SU1144041A1 - Датчик дл определени коэффициента теплопроводности - Google Patents

Abstract

ДАТЧЖ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ, содержащий блок с эталонным материалом, вы- полненный в виде пластины, внутри которой размещен компенсационный тер;морезистор , а на поверхности - измерительный терморезистор, защищенный диэлектрической пленкой, отличающийс  тем, что, с целью повьшени  его разрешающей способнос; ти и точности опредвлбни , по обе сто§оны пластины выполнены пазы ш финой 0,4$ S 4 1,0 f и глубиной h 0,5 S , где - глубина проникновени  теплового импульса длительностью с- в слой воздуха температуропроводностью Q , при этом измерительный терморезистор расположен в одном из пазов на диэлектрической пленке, закрепленной на поверхности пластины, а компенсационный л терморезистор - в другом пазу на диэлектрической пленке, закрепленной в основании паза. ий NU О 4;:

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике,- в частности к устройствам дл  определени  теплопроводности веществ, и может быть использовано дл  оперативного контрол  в 5 лабораторных исследовани х и в услови х Производства дл  определени  различных параметров систем,напри | Miep влажности по теплоп1р6водности. .

Известно устройство дл  иэмере- 10 нн  коэффициента теплопроводности, содержащее блок эталонного материала , на поверхности которого размещен линейный термррезистивный элемент , служапщй одновременно нагрева- 15 телем и термометром сопротивлени . При измерении теш1опровод1}ости исследуемый материал привод т в плотный контакт с эталонным блокои, пропускают ток через терморезистор .20 и фиксируют его в цва момента времени , после чего рассчитывают величи- . пу теплопроводности по формулу

где ( теплопроводность эталона р i

Недостатком данного устройства  вл етс  необходимость измерени  целого р да параметров (Т (, Tj, t, , tj и q), что усложн ет процесс измерени  и снижает его точность.

. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  датчик дл  определени  влажности тел по теплопроводности, содер 35 жащий блок с эталонным материалом внутри которого размещен компенсационный терморезистор, а на поверхности - измерительный терморезистор, защ1пценный диэлектрической пленкой (2j.;40

Недостатком известного датчика .чзл етс  невысока  разрешающа  способность . Это св зано с тем, что конструкци  датчика предусматривает использование .единого (с точки зре- 5 ни  неизменности теплофизических характеристик материала, контактирующего с измерительным.и компенсационным терморезисторами) блока эталонного материала, в котором тепло- 50 вой поток, вьщел емый терморезисторами , распростран етс  на границах раздела двух пар сред: верхн   чисть эталонного блока - исследуемый материал (дл  измерительного термореэис-,55 тора) и верхн   нижн   части эта- . лонного блока (дл  компенсационного терморезистора). В таком датчике

часть тепла отводитс  в исследуемый материал и нижнюю часть эталонного блока, зондиру  их и сравнива  их теплофизические свойства, а друга  часть тепла бесполезно отводитс  в верхнюю часть эталонного блока,  вл ющуюс  общей подложкой дл  обоих терморезисторов. Это снижает разрешающую способность датчика.

Цель изобретени  - повышение разрешающей способности датчика и точности определени .,

Указ.чнна  цель достигаетс  тем, что в датчике дл  определени  коэффициента теплопроводности, содержащем блок с эталонным материалом, выполненный в виде пластины, внутри которой размещен компенсационный терморезистор, а на поверхности измерительный терморезистор, защищенный диэлектрической пленкой, по обе стороны пластины выполнены пазы шириной ,4 Е 4 S ЬО С и глубиной h 0,5 S , где t - глубина проникновени  теплового га пульса. длителностью ь в слой воздуха с температуропроводностью Q , при этом измерительный терморезистор расположен в оном из пазов на диэлектрической пленке , закреплённой на поверхности пластины, а компенсационный терморезистор - в другом пазу на диэлектрической пленке, закрепленной в осно вании паза.Соотношеййе размеров паза выбираетс  из условий отсутстви  конвекции воздуха в паэу, прочности диэлектрической пленки, отсутстви  тензоэффекта и соблюдени  услови  полупространства дл  тейпового фронта . Этим услови м,V как показывают эксперчменты, в наибольшей степени 1удовлетвор ют пазы с шириной S и глубиной h выбиpaeмы ш из соотно- ;шений 0,4 t й S 6 1,0 |и h 0,5 ;где bj Q-fi - глубина проникновени  фронта теплового импульса дпительночтью в слой воздуха, имеющего температуропроводность Q .

