SU911275A1

SU911275A1 - Device for determination of material thermal physical characteristics

Info

Publication number: SU911275A1
Application number: SU802930112A
Authority: SU
Inventors: Леонид Васильевич Декуша; Владимир Гаврилович Федоров; Татьяна Георгиевна Грищенко; Олег Аркадьевич Геращенко; Александр Григорьевич Мазуренко; Владлен Николаевич Пахомов; Вячеслав Иванович Шаповалов
Original assignee: Институт технической теплофизики АН УССР
Priority date: 1980-06-12
Filing date: 1980-06-12
Publication date: 1982-03-07

Description

левого потока, проход щего через эталон и исследуемый образец, будет пр мо пропорционально отношению теплопроводностей эталона и образца, что позволит расширить теплопроводность образца по формуле 2.the left stream passing through the standard and the sample under study will be directly proportional to the ratio of the thermal conductivities of the standard and the sample, which will allow the thermal conductivity of the sample to be extended by formula 2.

Однако при таком принципе установки тепломеров нулевых сигналов, они будут генерир0вать.термоэдс равную нулю только в случае равенства теплопроводноетк образца и эталона, что делает это устройство малоприГОДНШ4 к использованию,However, with such a principle of installation of heat meters of zero signals, they will generate a zero-thermal emf equal to zero only if the heat-conducting wire of the sample and the reference is equal, which makes this device not very useful for use,

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс устройство дл определени теплофизических свойств материалов, содержшцее две термостатируелие камеры, ita плоских поверхност х которыгЕ установлены .тепломеры с размешенными на их поверхност х датчйкаиш температуры , механизм перёкющени и установки термостатируемых кймер, и измерительную схему. Дл определени теплопроводности и теплоемкости исследуемый образец устанавливают ежду двум тепломерами, требуемкй температурный перепад на бразце и в стационарном режиме, по измеренным пло.тности теплового потока и перепаде температур на образце определ ют его теплопроводность,, посла этого измен ют уровень термостатировани в обеих камерах и по суммарному количеству тепла, измеенному тепломерами в переходном режиме до наступлени следуквдего стационарного СОСТОЯНИЙ а также по изенению средне- объемной температуры образца определ ют теплоемкостьThe closest to the proposed technical entity is a device for determining the thermophysical properties of materials, containing two thermostatic chambers, ita flat surfaces that are installed. Heat meters with temperature gauges placed on their surfaces, a mechanism for overlapping thermostatted temperature gauges, and a measuring circuit. To determine the thermal conductivity and heat capacity, the sample under study is set between two heat meters, the required temperature difference in the sample and in stationary mode, measured by the measured heat flux and temperature differences on the sample, its thermal conductivity, after this, changes the temperature level in both chambers and according to the total amount of heat measured by heat meters in the transitional regime before the onset of a followup of a stationary state and also on the change in the average volume temperature of the sample thinned out specific heat

3.3

Недостатками этого устройства вл ютс низка точность (теплопроводность в пределах 3 - 4 % теплоемкость в пределах 5 - 7 %),обусовленна необходимостью в измерении алых изменений температу) р пространстве и во времени, а также конечной толщиной тепломера (тепломер измер ет в переходном процессе среднеинте ральную по его тoJHItинe плотность теплового потока), что вызывает необходимость проведени большого числа тарировочных опытов дл пределени посто нных прибора.The disadvantages of this device are low accuracy (thermal conductivity within 3–4% heat capacity within 5–7%), due to the need to measure scarlet temperature changes) space and time, as well as the final thickness of the heat meter (heat meter measures in the transition process the average is the integrated flux density of the heat flux), which makes it necessary to carry out a large number of calibration experiments in order to limit the constant instrument.

Цель изобретени повышение точности определени теплофизических характеристик.The purpose of the invention is improving the accuracy of determining thermophysical characteristics.

