(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ НЕЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ(54) DEVICE FOR DETERMINING TEMPERATURE CONDUCTIVITY OF NON-ELECTRICAL WIRES
Изобретение относитс к исследова нию теплофизических свойств твердых неметаллических материалов и предназначено дл определени коэффициента . температуропроводности твердых листо вых неметаллических материалов (стеклопластиков , углепластиков, асбопла тиков и т.д.) в услови х высоких тем ператур. Известно устройство дл исследова ни теплофизических характеристик в области высоких температур содержащее высокотемпературную графитовую печь сопротивлени охлаждаемые медные токоподводы,упругие цанги,допускающие продольное перемещение при термических деформаци х, между которыми зажат нагреватель в виде графитовой трубы. Нагреватель окружен теплоизол ционными экранами. Испытуемый образец, в форме цилиндра крепитс к верхнему экрану-этажерке, расположенному внутри нагревател . Верхний и нижний .экраны выполнены из графита и представл ют собой тонкостенные трубки с поперечными ребрами. Термопары установлены в центре образца и по радиусу на глубине, равной половине высоты образца. Электрическа схема состоит из автотрансформатора, понижающего трансформатора, специального редуктора с приводом электродвигател 1 . Однако известное устройство позвол ет исследовать температуропроводность плохих проводников тепла при разрежении или в инертной среде в области высоких температур, не имеет ограничение по скорости нагрева и не позвол ет определ ть свойства на плоских образцах. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс устройство дл определени теплофизических свойств веществ, работающее в области температура от 900 до , Ьосто щее из водоохлаждаемой вакуумной .камеры с размещенными в ней рабочим ( гчастком и нагревателем, схемы измереш й и схемы обеспечени необходимог температурного режийа. Создание необходимого температурного релдама в камере обеспечиваетс индуктором высокочастотного генератора ГЛ-15 мощностью 10 кВт, имеющего при согласованной нагрузке частоту 720 кГц, Индуктор выполнен из красной меди с изолированными друг от друга витками, Между индуктором и радиационными молибденовым нагревателем размещен экран в Риде цилиндрической трубки из . В молибденовом радиационном нагревателе размещены исследуемый цилиндри ческий образец и система торцовых экранов. Нагреватель закреплен на резьбе в обойме нижнего фланца камеры и фиксируетс с помощью контргайки Сверху и снизу образца размещены торцовые молибденовые экраны, позвол ющий свести к минимуму торцовые потери тепла и обеспечить реализацию одномерно го температурного пол в образце. Вну три нагревател на иглах размещаетс образец. В центре образца и по радиус выполнены пирометрические каналы. Нестационарные температуры измер ютс фотоэлектрическим и фотографичесКИМ пирометрами z. Однако высокотемпературное устройство не позвол ет исследовать теплофизические характеристики листовых композициоинных полимерных материалов с которыми приходитс широко встреча с на практике. Цель изобретени - определение тем пературопроводности листовых композиц онных полимерных материалов в Ьироком диапазоне температур. Поставленна - цель,достигаетс тем что в устройстве, содержащем водоохл ждаемый индуктор с помещенными в нем нагревателем, выполненным из электро проводного материала, боковыми и тор цовь1ми экрана ш, нагреватель выполне из двух тел с установленными между н ми фиксирующими элементами, например в виде колец, между которыми помещены наследуемые образцы с термопарами , ст нутые вместе с нагревателем и торцовыми.экранами прижимным устройством , расположенным в верхнем основании камеры. При этом фиксирующие элементы имеют радиальные отверсти , через которые из зоны нагрева удал ют продукты термодеструкции, а услови испытаний приближаютс к услови м эксплуатации. Фиксирующие элементы, нагреватель, боковые и торцовые экраны, индуктор установлены на керамической плите, подвешенной к верхнему основанию камеры. На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство в.разрезе. Внутри устройства, изготовленного из меди, находитс медный водоохлаждаемый индуктор 1, установленный на керамической плите 2. Керамическа плита 2 крепитс к верхнему основанию устройства 3 на четырех стержн х 4. Внутри индуктора 1 на керамичес кой плите 2, имеющей по са центрации, установлены б.оковые теплоизол ционные керамические экраны 5 и 6. Нагреватель 7 выполнен в виде двух одинаковых сплошных цилиндрических тел из высокопрочного графита. Нагреватель должен быть изготовлен из электропроводного материала и должен иметь температуру плавлени выше требуемой температуры нагрева образца на 200250 С, Четыре исследуемых плоских образца 8 с зажатыми между ними раскатанными термопарами 9 до толщины 0,05 мм размещены в пространстве между телами нагревател , -{л приближени условий испытаний к слови м эксплуатации и дл выхода продуктов термодеструкции при нагреве между исследуемыми образцами и телами нагревател симметрично установлены фиксирующие элементы 10, .