SU1062586A1 - Устройство дл определени теплофизических свойств материалов - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, например, капилл рно-пористых, волокнистых и тканей, содержащее тепломеры , закрепленные на поверхности хермостатируемой камеры, и нагреватель , теплоотвод ща  поверхность которого параллельна и обращена к тепловоспринимакщей поверхности тепломеров , отличающеес  тем, что, с целью уменьшени  погрешности измерений, в него введены механизм плоскопараллельного перемещени , температуровыравнивающа  пластина из высокотеплопроводного материала и датчик индикации касани  нагревател  с температуровыравнивающей пластиной, при этом температуровыравнивающа  пластина установлена между поверхност ми нагревател  и тепломеров, выполненных с разными термическими сопротивлени ми, на поверхности нагревател , жестко скрепленного с подвижной частью механизма плоскопараллельного перемещени , § установлены датчики индикации касани  нагревател  с температуровыравсл нивающей пластиной, причем отношение массы пластины к площади контакта ее с . с испытуемым материалом пропорционально заданному давлению на материал .

Description

Изобретение относитс  к теплофизическим измерени м и может быть использовано дл  исследовани  теплозащитных свойств материалов, в частнос ти, дл  определени  термического сопротивлени  и теплопроводности образ цов волокнистых материалов, тканей, жидких и газообразных веществ, приме KHeivibix; дл  их наполнени . Известно устройство дл  определени  коэффициента теплопроводности материалов, содержащее нагреватель, холодильник, датчик теплового потока , держатель образца исследуемого материала, ленточные термопары в эластичных обкладках, установленные coocHOf и индикатор толщины образца причем датчик теплового потока приклеен в рабочей поверхности холодиль ника и выполнен с покрытием холодиль ника,- причем покрытие холодильника и датчик теплового потока выполнены в монолите из идентичного материала 1 , Недостатком устройства  вл етс  , невозможность широко варьировать нормируемую нагрузку на образец, особенно в области малых значений {менее 500 Н/м), Кроме того, устройство не позвол ет корректно измер ть термическое сопротивление и тем более коэффициент теплопроводное J:H волокнистых материалов и тканей, а :--. .1 У;рс.:ико;;ть измерени  теплопроводности этих материалов оказывает вЛИЯкие низка  точность измерени  разностей температур;, особенно малкк значений на тонких сло х матери ла .i Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  устройство дл  определени  коэффициента теплопроводности жидкостей и газов, содержащее тепломеры, закрепленные на поверхности термостатируемой камеры, а также нагреватель, теплоотдающа  поверхность которого параллельна и обращена к тепловоспринимаквдей поверхности тепломеров 2. К недостаткам известного устройства следует отнести фиксированные геометрические размеры (толщина) измерительной  чейки, что делает невозможным корректное изменение тепло физических свойств тканей. Кроме того , в устройстве не предусмотрена возможность задавать и контролировать нормируемую нагрузку на образец в случае волокнистых, тканых и нетканых р.атериалов, что приводит к получению случайных значений, не поз вол ющ11Х судить о теплозащитных качествах материалов. Целью изобретени   вл етс  уменьшение погрешности измерени  теплофизически  сво-йс в материалов. , Эта цель достигаетс  тем, что в устройстве дл  определени  теплофизических свойств материалов, например , капилл рно-пористых, волокнистых и тканей, содержащем тепломеры, закрепленные на поверхности термостатируемой камеры, а также нагреватель , теплоотвод ща  поверхность которого параллельна и обращена к тепловоспринимающей поверхности тепломеров , введены механизм плоскопараллельного перемещени , температуровыравнивакща  пластина из высокотеплопроводного материала и датчик индикации касани  нагревател  и темперахуровыравнивакщей пластиной, при этом температуровыравнивающа  пластина свободно установлена между поверхност ми нагревател  и тепломеров , выполненных с разными термическими сопротивлени ми, на поверхности нагревател , жестко скрепленного с подвижной частью механизма плоскопараллельного перемещени , установлены датчики индикации касани  нагревател  с температуровыравниваквдей пластиной, причем отношение массы пластины к площади контакта ее с исследуемым материалом пропорционально заданному давлению на материал. На фиг. 1 изображена принципиальна  схема устройства; на фиг. 2 схема соединени  искомого термического сопротивлени  исследуемого материала (RX) и термических сопротивлений тепломеров -(R и R), служащих дл  измерени  тепловых потоков (q, и д„)f проход щих через цепи моста. Устройство (фиг. 1) содержит тепломеры 1 и 2, закрепленные на тепловоспринимакщей поверхности термостатированной камеры 3, и нагреватель 4, теплоотдаквда  поверхность которого обращена к теплопринимакадей поверхности тепломеров 1 и 2. Нагреватель 4 жестко скреплен с механизмом 5 плоскопараллельного перемещени , . позвол ющим изменить величину зазора мемодунагревателем 4 и тепломерами 1 и 2. В зазоре между нагревател ми 4 и тепломерами 1 и 2 на тепловоспринимак цей поверхности тепломеров {свободно установлена температуровыравнивающа  пластина 6. По периферии теплоотдакнцей поверхности нагревател  4 смонтированы датчики 7 индикации касани  нагревател  4 с температуровыравнивающей пластиной 6. Дл  фиксировани  положени  образца 8 исследуемого материала, помещаемого между тепломерами 1 и 2 и температуровыравнивающей пластиной 6, устройство снабжено прижимным кольцом 9 с закрепленными на нем фиксирук«иими устройствами иглами и

профилированным кольцом 10. Профилированное кольцо 10 выполнено с кольцевой проточкой, в которую ввод т фиксирунвдие иглы при закреплении образца 8. Кроме того, устройство снабжено съемным колпаком 11, герметично соедин емым с термостатированной камерой 3. В колпак 11 вмонтированы штуцера 12 дл  замещени  газовой среды в рабочем объеме устройства и контрол  давлени  этой среды.