Если исследовани  провод тс  при 20+5,0 С, то дл  конкретных расчетов размеров пазов завис1&юсть величины ,t {в миллиметрах) от длительности имцульса .С (в секундах) может быть представлена в более простом виде Йс; 4,б5-нГГ , где 4,65 - коэф фициент учитывающий тёгшофи ические свойства воздуха. Йижнйб пре3 делы 0,4 В ширины и 0,2 глубины паза определ ютс  необходимостью соблюдени  таких условий, при которых дл  данной длительности импульса С не сказываетс  вли ние стенок, ограничивающих паз, на теплофизичес кие свойства сло  воздуха в этом пазу.. Верхний предел 1,0 Z ширины и 0,5 t глубины выбираетс  из услов механической прочности пленки, отсутстви  конвекции воздуха в пазу и отсутстви  тензоэффекта. Дл  боль шнства используемых пленок (полимерных и стекл нных) толщиной 8-15 мкм ширина паза,,0 С в наибольшей степени удовлетвор ют этим требовани м . С целью идентификации условий работы измерительного и .компенса ционного терморезисторов контакт их с исследуемым и эталонным материалами осуществл етс  через одинаковые (по толщине и теплофкзипеским параметрам) .диэлектрические пленки, что повышает точность измерени  за счет улучшени  услойий компенсации терморезисторов при пропускании че .рез них импульсов напр жени . I На фиг. 1 изображен датчик; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на ;фиг. 3 - измерительна  схема. Датчик содержит корпус I из металла , стойкого против коррозии и абразивного трени , внутри которого размещен блок эталонного материала, выполненный в виде пластины 2, по обе стороны которой выполнены пазы 3 . идин из пазов например 3, за щищен тонкой (8-15 мкм) диэлектрической пленкой 5. В пазу 3 на пленке 5 размещен измерительный линейны терморезистор 6,  вл ющийс  рд1говре менко и нагревателем. Компенсационный терморезистор 7, аналогичный измерительному, размещен с противоположной стороны пластины 2 в осн-овании паза 4 на диэлектрической пле ке 8. .Паз 4 закрыт крьш1кой 9 корпу; са. Датчик подключаетс  к измерител ;ной схеме при помощи токоотводов 10 I Измерительна  схема (фиг. 2) содержит импульсный источник 11 пита .:ш  и мост 12, в измерит ельную диаг наль которого включен регистриру:ющий прибор 13. Мост 12 составлен ;из переменных декадных резисторов , Rj 15, R4 16, сдвоенного ре414 зистора Rj-R t7 и двух терморезисторов датчика - измерительного R|18 и компенсационного R 19. Терморезисторы могут быть изГотовлены , натфимер, из платиновой проволоки диаметром 8 мкм или образованы ме тодом напылени . Блок эталонного материала представл ет со бой диск, н4пр1шёр, из оргстекла, ;толщина которого L выбираетс : из услови  -jr 1 где € - глубина .- .. - . .; 1 Проникновени  теплового фронта в эталонный материал; Q - температуропроводность эталонно го материала; - длительность греющего им ульса. При этом слерует учитывать, эталонный , материал .под)5ирает :  таким образом, чтобы его теплопроводность была блйэкой к тёш1опрО1Водности исследуемого класса веществ. В этих услови х реализуетс  максимальна  точность. Отметим, что примен ема  в датчи-. ке диэлектрическа  пленка (5 и 8) в данной конструкции  вл етс  самосто тельным конструктивным элементом, в отличие от плёнки диэлектрического датчика, защищающего терморезисторы в известном датчике. За счет этого и измен етс  способ изготовлени  датчика , предусматривак ций крепление измерительного терморезистора на поверхности пленки с последующим приклеиванием ее к поверхности