выполненные из керамики в виде колец диаметромD 50 мм, высотой п 4 мм с шестнадцатью радиальными отверсти ми диаметром мм. Дл уменьшени искажающего температурного вли ни фиксирующих элементов 10 на испытуемые образцы 8 касание осуществл етс по линии контакта шириной 0,2 мм. Фиксирующий элемент может бЬ1ть выполнен в виде квадрата, треугольника, звезды, спирали, а также и другой формы и должен иметь радиальные отверсти дл удалени из зоны нагрева продуктов термодеСтрукции . Образца 8 с термопарами 9, фиксирующие элементы 10 и тела нагревател 7 установлены на нижнем торцовом экране 11, а сверху установлен торцовой экран 12, которые ст гиваютс вместе с помощью прижимного элемента 13, установленного в верхнем основании камеры. Термопары 9 вывод тс наружу через специальные отверсти , в верхнем основании.The invention relates to the study of the thermophysical properties of solid non-metallic materials and is intended to determine the coefficient. thermal diffusivity of solid sheet nonmetallic materials (fiberglass, carbon plastic, asboplastic, etc.) under high temperature conditions. A device for investigating thermal characteristics in a high temperature region contains a high-temperature graphite furnace resistance cooled copper current leads, elastic collets that allow longitudinal movement during thermal deformations, between which a graphite heater is clamped, is known. The heater is surrounded by thermal insulating screens. The test specimen, in the form of a cylinder, is attached to an upper screen-shelf located inside the heater. The upper and lower screens are made of graphite and are thin-walled tubes with transverse ribs. Thermocouples are installed in the center of the sample and radially at a depth equal to half the height of the sample. The electrical circuit consists of an autotransformer, a step-down transformer, a special gearbox with an electric motor drive 1. However, the known device makes it possible to investigate the thermal diffusivity of poor heat conductors under vacuum or in an inert environment in the high temperature region, has no limitation on the heating rate, and does not allow determining properties on flat samples. The closest in technical essence to the present invention is a device for determining the thermophysical properties of substances, operating in the region of temperature from 900 to, consisting of a water-cooled vacuum chamber with a worker placed in it (ghastkom and heater, measurement circuits and schemes for providing the necessary temperature mode The creation of the required temperature rendam in the chamber is provided by an inductor of a high-frequency generator GL-15 with a power of 10 kW, which, with a matched load, has a frequency of 720 kHz, the inductor made of red copper with coils insulated from each other, between the inductor and the radiation molybdenum heater a screen is placed in the cylindrical tube of Reed.The molybdenum radiation heater contains the cylindrical sample under study and a system of end screens. with the help of a lock nut, end molybdenum screens are placed at the top and bottom of the sample, which allows minimizing the end heat losses and ensuring one-dimensional realization about half of the temperature in the sample. Inside the three heaters, a sample is placed on the needles. Pyrometric channels are made in the center of the sample and along the radius. The transient temperatures are measured by photoelectric and photographic pyrometers z. However, the high-temperature device does not allow to investigate the thermophysical characteristics of sheet compository polymeric materials with which we have a wide encounter in practice. The purpose of the invention is to determine the thermal diffusivity of sheet composite materials of polymeric materials in a wide temperature range. The goal is achieved by the fact that in a device containing a water-cooled inductor with a heater made of electrically conductive material, side and end of the screen w placed in it, the heater is made of two bodies with fixing elements installed between them, for example, in the form of rings between which are placed inherited samples with thermocouples, mounted together with a heater and end shields a pressure device located in the upper base of the chamber. In this case, the locking elements have radial holes through which thermal decomposition products are removed from the heating zone, and the test conditions approach the operating conditions. Fixing elements, heater, side and end shields, inductor mounted on a ceramic plate, suspended from the upper base of the chamber. The drawing schematically shows the proposed device in. Section. Inside the device made of copper, there is a copper water-cooled inductor 1 mounted on a ceramic plate 2. Ceramic plate 2 is attached to the upper base of device 3 on four rods x 4. Inside inductor 1 on a ceramic plate 2 that has a center, Heat insulating ceramic screens 5 and 6. Heater 7 is made in the form of two identical solid cylindrical bodies of high-strength graphite. The heater should be made of electrically conductive material and should have a melting point above the required sample heating temperature of 200250 ° C. Four test flat samples 8 with thermocouples 9 rolled between them to a thickness of 0.05 mm are placed in the space between heater bodies, - {l approximation test conditions to the words of operation and for the exit of thermal decomposition products when heated between the test samples and heater bodies are symmetrically installed fixing elements 10, made from eramiki as rings diametromD 50 mm, a height of claim 4 mm with sixteen radial holes mm diameter. To reduce the temperature distorting effect of the locking elements 10 on the test specimens 8, contact is made along the contact line with a width of 0.2 mm. The locking element may be made in the form of a square, a triangle, a star, a spiral, as well as of a different shape, and must have radial holes for removal of thermal decomposition products from the heating zone. Sample 8 with thermocouples 9, the locking elements 10 and the body of the heater 7 are mounted on the bottom end screen 11, and the end screen 12 is mounted on top, which are fastened together with a clamping element 13 mounted in the upper base of the chamber. Thermocouples 9 are brought out through special holes in the upper base.
