RU197981U1 - Устройство для измерения теплопроводности материала - Google Patents
Устройство для измерения теплопроводности материала Download PDFInfo
- Publication number
- RU197981U1 RU197981U1 RU2020103545U RU2020103545U RU197981U1 RU 197981 U1 RU197981 U1 RU 197981U1 RU 2020103545 U RU2020103545 U RU 2020103545U RU 2020103545 U RU2020103545 U RU 2020103545U RU 197981 U1 RU197981 U1 RU 197981U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- measuring cell
- housing
- samples
- thermal conductivity
- measuring
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области измерения теплофизических параметров материалов и может быть использована для определения теплопроводности твердых материалов при различных параметрах внешних условий (различный химический состав, давление и температура окружающей газовой среды). Устройство содержит корпус, в котором установлена измерительная ячейка, включающая плоский нагреватель, с двух сторон которого расположены холодильники с образованием между холодильником и нагревателем зоны для размещения исследуемых образцов. В холодильниках выполнены каналы для размещения термопар. Корпус выполнен в виде удлиненного цилиндра с глухим дном, открытый конец которого закреплен на основании с отверстиями для установки герметичных электровводов. Измерительная ячейка установлена в области глухого дна корпуса через пружинный элемент, обеспечивающий поджатие исследуемых образцов в измерительной ячейке. На корпусе в зоне расположения измерительной ячейки и на цилиндрической поверхности холодильника установлены дополнительные нагреватели. При использовании устройства достигается следующий технический результат: температура образцов при измерениях теплопроводности может достигать 600°C; давление окружающей среды в области измеряемых образцов при высокой температуре может быть до 1500 атмосфер. 2 ил.
Description
Полезная модель относится к области измерения теплофизических параметров материалов и может быть использована для определения теплопроводности твердых материалов при различных параметрах внешних условий (различный химический состав, давление и температура окружающей газовой среды).
Известен прибор для определения эффективной теплопроводности, собранный по симметричной схеме, состоящий из центрального нагревателя, контактирующего с двумя плоскими образцами, с противоположных сторон которых установлены холодильники. В приборе создается стационарный тепловой поток, проходящий через плоский образец определенной толщины и направленный перпендикулярно к наибольшим граням образца. По данным измерений плотности теплового потока, температур противоположных лицевых граней и толщины образца рассчитывают теплопроводность материала [ГОСТ 7076-99. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. Введ. 01.04.2000. - М., 2000 - 12 с.].
Недостатками данного устройства являются функциональная ограниченность, заключающаяся в проведении измерений только при стационарном тепловом режиме.
Известно устройство для определения коэффициента теплопроводности. Устройство содержит нагреватель с размещаемым в нем образцом в виде стержня, средства измерения температуры на концевых частях стержня и схему регулирования мощности нагревателя (А.с. СССР №765712, G01N 25/18, публ. 23.09.1980). Недостатком является отсутствие возможности задавать параметры внешней среды, окружающей образец, что является особенно актуальным для пористых материалов.
Известно устройство измерения коэффициента теплопроводности, состоящее из двух массивных металлических блоков, служащих в качестве холодильников, работающих при разных температурах. Между холодильниками расположен плоский образец с расположенным на нем с одной стороны нагревателем. На верхней поверхности образца измеряют мощность, обеспечивающую нулевую разность температур между ею и контактирующей с ней средой, дополнительно измеряют скорость изменения температуры на нижней поверхности образца и рассчитывают искомый коэффициент, при этом необходимо знать теплоемкость образца [А.с. СССР №1165958 А, МПК G01N 25/18, опубл. 07.07.1985].
Недостатком является отсутствие возможности задавать параметры внешней среды, окружающей образец.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является установка для измерения теплопроводности, описанная в статье «Установка для измерения теплопроводности порошковых материалов методом плоских тепловых волн», опубликованной в сборнике докладов IHISM-08 2008, с. 333-338.