поставленна цель.достигаетс что в устройстве дл определени хеплофизических характеристик материалов, содержащем две термос аэ;ируемые камеры, установленные на них тепломеры с датчиками температуры/ и измерительную схему, между тепломерами размещен плоский источник регулируемой мощности, на по- .- верхиости которого расположены дополнительные тепломеры, идентичные первым, и образующие с ними рабочую и эталонную измерительные чейки, причем тепломеры рабочей чейки снабжены одинаковыми по.толщине и массе температуровыравнивающиМи пластинами из листового металла, а тепломеры эталонной чейки соединены между собой через дополнительную пластину с встроенным в нее датчиком температуры , при этом дополнительной Пластины равна суммарной массе температуровыравнивающих пластин рабочей чейки.The goal set. It is achieved that in the device for determining the chemical characteristics of materials containing two thermos tanks, the cameras being installed, their heat meters with temperature sensors and measuring circuit, between the heat meters are placed a flat source of adjustable power, on the top of which are additional heat meters, identical to the first, and forming with them the working and reference measuring cells, and the heat meters of the working cell are equipped with the same thickness and weight and equalize They are sheet metal plates, and the heat meters of the reference cell are interconnected via an additional plate with a temperature sensor embedded in it, with the additional Plate being equal to the total mass of the temperature-equalizing plates of the working cell.

На фиг. 1 изображена конструктивна схема измерительной головки устройства; на фиг. 2 - схема монтажа огрйничительного кольца при исследовании теплофизических характериртйк жидкостей.FIG. 1 shows a structural diagram of the measuring head of the device; in fig. 2 is a scheme for mounting a limiting ring in the study of thermal characteristics of liquids.

Измерительна голОвка уЬтройСТВа (фиг. 1) содержит тепломеры 1-4, выполненные с одинаковой чувс ййтельност-ью , равной толщиной и теплог физическими характеристиками, рас положеннь«е между двум термостатйруёмыми камерами & и 6, и разделенное на две измерительные чейки - равочу и эталонную - плоским источником 7 регулируемой мощности (например, плеНОЧН1Ф1 электронагревателем) . Мееду тепломерами I и 2 закреплена дополнительна пластина 8 с вмонтированны в нее датчиком 9 температуЕ«л, исйОльзуемым дл определени темпёрат: грь отношени получаемых результатов. На поверхности тепломеров 3 и 4 установлены температуровыравниванедие пластины 10, снабженные датчиками 11 температуры, исполь зуёмыми дл опре делени теилопрОводности исследуе «ог образца 12 абсолютным методом, рИ чем твАФПературовьфавиивающие пластины 8 и 10 выполнены из одного метгшла с одинаковой теплоемкостью и теплопроводностью , а суммарна масса пластин 10 равна масбе пластины 8. Дл снижени вли ни внешних на работу устройства снабжено охранными муфтами 13, контактирующими с боковыми поверхност ми тер. - мостатир уемых камер 5 И б и подвижно с ними соединенн л и. .The measuring head of the device (Fig. 1) contains heat meters 1-4, made with the same sensibility equal to the thickness and heat log physical characteristics, located between the two thermostatic cameras & and 6, and divided into two measuring cells — RABOCH and reference — with a flat source 7 of adjustable power (for example, an electric heater). To heat meters, heat meters I and 2 are fixed with an additional plate 8 with a temperature sensor of 9 l installed in it, which is used to determine the temperature: the ratio of the results obtained. On the surface of heat meters 3 and 4, there are installed temperature-equalized plates 10, equipped with temperature sensors 11, which are used to determine the mechanical conductivity, to study the sample angle 12 using the absolute method, and the combination of thermal fluids 8 and 10 are made of a single meter with the same heat capacity and thermal conductivity. plates 10 is equal to the plate masb 8. To reduce the influence of external devices on the operation of the device, they are provided with safety clutches 13 in contact with the lateral surfaces of the surfaces. - The bridge chambers 5 And b and movably connected to them and. .

