ае делам нзебретений и еткрытий (53) УДК 536.63 (088.8) Дата опубликования описания 23. 05. 82 (72) Авторы изобретения

Б. А. Брискман и С. И. Розман (7)) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к теплофизическим измерениям физико-химических свойств материалов, в частности к калориметрическому способу измерения теплоемкости материалов, и может быть использовано в различных устройствах преобразования энергии.

Известны способы измерения тепло" емкости, например, адиабатический, изотермический, требующее больших временных затрат, непосредственного контакта с образцом исследуемого материала. Поэтому при радиационных испытаниях материалов с их помощью можно измерить теплоемкость материала, либо до облучения, либо после облучения с применением дистанционного уп« равления перемещением радиоактивного образца (1).

Недостаток известных способов измерения теплоемкости состоит в том, что они позволяют определять теплоемкость непосредственно в процессе облу чения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ измерения теплоемкости материалов в процессе их облучения путем определения скорости роста температуры исследуемого образца.

llo известному способу для измерения теплоемкости материала С в процессе облучения необходимо с помощью квазидиабатического калориметра в одной и той же точке поля излучения при строго неизменной интенсивности излучения измерить скорость роста температуры (3Т /д7 ) для эталонного и исследуемого образцов, после чего используя известные соотношения определить С 2),.

Основные недостатки известного способа состоят в том, что измерения

С в широком температурном интервале невозможны и облучение практически можно проводить лишь в поле -излучения.

3 930087 4

Цель изобретения - расширение тем- ческих условиях регистрируют изменепературного диапазона измерений теп- ния температуры во времени за счет лоемкости в процессе облучения без радиационного разогрева. ограничений на вид излучения и свой- Тогда P = С (дТ/Bt ) (3) ства исследуемого материала. где С - неизвестная удельная теплоПоставленная цель достигается тем, емкость образца во время обчто согласно способу измерения тепло- . лучения при дозе, набранной емкости материалов при радиационном к. моменту измерения; облучении путем определения скорости P - мощность радиационного теплороста температуры образца, последова- lO выделения. тельно производят электрический, ра- 3. Компенсационный нагреватель отклю

-диационный и совместный радиационно- чают, дожида1отсФ установления исход электрический нагревы образца в ади- ного уровня температуры, включают раабатических условиях, сохраняя посто- очий нагреватель, задавая мощность янной электрическую мощность при элект- 15,Р л (и. 1) и регистрируют в адиабатирическом и совместном нагревах, а ра- ческих условиях изменение температудиационный и совместный нагревы вы- ры образца в заданном диапазоне. Для полняют в процессе облучения, после повышения точности определения С ве-, чего по измеренным скоростям роста личина P „ должна превышать значение температуры определяют отношение ис- рв Ррс л не менее, чем в 2 раза. В этом комой теплоемкости С к теплоемкости случае необлученного образца Ср по Формуле Р л + Pp = С(.ЭТ/д Г) (4) С/С = — —.— - -— (8Т/дC 1p (1) (— ) (— ) 25 где (дТ/Д f )ф,<„> <>p - скорости роста температуры образца при электрическом, радиационном и совместном радиационно-электрическом нагревах, соответственно, определенные для одной и той же температуры опыта.

Кроме того, измерения теплоемкости производят многократно по мере на- З бора образцом дозы облучения.

Способ осуществляется следующим образом.

1. Производят электрический нагрев образца в заданном диапазоне 1емпера- 4в тур в адиабатических условиях с помощью нагревателя на образце при определенной неизменной мощности Р 1.

В результате получают зависимость

Со = Ю/Т/ и вспомогательную кривую (ЭТ/дх)р f/Т/, где Ср - УдельнаЯ теплоемкость необлученного образца, Т - температура. Здесь имеем

Рэл Со (дТ/д ) (2)

2. После внесения образца в поле излучения (вид излучения не играет роли с методической точки зрения), стабилизации температурного режима и наба-ss ра первого иэ заданных значений поглощенной дозы излучения включают компенсационный нагреватель и в адиабатииз (3) и (4) следует

Рэл = С (дТ/ai)- (дТ/аС)„)(5)

Сравнивая (5 и (2), получим (ЬТ/ дЦо

ГЪТТб . Г (6) Здесь все значения производных берутся при одной и той же температуЭ ре опыта.