В конструкции установки применен принцип симметричного нагрева (фиг. 1): плоский нагревательный элемент 1 расположен между двумя одинаковыми образцами 2, которые охлаждаются с тыльной стороны холодильниками 3. При такой конструкции можно считать, что почти вся электрическая мощность, подводимая к нагревателю, приходит к образцам в виде тепла. Термопары 4 расположены в медных стержнях вблизи образцов. Образцы окружены фторопластовыми шайбами 5 для снижения тепловых потерь. Прочный корпус, состоящий из верхней 6 и нижней 7 частей, позволяет проводить измерения при давлении до 100 атмосфер.
К недостаткам прототипа следует отнести невозможность использования данной конструкции в области высоких температур и давлений из-за применения нетермостойких и малопрочных сальниковых уплотнений.
Задачей настоящей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства, а именно, измерение теплопроводности материалов в более широком диапазоне температур и давлений.
При использовании полезной модели достигается следующий технический результат:
температура образцов при измерениях теплопроводности может достигать 600°C;
давление окружающей среды в области измеряемых образцов при высокой температуре может быть до 1500 атмосфер.
Для решения указанной задачи и достижения технического результата заявляется устройство для измерения теплопроводности материалов, содержащее корпус, в котором установлена измерительная ячейка, включающая плоский нагреватель, с двух сторон которого расположены холодильники с образованием между холодильником и нагревателем зоны для размещения исследуемых образцов, а в холодильнике выполнены каналы для размещения термопар. Корпус, согласно полезной модели, выполнен в виде удлиненного цилиндра с глухим дном, открытый конец которого закреплен на основании с коллектором для охлаждающей жидкости и отверстиями для установки герметичных электровводов. Измерительная ячейка установлена в области глухого дна корпуса и сжата пружинным элементом, обеспечивающим поджатие исследуемых образцов в измерительной ячейке, а на корпусе в зоне расположения измерительной ячейки и на цилиндрической поверхности холодильника установлены дополнительные нагреватели.
Большая вертикальная протяженность корпуса позволяет организовать большой градиент температуры. Этому способствует и наличие коллектора для охлаждающей жидкости в основании корпуса. Таким образом, в зоне расположения элементов герметизации внутреннего объема реализуется низкая температура, позволяющая эластичным уплотнениям выдерживать высокие давления, а для области расположения образцов материала реализуется высокое давление и температура. Были выполнены расчетные оценки прочности корпуса при давлении и определено объемное распределение поля температуры по высоте корпуса. Расчеты показали, что данное устройство позволяет при определении теплопроводности образцов задавать температуру до 600°C и давление до 1500 атм.
На фиг. 1 представлена схема и вид центральной части установки для измерения теплопроводности в среде высокого давления, принятой за прототип заявляемой полезной модели.
На фиг. 2 представлена схема заявляемого устройства.
На фиг. 1: 1 - нагревательный элемент, 2 - образцы, 3 - холодильники, 4 - термопары, 5 - фторопластовые шайбы, 6 - верхняя часть корпуса, 7 - нижняя часть корпуса.
На фиг. 2: 1 - нагревательный элемент, 2 - образцы, 3 - холодильники, 4 - термопары, 6 - верхняя часть корпуса, 7 - нижняя часть корпуса, 8 - коллектор, 9 - уплотнение, 10 - электровводы, 11 - внешний нагреватель, 12 - дополнительные нагреватели, 13 - толкатель, 14 - пакет пружин, 15 - гайка, 16 - теплоизоляция; 17 - вставка.
Устройство для измерения теплопроводности (фиг. 2) представляет собой силовой корпус, состоящий из верхней части 6, установленной через уплотнение 9 в нижнюю часть 7. Нижняя часть корпуса содержит в себе вставку 17 с электровводами 10. На корпусе выполнен внешний нагреватель 11. С целью снижения потерь корпус укрыт теплоизоляцией 16. Нижняя часть корпуса 7 охлаждается проточной водой через канал охлаждения в коллекторе 8. Внутри корпуса установлена измерительная ячейка, состоящая из центрального нагревателя 1, образцов исследуемого материала 2, холодильников 3 с дополнительными нагревателями 12. Для улучшения внутренних тепловых контактов измерительная ячейка поджата толкателем 13 при помощи пакета тарельчатых пружин 14. Пакет пружин поджат гайкой 15 и предназначен для компенсации изменений размеров конструкции при нагреве.