U- ;. I Когда требуетс определ ть теплоФизические характеристики жидкости, между тепломерами 3 и 4 (фиг. 2) устаиавливают ограничительное кольцо 14, е известными геометрическими размерами и теплофизическими характеристиками , снабженное капилл рами 15 дл ввода вещества в чейку и удалени газов, а также компенсации теплового рас&шрени исследуемого вещества.U-; I When it is necessary to determine the thermophysical characteristics of a fluid, between the calorimeters 3 and 4 (Fig. 2) a restrictive ring 14, with known geometrical dimensions and thermophysical characteristics, equipped with capillaries 15 for introducing the substance into the cell and removing gases, as well as compensating for thermal expansion &; Shreni of the test substance.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Устройство позвол ет определ ть теплофизические характеристики как абсолютным методом, так и методом теплового моста. . При определении теплофизических характеристик методом теплового моста исследуемый образец 12 размещают . между тепломерами 3 и 4. В тер лоста г руемых. камерах 5 и б поддерживают равные температуры, а источником 7 регулируемой мощиости задают требуемый Уровень теплового потока, прок зыаающвго оОразён 12. В стационарном тёплр6 режиме сигналы теп смеров 1 и 4 илн тепломеров 2 и 3 и по их величинам {рассчитывают теплопроводность обраэца lit. Дй у ве 1певи чувствительности теш1рие| i и 2/- а тепломеры 3 и 4 МОгут Oiutb соединены попарно адйНтив- но. Температуру Отйсчйенн полу ейнОго рейульэгдта измер ют датЧйкш 9 y&iinepeay -t-, ./ . ,:-. . V, 1еЙ«чйну кО9 Й йциен1а1 terijiOiiijO вО йойти исследуемого oepaatja 12 оп{ ё влЯ1&т fto формуле: :; / . - . - fR (G; - 1) ;.. или.-.,;; ,;.; , : / . ., - ... :;У:;Л- .-$-;Е -уе :-.в),:; : ЛоЛученнЁШй из решени систеьш ураВНеНЙЙГ- - ,.-./, ./ ., .,.. .. : . . ,--.;;: , щ -. ; ;. . ,.; ,;, ut |х м QM ,, ; К i ., -.; - - . - теплопроводность, h- ол: . здина и f - плс дадь исследуемОго об;разцаг R - cy Ф apнOe тб 1ическое сопротивление иепи сос-го ВДей из двух тешгомёров 1 и 2, дополнительной ластйны В и чэсти нагревател (или из двух тепл иеров 3 . и 4, пластин 10 и части на ..: , :., гревател ) ;- . . ,, . .-.. ; О. и Q, тепловые потоки, измеренные , тепломерало 1 и 4; К| ив;- рабоч Ий коэффициент и термо эдс тепл теров () г Дг - tiepenafl температур между поверхностью камео 5 ил 6 и иэотер1мической поверхностью нагревател 7, и которой расположен тепловыдёл юидай элемент; А и В - посто нные устройства, оп редел ёмые экспериментально в опытах с эталонньМи обраэ цами. . . ; Дл определени теплоемкости теплокамеры попарно (1 и 2, 3 и 4) включают встречно по электрическому току и подключают к приборам, регист рируюцим изменение сигналов во времени . В камерах 5 и 6 измен ют температуру термостатирующей жидкости (обычно на 0,5 - 5 К) и регистрируют во времени изменени сигналов тепломеров до моЛеата выхода на новый стационарный режим. D наступлении стационарного режима суд т по равенству сигналов тепломеров нулю. Величину теплоемкости определ ют по уравнению:; Л0ъ-04 rcQ4-Q)at ь - Гк р 1 / te.e,)at-l полученнкми из решени системы уравнений: ( )(V):(( . .:- ..;.... C-W,j,(fH-f bf|Q2-,W ; (61 ,К . . где С и m - теплоемкость и масса исследуемого образца; Тц и T - начальна и конечна ; среднеобъемна температура , измеренна датч;иком 9 температуры в моменты времени tj, и /CK ; Срр и т„ - величина, пр мо пропорциональна аккумулирхтмцей способности измерительных ,. .. ; чеек; , ;;,... , ., D и Е - посто нна прибора, определ ема в опатах с эталонными образца: . , , . МИ. ,,.. , . , Методика измерений упрощаетс , а точность повьаааетс , если тепломеры подключить к интеграторам. При измерении теплофизических характеристик абсолютным методом методика определени отличаетс тем, что тепломегм рабочей чейки включают дифференциально с тепломерами эталонной. Из анализа формул (1) и (2), а тдкже {4) и (5) следует, что дл Определени теплофизических характеристик не требуетс измерени изменений те 01ератур в пространстве и во времени, что позвол ет повысить точность измерений теплопроводности в пределах 1,0 - 1,5 % и теплоемкости в пределах 1,2-2%. Устройство позвол ет сократить врем проведени эксперимента