Тепломеры 1 и 2 выполнены с неодинаковыми термическими сопротивлени ми , что можно обеспечить использованием дл  заливки тепломеров компаундов с контрастной теплопроводностью либо изготовлением тепломеров с неодинаковой плотностью укладки термоэлементов , либо выполнением защитных электроизол ционных покрытий тепломеров разных толщин.

Теплевоспринимакща  поверхность термостатированной камеры 3, на которой закреплены тепломеры 1 и 2, выполнена из высокотеплопроводного материала дл  обеспечени  изотермических условий в плоскости с тепломерами 1 и 2. Теплоотвод ща  поверхность нагревател  2 выполнена из высокотеплопроводного материала дл  обеспечени  изотермических условий на этой поверхности.

Датчики 7 индикации касани  нагревател  4 с температуровыравнивающей пластиной б служат дл  регулировани  зазора между нагревателем 4 и пластиной б, обеспечивают условие, при котором образец 8 не испытывает иной нагрузки, кроме нормируемой, задаваемой с помощью температуровыравнивающей пластины 6.

Температуровыравнивающа  пластина 6 выполнена из высокотепловодного материала дл  обеспечени  изотермических условий на поверхности образца 8, обращенной к нагревателю 4 а также дл  создани  требуемой нормируемой нагрузки на образец. Последние достигаетс  температуровыравниваицей пластины 6 с заданным отношением массы пластины к площади контакта с исследуемым образцом 8. Устройство комплектуетс  набором температуровыравнивающих пластин б одинаковой площади, но разной толщиНЫ , благодар  чему обеспечена возможность варьировать нагрузку на образец 8 в заданном интервале ее значений .

Устройство работает следующим образом.

Образец 8 исследуемого материала например, текстильного, изготовленный в форме диска, помещают на тепловоспринимаемую поверхность тепломеров 1 и 2, фиксируют его положение при помощи прижимного кольца 9,

фиксирующие иглы которого, пронизыва  образец 8, ввод т в проточку профилированного кольца 10. Сверху на образец устанавливают температуре в ырав нив ающую пластину 6 требуемых размеров.

При помощи механизма перемещени  опускают нагреватель 4 до касани  с температуровыравнивающей пластиной 6, о чем суд т по показани м датчиков 7. В момент замыкани  цепи индикации вращени  маховика в обратную сторону нагреватель 4 вывод т из положени  касани  с пластиной 6, устанавлива  зазор пор дка 0,1 - 0,2 мм.

Через штуцера 12 при необходимости производитс  откачка воздуха из рабочего пространства устройства и заполнение его газовой средой необходимого давлени .

На нагреватель 4 подают ггитание, включают систему термостатировани  камеры 3, подключают тепломеры 1 и 2 к регистрирующей аппаратуре и производ т наблюдение за их показани ми. В установившемс  тепловом состо нии записывают значени  термо-ЭДС, гене .рируемых тепломерами 1 и 2, значение термического сопротивлени  или коэффициент теплопроводности.

Устройство работает по методу теплометрического моста.

Перва  ветвь моста состоит из двух последовательно расположенных термосопротивлений R и R-; на концах которой при помош.и нагревател  4 и термостатируемой камеры 3 создаетс  перепад температур д f t где Т, и Т/2 соответственно температуры температуровыравнивагацей пластины б и тепловосприниманхи.ей поверхкости термостатированной камеры 3.

Втора  ветвь состоит также из двух последовательно расположенных термосопротивлений R и Rj г на конщах которой при помощи тех же нагревател  4 и термостатируемой камеры 3 создаетс  .перепад температур 47 1д. t т.е. на концах обеих ветвей моста соблюдаетс  идентичность перепадов температуры

ur Turdem.

Тепловое состо ние моста описываетс  системой следующих уравнений

ЧЛ.. . : .c,Uv+R7 b C7)(2)

.-(,,

где q, , q,, - плотность теплового потока по первой и второй верв м мост Решением этой системы получаютс  расчетные дл  искомого термического сопротивлени :

(3

-4i(a

и коэффициента теплопроводности

где , h - толщина образца.

С учетом формулы дл  плотности теплового потока ,B, , где Kj и Ij - рабочий коэффициент тепломера и генерируема  им термо-ЭДС,

(,2), соотношение (4) преобразуетс  к виду

-keWe2

Я h. -.

q.,,-b

где ,, (з .R, ,Ь, Rj- константы устройства, определ емые в градуиро .вочньрс опытах с эталонными образцами.

Т

R.

Фиг.2

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ, например, капиллярно-пористых, волокнистых и тканей, содержащее тепломеры, закрепленные на поверхности термостатируемой камеры, и нагреватель, теплоотводящая поверхность которого параллельна и обращена к тепловоспринимающей поверхности теп- ломеров , отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений, в него введены механизм плоскопараллельного перемещения, температуровыравнивающая пластина из высокотеплопроводного материала и датчик индикации касания < нагревателя с температуровыравнивающей пластиной, при этом температуровыравнивающая пластина установлена между поверхностями нагревателя и тепломеров, выполненных с разными термическими сопротивлениями, на поверхности нагревателя, жестко скрепленного с подвижной частью механизма плоскопараллельного перемещения, установлены датчики индикации каса- § ния нагревателя с температуровыравнивающей пластиной, причем отношение массы пластины к площади контакта ее с испытуемым материалом пропорционально заданному давлению на матецриал.

   SU „„ 1062586