Устройство работает следующим образом. Внутрь корпуса устанавливаются образцы 2 из исследуемого материала, теплопроводность которого необходимо измерить. Заворачивая гайку 15, поджимаем измерительную ячейку заданным усилием. Во внутреннюю полость напускается необходимая газовая среда. Затем подключается внешнее водяное охлаждение в коллекторе 8 и включается внешний электрический нагреватель 11. После достижения теплового равновесия в области измерительной ячейки дополнительными нагревателями 12 на холодильниках 3 обеспечивается симметричное поле температур относительно центрального нагревателя 1. После этого, подавая последовательность импульсов электропитания на центральный нагреватель 1, фиксируют динамические изменения температур в измерительной ячейке для вычисления теплопроводности образцов 2.
Был изготовлен опытный образец устройства. Части корпуса 6 и 7, вставка 17, тарельчатые пружины 14, гайка 15 и остальные детали, работающие при высоких температурах, выполнены из жаростойкого никелевого сплава 08ХН35ВТЮ. Холодильники 3 и корпус центрального нагревателя 1 выполнены из меди Ml. Нагреватели выполнены из нихромовой проволоки с изоляцией из кремнеземного волокна. Коллектор 8 выполнен из сплава АМгб. Теплоизоляция 16 представляет собой тонкостенный кожух из стали 12Х18Н10Т, заполненный минеральной ватой.
Разработанная конструкция позволяет создавать в области измерительной ячейки давление до 1500 атм и температуру до 600°C и измерять теплопроводность материалов при этих условиях.
Claims (1)
- Устройство для измерения теплопроводности материала, содержащее корпус, в котором установлена измерительная ячейка, включающая плоский нагреватель, с двух сторон которого расположены холодильники с образованием между холодильником и нагревателем зоны для размещения исследуемых образцов, а в холодильниках выполнены каналы для размещения термопар, отличающееся тем, что корпус выполнен в виде удлиненного цилиндра с глухим дном, открытый конец которого закреплен на основании с коллектором для охлаждающей жидкости и отверстиями для установки герметичных электровводов, измерительная ячейка установлена в области глухого дна корпуса через пружинный элемент, обеспечивающий поджатие исследуемых образцов, при этом на корпусе в зоне расположения измерительной ячейки и на цилиндрической поверхности холодильника установлены дополнительные нагреватели.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020103545U RU197981U1 (ru) | 2020-01-27 | 2020-01-27 | Устройство для измерения теплопроводности материала |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020103545U RU197981U1 (ru) | 2020-01-27 | 2020-01-27 | Устройство для измерения теплопроводности материала |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU197981U1 true RU197981U1 (ru) | 2020-06-10 |
Family
ID=71066902
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020103545U RU197981U1 (ru) | 2020-01-27 | 2020-01-27 | Устройство для измерения теплопроводности материала |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU197981U1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112147174A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-12-29 | 西安近代化学研究所 | 一种火炸药真空安定性试验用样品池 |
RU205572U1 (ru) * | 2021-04-05 | 2021-07-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) (RU) | Устройство для измерения теплового потока к поверхности материала, нагретого в струе высокоэнтальпийного газа до высоких температур |