4. Отключают оба нагревателя и облучение продолжается вплоть до набора следующей заданной дозы. Операции по пп. 2 и 3 повторяютея каждый раз.

Сам процесс облучения ведется непрерывно.

Поскольку при радиационных испытаниях и исследованиях, основной интерес представляет не абсолютная величина теплоемкости С, а ее относительное изменение С/С, погрешность предлагаемого. способа получается не более 53. Если изменение С в заданном диапазоне температур не превышает

15-204, то операция по и. 2, может быть сокращена до измерения только при исходной температуре опыта.

В качестве примера выполнения способа измерения теплоемкости материалов рассмотрим определение теплоемкости полиэтилена высокого давления, Образец снабжают рабочим электронагревателем сопротивлением около 100 Ом.

Сопротивление компенсационного нагревателя около 200 Ом (материал нагревателей - констант). Образец с оболочПоказатели

0 100 200 300 400 500

Поглощенная доза, Мрад

Уд. теплоемкость

С, Дж

2,51 2,30 2,26 2,22 2,18 2,18

r.- град

Формула изобретения

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ysi. Проектная, 4

5 93,00 кой связывают батареей из трех дифференциальных термопар. Производят пред" варительный электрический нагрев образца. S связи с тем, что ориентировочное значение Рродсоставляет 5

: 13 мВт/г, Р „выбиралось равным

40 мВт при массе образца около 1 г.

Затем образец помещают в экспериментальный канал ядерного реактора, вклю. чают компенсационный нагреватель и измеряют значение (ЭТ/д Г) = f(T) вплоть до температуры 80 С. Отключают нагреватель. После стабилизации

Измерения теплоемкости производятся непрерывно в процессе облучения что облегчает эксйлуатацию облучительной установки и дает возможность получить большое количество информации о радиационной стойкости материала.

В предлагаемом способе резко уско- ЗО ряется процесс радиационных испытаний, поскольку совмещаются операции облучения и измерения радиоактивных образцов.

Способ позволяет автоматически з поддерживать заданную температуру облучения в течение всего опыта, и без дополнительных детекторов получать данные о поглощенной дозе излучения.

В силу того, что все измерения 4о производятся дистанционно, не возникает затруднений, связанных с радиационной опасностью.

Кроме того, температурный диапазон измерения теплоемкости ограничен толь.аз ко термомеханическими свойствами применяемых материалов. 50

Способ измерения теплоемкости материалов при радиационном облучении путем определения скорости роста температуры образца, о т л и ч а ю щ и и . с я тем, что,.с целью расширения

ВНИИПИ Заказ 3455/54

87 6 температУры образца на уровне 40O t: включают рабочий нагреватель, устанавливают ток, соответствующий Р А =

= 40 мВт, и в адиабатическом режиме измеряют (8T/д Г) = f(T) в том IIIe диапазоне температур. Отключат нагреватели и ведут облучение,рбразца до заданных значений поглощенных доэ.

По достижении каждой из них изме"

I рения теплоемкости повторяют.

Результаты измерений при 50 С при". ведены в таблице.

1 температурного диапазона измерений теплоемкости, последовательно производят электрический, радиационный и совместный радиационно-электрический, нагревы образца в адиабатических условиях, сохраняя постоянной электрическую мощность при электрическом и совместном нагревах, а радиационный и совместный нагревы выполняют в процессе облучения, после чего по измеренным скоростям роста температуры определяют отношение искомой теплоемкости С к теплоемкости необ" лученного образца Со по формуле

С/Г (дt/д оо о Гьб э - т эх аг)„ где (дТ/6%)(e) (g) g ) - скорости роста температуры образца при электрическом, радиационном и совместном радиационно-электрическом нагревах соответственно, определенные для одной и той же температуры опыта.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Кириллин В. А. и Шейндлин А. Е.

Исследования термодинамических свойств веществ. И., ГЭИ, 1963, с. 217.

2. Изотов 6. A.. Платов А. И. Доэиметрия ионизирующих излучений, Ташкент, изд-во ФАИ, 1976, с. 153-158 (прототип).

Тираж 883 Подписное