SU1059493A1 - Устройство дл определени теплофизических характеристик неэлектропроводных материалов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к исследоанию теплофиэических свойств тверых неметаллических материалов и редназначено дл  определени  коэффициентов теплопроводности и темературопроводности твердых листоBfcax неметаллических материалов (стеклопластиков, углепластиков, сбопластиков и т.д.) в услови х ысоких температур

Известно устройство, работающее в области температур 900-2300 К состо щее из водоохлаждаемой вакуумной камеры с размещенными в ней рабочим участком и нагревателем, схемы измерений и схемы обеспечени  необходимого температурного режима. Соэдание необходимого температурного режима в камере обеспечиваетс  индуктором высокочастотного генератора.ГЛ-15, выполненным из красной меди с изолированными друг от друга витками. Между индуктором и радиационным молибденовым нагревателем расположен экран в виде цилиндрической трубки. i

В молибденовом радиационном нагревателе размещены исследуемый цилиндрический образец и система торцовых экранов. Нагреватель закреплен на резьбе в обойме нижнего фланца камеры и фиксируетс  с помощью контргайки. Сверху и снизу образца расположены торцовые молибденовые экраны, позвол ющие свес; ти к минимуму торцо вые потери тепла и обеспечить реализацию одномер- : ного температурного пол  в образце. Внутри нагревател  на иглах размещаетс  образец. В центре образца и на рассто нии 0,707 R от него выполнены пирометрические каналы. Нестационарные температуры измер ютс  фотоэлектрическим и фотографическим пирометрами Cl .

Однако данное высокотемпературное устройство не позвол ет исследовать теплофизические характеристики листовых композиционных полимерных материалов.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство, состо щее из. медной испытательной, камеры, внутри которой находитс  медный водоохлаждаемый индуктор, установленный на керамической плите. Керамическа  плита крепитс  к верхнему основанию устройства на четырех стержн х. Внутри индуктора на керамической плите, имеющей по са центрации, установлены боковые теплоизол ционные керамические экраны. Нагреватель выполнен в виде двух одинаковых сплошных цилиндрических тел из высокопрочного графита. Четыре исследуемых плоских образца с зажатыми между ними раскатанными термопарами размещены в пространстве между тела

ми нагревател . Дл  приближени  условий испытаний к эксплуатационным и дл  выхода продуктов термодеструкции при нагреве между исследуемыми образцами и телами нагревател 

симметрично установлены фиксирующие элементы, выполненные из керамики в виде колец с 16-ю радиальными отвврсти ми ,. Дл  уменьшени  искажающего температурного вли ни  фикси0 рующих элементов на испытуемые образцы кассшие осуществл етс  по линии контакта шириной 0,2 мм. Образ цы с термопарами, фиксирующие элементы и тела нагревател  установлены на нижнем торцовом экране, а све,( ху установлен также торцовый экран, которые ст гиваютс  вместе с помощью прижимного элемента, установленного в верхнем основании камеры. Термопары вывод тс  наружу через специальные отверсти  в верхнем основании , а дл  обеспечени  инертной среды в процессе испытаний в устрой ство подаетс  аргон СЗ}.

Однако известное высокотемпературное устройство позвол ет исследовать лишь температуропроводность листовых композиционных полимерных материалов.

Цель изобретени  - повышение

0 быстродействи  определени  теплофизических характеристик в широком диапазоне температур.

Указанна  цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  определени 

5 теплофизических характеристик неэлёктропррводных материалов, соч держащем камеру, размещенный в ней и окруженный боковыми и торцовьами экранами водоохлаждаемый ин0 дуктор, установленный на керамической плите с помещенными в нем нагревателем , Е1ыполненным в виде двух тел из электропроводного материала с установленными между ними фикси5 рующими элементами, нагреватель

выполнен в виде стаканов, отверсти ми обращенными навстречу друг к другу, при этом между стаканами установлено кольцо из термопрочного

Q неэлектропроводного материала.

На чертеже схематично изображено устройство, разрез.

Внутри испытательной камеры, изготовленной -из меди, находитс  мед ный водоохлаждаемый индук тор 1, установленный на керамической плите 2. Керамическа  плита 2 крепитс  к верхнему основанию камеры 3 на четырех стержн х 4. Внутри индуктора 1 на керамической плите 2, имеющей по са центрации, установлены боковые теплоизол ционные керамические экраны 5 и б. Нагреватель 7 выполнен в виде двух одинаковых полых цилиндрических тел из высоко5 прочного графита, но может быть изготовлен и из другого электропроводного материала, при этом температура плавлени  этого материала должна быть выие требуемой температуры нагрева образца на 200-250°С. Два исследуемых плоских образца 8 с установленными внутри них раскатанными до толщины 0,05. мм термопарами 9 размещены в пространстве между телами нагревател .