в 1,5 2 раза, что дает возможность использовать его дл экспресс- анализа теплофизических характеристик.The device allows determining the thermophysical characteristics of both the absolute method and the thermal bridge method. . When determining the thermophysical characteristics by the thermal bridge method, the sample 12 is placed. between heat meters 3 and 4. In a thermal lobe it is controlled. chambers 5 and b maintain equal temperatures, and source 7 of adjustable power sets the required level of heat flow, which is exactly 12. In stationary heat mode, signals of heat meters 1 and 4 or heat meters 2 and 3 and their values {calculate the thermal conductivity of the sample lit. Do you have sensitivity sensitivity tes1 | i and 2 / - and heat meters 3 and 4 MAYBE Oiutb are connected in pairs adivatno. The temperature of the half-reyulyegdt Otischjenn is measured by a distance of 9 y & iinepeay -t-, ./. ,: -. . V, 1st YEAR OF THE COO9 THAHIEN1A1 terijiOiiijO INTO THE STUDY OEPAATJA 12 OUT {iVAIN1 & t fto formula:; /. -. - fR (G; - 1); .. or .-., ;; ;;; ,: /. ., - ...:; Y:; L- .- $ -; E-yea: -. C),:; : The best of the solution of the system URAVNENEYG- -, .-. /, ./.,., .. ..::. . , -. ;;:, u -. ; ;. . ;. ,;, ut | xm qm ,,; K i., -; - -. - thermal conductivity, h-ol:. zdina and f - pls are the test of the issue; Razy is R - cyF apnOe tb 1 resistivity iepi sosy vDy from two teshgomers 1 and 2, additional plate B and cesty heater (or from two heating elements 3 and 4, plates 10 and parts on ..:,:., warmer); -. . ,,. .- ..; O. and Q, heat fluxes measured, heat meter 1 and 4; K | - working coefficient and thermo emf of heat () g Dg - tiepenafl of temperature between the surface of cameo 5 or 6 and the thermoelectric surface of heater 7, and which is the heat output element; A and B are permanent devices determined experimentally in experiments with standard samples. . . ; To determine the heat capacity, the heat chambers in pairs (1 and 2, 3, and 4) are switched in opposite directions on the electric current and connected to the instruments, registering the change of signals with time. In chambers 5 and 6, the temperature of the thermostatic liquid is changed (usually by 0.5–5 K) and the changes in heat meter signals are recorded over time until the temperature reaches a new stationary mode. D the onset of stationary mode is judged by the equality of the signals of heat meters to zero. The heat capacity is determined by the equation :; L0b-04 rcQ4-Q) at b - Gk p 1 / te.e,) at-l obtained from solving the system of equations: () (V): ((.. - ..; .... CW, j , (fH-f bf | Q2-, W; (61, K., where C and m are the heat capacity and mass of the sample under study; TC and T are the initial and final; mean volume temperature measured by the sensor; temperature 9 at time points tj , and / CK; Срр and t „is the value directly proportional to the accumulator measuring ability, ...;; cells;, ;;, ...,., D and Е - constant of the device, defined in opates with reference samples :.,,. MI. ,, ..,., The measurement procedure is simplified, and the accuracy is reversed if the heat meter connect to integrators.When measuring thermophysical characteristics by the absolute method, the method of determination differs in that the heat grades of the working cell include differentially with the reference heat meters. From the analysis of formulas (1) and (2), and tdkzhe {4) and (5) it follows that thermophysical characteristics do not require measurement of changes in temperature in time and space, which allows to increase the accuracy of measurements of thermal conductivity in the range of 1.0-1.5% and heat capacity in the range of 1.2-2%. The device makes it possible to shorten the time of the experiment by 1.5–2 times, which makes it possible to use it for the express analysis of thermophysical characteristics.

Claims

1. USSR Author's Certificate No. 262439, cl. G 01 N 25/18, 1963.

2. USSR author's certificate number 542954, cl. G 01 N 25/18, 1973.

3. Authors certificate of the USSR 347643, cl. G 01 N 25/18, 1970 (prototype).

AWiVA W WAVAViViViVViViW

5 bTAVAVAVAViViViViViViVA

-V

lAHLLLLLLLLLLADA1Ul

aTAftfA ViVAVAViVAVAViViVu S

ji: bJ