а дл обеспечени инертной среды в процессе испытаний в устройство подаетс аргон.and to provide an inert environment during the test, argon is fed to the device.
Устройство, предназначенное дл определени температуропроводности ли- s стовых композиционных полимерных материалов , работает следующим образом.A device for determining the thermal diffusivity of the composite polymeric materials, works as follows.
Водоохлаждаемый индуктор 1, питае- . мый от полупроводникового преобразовател высокой частоты ППЧ, мощностью 10 65 кВт и частотой 10 кГц, при включении последнего нагревает симметрично расположенные тела грас итового нагревател 7 по заданной программе. Автоматическа система программного на- 15 грева осуществл етс с помощью приборов РУ5-02М, РУ 4-16А и ГШР-4 путем изменени выходной мощности ППЧ (на 1ертеж не указаны). Нагреватель 7, излуча тепловую энергию, нагревает 20 обращенные к нагревательным телам повеохности испытуемых образцов 8 с заданной скоростью.Испытуемые образцы имеют форму круглых пластин толи иной до 2 мм и диаметром 50 мм. Из- 25 мерени в процессе эксперимента сводитс к определению времени запаздывани фронтов температур на сторонах образцов, обращенных к нагревателю, и в центре симметрии пакета. Дл это- 30 го используютс потенциометр Р-348 в комплекте с усилителем Ф-305.2 и переключателем направлени тока П-308, переключатель термопар ПТ и секундомер. Симметри нагрева контро- 35 лируетс электронным автоматическим потенциометром КСП-4, Выдел емые в процессе нагрева продукты термодеструкции попадают в пространство, ограниченное фиксирующими элементами 10, и удал ют-40 с из зоны нагрева через радиальные отверсти . Дл измерени температур до используютс хромель-алюмелевые термопары, дл диапазона температур до примен ютс вольфрам-рениевые 5 термопары.Water cooled inductor 1, feed-. Removing from a high frequency semiconductor converter, with a capacity of 10 65 kW and a frequency of 10 kHz, when the latter is turned on, it heats up the symmetrically located bodies of the gas heater 7 according to a predetermined program. The automatic system of program heating is carried out with the help of devices RU5-02M, RU 4-16А and ГШР-4 by changing the output power of the PChP (not indicated on the length of the drawing). The heater 7, emitting thermal energy, heats 20 the surfaces of the test samples 8 facing the heating bodies at a given speed. The test samples are in the form of round plates that are different to 2 mm and 50 mm in diameter. Measurement during the experiment is reduced to determining the time delay of the temperature fronts on the sides of the samples facing the heater and in the center of symmetry of the packet. For this purpose, the P-348 potentiometer is used in combination with the F-305.2 amplifier and the P-308 current direction switch, the PT thermocouple switch, and the stopwatch. The heating symmetry is controlled by an electronic automatic potentiometer KSP-4. The thermal decomposition products released during the heating process enter the space bounded by the locking elements 10 and are removed from the heating zone through radial holes for 40 s. For measuring temperatures up to using chromel-alumel thermocouples, for the temperature range up to using tungsten-rhenium 5 thermocouples.
Таким образом, установка позвол ет исследовать температуропроводность компенсационных полимерных материалов в диапазоне температур до прискрост х нагрева до 80 град/с на образцах из листовых материалов, с которыми приходитс широко встречатьс не практике.Thus, the installation allows one to investigate the thermal diffusivity of compensating polymeric materials in the temperature range up to heating gradients of up to 80 degrees / s on samples from sheet materials with which it is not widely practiced.