RU155834U1 - Устройство для измерения коэффициента теплопроводности тонких керамических покрытий - Google Patents

Abstract

Устройство для измерения коэффициента теплопроводности тонких керамических покрытий, включающее исследовательский блок с двумя вертикально расположенными друг на друге экспериментальными образцами с теплозащитным слоем и нагревательный элемент, подключенный к источнику питания, а также термопары, расположенные на поверхности образцов, отличающееся тем, что исследовательский блок расположен в вакуумной камере, включающей корпус, манометр и вентиль, и содержит минимум два фольгированных экрана, окружающих образцы, а нагревательный элемент выполнен плоским и расположен между поверхностями образцов, причем исследуемые образцы зафиксированы в исследовательском блоке посредством опорных игл, при этом на внешней торцевой поверхности каждого исследуемого образца расположена термопара.

Description

Полезная модель относится к теплофизическим исследованиям теплозащитного керамического покрытия на поверхности металлов, в том числе покрытия, сформированного методом микродугового оксидирования (МДО), и может быть использовано для определения коэффициента теплопроводности тонких керамических слоев при создании материалов для ответственных узлов объектов машиностроения, таких как поршни двигателей внутреннего сгорания и лопатки турбин газотурбинных двигателей, с целью предотвращения их перегрева.

Известно устройство для определения коэффициента теплопроводности тонкостенных теплозащитных покрытий (ТЗП), содержащее испытываемый образец с ТЗП и без ТЗП, установленный на стенке, нагреватель, измерители температуры воздушного потока и температуры образца. В устройство дополнительно введен теплоизолированный вентиляционный канал со съемной боковой стенкой, в которой установлен проверяемый образец, поверхность которого с ТЗП расположена снаружи канала, а поверхность без ТЗП обращена вовнутрь канала, причем в параллельной ей противоположной стенке канала выполнен вырез в виде прямоугольного окна, в котором установлено ИК - прозрачное стекло, напротив исследуемых поверхностей образца снаружи канала установлены компьютерные термографы, при этом для подогрева поверхности плоскости образца с ТЗП используют нагреватель с постоянной температурой, а для охлаждения образца с обратной стороны используют поток холодного воздуха (патент РФ №2426106, МПК G01N 25/18, опубл. 10.08.2011).

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и необходимость использования дополнительных элементов в виде теплоизолированного вентиляционного канала со съемной боковой стенкой, также необходимо использовать дополнительное охлаждение, что повышает трудоемкость процесса определения коэффициента теплопроводности.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для определения коэффициента теплопроводности, включающее в себя исследовательский блок с двумя вертикально расположенными друг на друге экспериментальными образцами с теплозащитным слоем и нагревательный элемент, подключенный к источнику питания, а также термопары, расположенные на поверхности образцов, и систему водяного охлаждения. В процессе определения коэффициента теплопроводности боковая поверхность образцов изолируется, температура фиксируется с помощью термопар, которые расположены через равные промежутки на поверхности образцов. Кроме этого, устройство включает в себя зажим, с помощью которого можно обеспечивать более плотный контакт поверхностей образцов (Curran J.A. Thermal and mechanical properties of plasma electrolytic oxidecoatings: дис. - University of Cambridge, 2006).

Недостатком прототипа является неточность определяемого значения коэффициента теплопроводности ввиду следующего. В устройстве большое количество термопар на поверхности образцов, что негативно сказывается на температурном поле. Кроме того, в представленной схеме есть теплообмен с воздухом между поверхностью образцов и изоляцией, а также присутствует изменение величины силы прижима образцов друг к другу.

Задачей полезной модели является повышение точности при определении коэффициента теплопроводности тонких керамических покрытий, в том числе покрытий, сформированных методом МДО.

Технический результат - повышение точности при определении коэффициента теплопроводности тонких керамических покрытий, что достигается за счет применения специальной конструкции устройства, обеспечивающей нахождение образцов в вакууме при проведении измерений и минимизацию теплоотдачи через контактные поверхности.

Задача решается, а технический результат достигается устройством для измерения коэффициента теплопроводности тонких керамических покрытий, включающем исследовательский блок с двумя вертикально расположенными друг на друге экспериментальными образцами с теплозащитным слоем и нагревательный элемент, подключенный к источнику питания, а также термопары, расположенные на поверхности образцов. В отличие от прототипа исследовательский блок расположен в вакуумной камере, включающей корпус, манометр и вентиль, и содержит минимум два фольгированных экрана, окружающих образцы, а нагревательный элемент выполнен плоским и расположен между поверхностями образцов, причем исследуемые образцы зафиксированы в исследовательском блоке посредством опорных игл, при этом на внешней торцевой поверхности каждого исследуемого образца расположена термопара.

Технический результат достигается благодаря следующему. Наличие опорных игл позволяет минимизировать теплопередачу от образцов. Кроме этого, образцы находятся в вакуумной камере, содержащей фольгированные экраны для уменьшения теплопередачи в окружающую среду. Измерение температуры происходит с помощью одной термопары, расположенной на внешнем торце одного из исследуемых образцов. Вторая термопара, расположенная на внешнем торце другого образца, служит для корректировки измерений.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где показано заявляемое устройство:

на фиг. 1 - исследовательский блок устройства;

на фиг. 2 - вакуумная камера устройства. Устройство содержит исследовательский блок 1 с двумя вертикально расположенными друг на друге экспериментальными образцами 2 и 3 с теплозащитным слоем, плоский нагревательный элемент 4, расположенный между поверхностями образцов и подключенный к источнику питания (не показано), а также термопары 5, расположенные на поверхности образцов. Исследовательский блок 1 расположен в вакуумной камере 6, включающей корпус 7, манометр 8 и вентиль 9, и содержит минимум два фольгированных экрана 10, окружающих образцы. Исследуемые образцы зафиксированы в исследовательском блоке посредством опорных игл 11.

Работа установки осуществляется следующим образом.

Тепловой поток, создаваемый плоским нагревательным элементом 4, расположенным между исследуемыми образцами 2 и 3, равномерно распределяется вверх и вниз, изменяя температуру образцов, при этом изменение фиксируется с помощью термопар 5. Плоский нагревательный элемент 4 выполнен из нихромовой проволоки, которая расположена между двумя медными листами и зафиксирована с помощью теплопроводного клея.

Отсутствие воздуха в вакуумной камере 6, которое контролируется по манометру 8, а также экраны 10 обеспечивают теплоизоляцию образцов и нагревателя, а опорные иглы 11 удерживают образцы и нагреватель, ограничивая теплоотвод с торцов образцов. Вентиль 9 служит для откачивания воздуха из корпуса 7 вакуумной камеры.

Таким образом, применение полезной модели обеспечивает повышение точности при определении коэффициента теплопроводности тонких керамических покрытий, в том числе покрытий, сформированных методом МДО.

Claims (1)

1. Устройство для измерения коэффициента теплопроводности тонких керамических покрытий, включающее исследовательский блок с двумя вертикально расположенными друг на друге экспериментальными образцами с теплозащитным слоем и нагревательный элемент, подключенный к источнику питания, а также термопары, расположенные на поверхности образцов, отличающееся тем, что исследовательский блок расположен в вакуумной камере, включающей корпус, манометр и вентиль, и содержит минимум два фольгированных экрана, окружающих образцы, а нагревательный элемент выполнен плоским и расположен между поверхностями образцов, причем исследуемые образцы зафиксированы в исследовательском блоке посредством опорных игл, при этом на внешней торцевой поверхности каждого исследуемого образца расположена термопара.

   

Images