В отличие от известного устройства , где используютс  четыре образца с установленными между ними трем  термопарами, в предлагаемом используютс  два образца с установленными в каждом из них на различном рассто нии от нагреваемой поверхности по семь термопэр.

Дл  приближени  условий испытаний к эксплуатационным и дл  выхода продуктов термодеструкции при нагреве между исследуемыми образцами и телами нагревател  симметрично установлены фиксирующие элементы 10, выполненные, например, и корунда в виде колец с наружным диаметром 50 мм, высотой 4 мм и с 16-ю радиальными пазами. Между исследуемыми образцами 8 установлено кольцо 11, выполненное, например , из корунда с наружным диаметром 50 мм и высотой 10 мм. Дл  уменьшени  искажающего температурного вли ни  фиксирующих элементов 10 и кольца 11 на испытуемые образцы 8 касание фиксирующих элементо и кольца с образцами осуществл етс  по линии контакта шириной 0,2 мм.

Образцы 8 с термопарами 9, фиксирующие элементы 10, кольцо 11 и нагревател  7 установлены на нкукнем торцовом экране 12, а сверху - торцовый экран 13, которые ст гиваютс  вместе с помощью прижимного устройства 14, установленного в верхнем основании камеры. Термопары 9 вывод тс  наружу через специальные отверсти  в верхнем основании, а дл  обеспечени  инертной -среды в процессе испытаний в камеру подаетс  аргон (не пок азано).

При высоких скорост х нагрева в известной установке, использующей индукционный способ нагрева, сначала нагреваетс  наружна  поверхность нагревател , температура на которой значительно опережает температуру в центральной его части . Это приводит к тому, что температурное поле на нагреваемой поверхности образца при высоких скорост х нагрева получаетс  неоднородным .

Применение полых цилиндрическю нагревателей, приближенно имитирующих излучение абсолютно черного

тела, позвол ет получить более одно родный тепловой поток, падающий на нагреваемую поверхность.

Введение между исследуемыми образцами 8 кольца 11 позвол ет счи5 тать при симметричном нагреве образцов услови  на их сторонах, обращенных друг к другу, адиабатичными . Выполнение этого услови   вл етс  об зательным дл  граничных 0 условий, необходимых при определении коэффициента температуропроводности и относительного коэффициента теплопроводности., В устройстве отклонени  от симметрии нагрева не 5 так резко сказываютс  на распределении температуры на обращенных друг к другу сторонах образцов эа счет меньшего вли ни  образцов друг на друге.

f. Камера окружена снаружи ферритовым экраном 15, а на боковые экраны 5 и 6 установлен сверху корундовый экран 16. Система регулируемого нагрева состоит из,электронного , программно-регулирующего и згшающего устройства 17 (РУ5-02М), автоматического электронного регулирующего устройства 18 (РУ4-16А), регулирующей термопары 19, установленной на нагревателе 7 и соединенной с потенциометром 20 (ППР-4),, полупроводникового преобразовател  21 высокой частоты, соединенного с медным водоохлаждаемым индуктором 1.

Устройство работает следующим об5 разом.

Водоохлаждае1ллй индуктор 1., питаемый от полупроводникового преобразовател  21 высокой частоты мощностью 65 кВт и частотой 10 кГц, 0 при включении последнего нагревает симметрично расположенные тела графитового нагревател  7 по заданной программе. Автоматическа  система программного нагрева осуществл етс : 5 с помощью приборов 17, 18 и 20 пу ,тем изменени  выходной мощности пре (образовател  21. Нагреватель 7, из-р :луча  тепловую энергию, нагревает обращенные к нагревательным телам поверхности испытуеких образцов 8

с заданной скоростью. Испытуемые ГЪбразцы имеют форму круглых пластин диаметром 50 мм толщиной до 4 мм. В каждом из них установлены по толщине на различном рассто нии от поверхности раскатанные спаи термопар, установка которых производитс  при изготовлении образцов. Координаты расположени  термопар - уточн ютс  затем с помощью реитге0 невских снимков образцов. Измерени  в процессе эксперимента свод тс  к записи во времени температу в заданных точках образца . Дл  этого используют два 5 многоточечных - автоматических элект

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК _

   НЕЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее камеру, размещенный в ней и окруженный боковыми и торцо1выми экранами водоохлаждаемый индуктор, установленный на керамической плите, внутри которого помещен нагреватель, выполненный в ви- * ре двух тел из электропроводного материала с установленными между .ними фиксирующими элементами, (отличающееся тем, что, |с целью повышения быстродействия ” /определения теплофизических харак- ι 'теристик в широком диапазоне температур, нагреватель выполнен в виде [Двух стаканов, отверстиями обращенными навстречу друг другу, при ((этом между стаканами установлено _:кольцо из термопрочного неэлектро (проводного материала.