эталонного блока. Компенсационный термррезистор также вначале крёш1тс  к / диэлектрической пленке, в затем приклеиваетс  к поверхности эталонного блока. Датчик работает следующим образом. : При введении измерительного терморезистора 18 в контакт с и::следуемым 1 веществом и подаче импульсов тока 12 с импульсного источника 11 сопротивлени  терморезисторов 18 и 19 измен ютс  и в измерительнойдиагонали моста 12 возникает сигнал разбаланса, в зависимости от теплопроводности среды, который регистрируетс  прибором 13, например электронным осциллографом. Пор док операций при определении . теплопроводности сводитс  к осуществлеиию .при данной температуре Т, например комнатной, вещества с наперед известной теплопроводностью flj, (Т) ПОЛНОГО баланса моста (при этом на экране осциллографа на всем прот жении импульса равен нулю) при одновременном измерении двух сопротивлений Ri2(T) и ), где Rj. Rj R,; R R,. Аналогичное измерение параметров Rjlg-.CT) и R,|(T) при полном балансе моста осуществл ют при контакте изме рительного терморезистора с исследуемым веществом. Телопроводность исследуемого вещества (тУ определ ет СЯ по формуле ((Tq)i)t RiSo foUV btTl 1( Кдо( где vX 60ЭЛ ( -теплопроводность -воздуха, при температуре Т и Т . Если исследуемым параметром  вл етсй влаж Юность, то оперативньй контроль влаж ности вещества сОх осуществл ют, испбпьзу  тарировочную-з-ависимость Q X f ( TV.JC ) , котора  предварительно строитс  по известной (полученной весовым методом) влажности контроли руемого вещества. .В датчике повьшгение разрешающей способности и точности определени  достигаетс  за счет малой теплопроводности воздушного промежутка в пазах , выбора оптимального соотношени  размеров пазов и осуществлени  контакта терморезисторов с эталонным блоком и исследуемой средой через идентаг1ные диэлектрические пленки, что позвол ет повысить эффективность применени  датчика как в лабораторных исследовани х, так и в услови х, . ,производства, т.е. разрешающа  способность датчика увеличена на 30%. . Датчик позвол ет сократить врем  проведени  .одного анализа до 2-3 мин повысить чувствительность измерений, уменьшить количество обслуживающего персонала и значительно сократить расход электроэнергии. Производительность труда при испрльзовании предлагаемого -.датчика увеличитс  примерно в,20 раз за счет сокращени  времени на вьтолнение анализа и возможности использовани  предлагаемого изобретени  дл  оперативного контроч  влагосодержани  агломератньй fiacc в поточно-механизированных лини х при серийном и массовом производстве химических источников тока .

Claims (1)

1. ДАТЧИК ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ, содержащий блок с эталонным материалом, вы- полненный в виде пластины, внутри которой размещен компенсационный терморезистор, а на поверхности - измерительный терморезистор, защищенный диэлектрической пленкой, отличающийся тем, что, с целью повышения его разрешающей способнос; ти и точности определения, по обе сто-.

   роны пластины выполнены пазы шириной О* 0,4 ί S* 4 1,0 Р и глубиной h = 0,5 £ * , где С = - глубина проникновения теплового импульса длительностью С в слой воздуха температуропроводностью Q , при этом измерительный терморезистор расположен в одном из пазов на диэлектрической пленке, закрепленной на поверхности пластины, а компенсационный терморезистор - в другом пазу на диэлектрической пленке, закрепленной в основании паза.

   (Л с

   Фиг.1