RU2788562C1 (ru) * | 2022-06-15 | 2023-01-23 | Андрей Васильевич Ковылин | Способ определения комплекса теплофизических характеристик твердых строительных материалов |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU765712A1 (ru) * | 1978-11-15 | 1980-09-23 | Ленинградский технологический институт холодильной промышленности | Устройство дл измерени коэффициента теплопроводности электропроводных материалов |
SU1165958A1 (ru) * | 1983-11-21 | 1985-07-07 | Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Холодильной Промышленности | Способ измерени коэффициента теплопроводности |
RU2096773C1 (ru) * | 1994-10-04 | 1997-11-20 | Гасан Гусейнович Гусейнов | Устройство для измерения теплопроводности |
CN108061738A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-05-22 | 国家纳米科学中心 | 一种样品热导率和热电势的测量装置及方法 |
-
2020
- 2020-01-27 RU RU2020103545U patent/RU197981U1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU765712A1 (ru) * | 1978-11-15 | 1980-09-23 | Ленинградский технологический институт холодильной промышленности | Устройство дл измерени коэффициента теплопроводности электропроводных материалов |
SU1165958A1 (ru) * | 1983-11-21 | 1985-07-07 | Ленинградский Ордена Трудового Красного Знамени Технологический Институт Холодильной Промышленности | Способ измерени коэффициента теплопроводности |
RU2096773C1 (ru) * | 1994-10-04 | 1997-11-20 | Гасан Гусейнович Гусейнов | Устройство для измерения теплопроводности |
CN108061738A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-05-22 | 国家纳米科学中心 | 一种样品热导率和热电势的测量装置及方法 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112147174A (zh) * | 2020-08-24 | 2020-12-29 | 西安近代化学研究所 | 一种火炸药真空安定性试验用样品池 |
CN112147174B (zh) * | 2020-08-24 | 2023-08-11 | 西安近代化学研究所 | 一种火炸药真空安定性试验用样品池 |
RU205572U1 (ru) * | 2021-04-05 | 2021-07-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук (ИПМех РАН) (RU) | Устройство для измерения теплового потока к поверхности материала, нагретого в струе высокоэнтальпийного газа до высоких температур |
RU2788562C1 (ru) * | 2022-06-15 | 2023-01-23 | Андрей Васильевич Ковылин | Способ определения комплекса теплофизических характеристик твердых строительных материалов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU197981U1 (ru) | Устройство для измерения теплопроводности материала | |
CN104215521B (zh) | 在室温到超高温下热-力-环境耦合作用测试装置及应用 | |
CN100412533C (zh) | 测量导热系数的装置 | |
CN101949873A (zh) | 一种固体材料导热系数的测量装置 | |
CN105352992A (zh) | 测定金属泡沫多孔介质导热热阻的方法 | |
CN107884435B (zh) | 一种高压气体环境下测量材料导热系数的装置 | |
CN201281694Y (zh) | 材料导热系数测定装置 | |
CN202837214U (zh) | 热电材料测试样品座及其热电性能测量装置 | |
CN109738701A (zh) | 一种电导测量装置及方法 | |
Liu et al. | Fast simple and accurate measurement of zeolite thermal conductivity | |
Lu et al. | Numerical simulation and experimental investigation of natural convection heat transfer of molten salt around fine wire | |
CN101021502A (zh) | 低温电阻温度系数测试装置 | |
Kato | Indicated diagrams of low temperature differential Stirling engines with channel-shaped heat exchangers | |
CN106053259B (zh) | 一种薄板高温成形极限试验装置 | |
CN104062318A (zh) | 用于测量样品的热电性能的样品座及测量方法 | |
Jayachandran et al. | Characterization of various two-phase materials based on thermal conductivity using modified transient plane source method | |
Zandt et al. | Capabilities for dielectric-constant gas thermometry in a special large-volume liquid-bath thermostat | |
CN203350209U (zh) | 一种同步跟踪测定气固吸附过程微热量变化的装置 | |
CN102590274A (zh) | 薄膜热电材料热导率测试系统及方法 | |
CN109283217A (zh) | 一种石墨烯材料热导率的测量方法和装置 | |
WO2020073442A1 (zh) | 一种石墨烯材料热导率及界面热阻的测量装置和方法 | |
CN112730538A (zh) | 一种温湿度可调的绝缘油介电特性测试装置及方法 | |
CN107764860B (zh) | 一种叠片铁心纵向导热系数测试装置 | |
Івашина et al. | INSTALLATION FOR DETERMINING THE THERMAL CONDUCTIVITY OF PLATES BY THE STATIONARY METHOD | |
CN221039870U (zh) | 干式细胞复苏仪的温度控制结构 |