Пристрій для визначення теплопровідності зразка матеріалу

1. Пристрій для визначення теплопровідності зразка матеріалу, що містить піч опору, канал для встановлення зразка, нагрівальний та охолоджувальний блоки, термопари для вимірювання температури зразка матеріалу і температури води на вході й виході охолоджувального блока, які під'єднані до пірометричних мілівольтметрів, радіаційний екран, який оточує зразок матеріалу і з'єднує нагрівальний та охолоджувальний блоки, який відрізняється тим, що пристрій має замкнену систему охолодження, приєднану до входу й виходу охолоджувального блока, автоматичний регулятор температури зразка матеріалу, а канал для установлення зразка матеріалу розташований горизонтально. 2. Пристрій за п.1, який відрізняється тим, що нагрівальний блок виготовлений з алюмінію. Корисна модель відноситься до галузі приладів для вивчення фізичних властивостей матеріалів і конкретно стосується конструкції приладу для визначення теплопровідності матеріалів при кімнатній і підвищеній температурах. Відома конструкція приладу для визначення теплопровідності зразка (Физические свойства металлов и сплавов. Справочник /Металловедение и термическая обработка стали /Под ред. М.Л.Бернштейна, А.Г. Рахштадта .-М.: Металлургия, 1983.- Т.1. -С.283-284), що складається з нагрівача, розташованого всередині зразка. Холодний кінець зразка занурений у ванну, що охолоджується рідиною з постійною температурою. Дві термопари розташовані в отворах а і в. Для зниження радіаційних втрат тепла служить радіаційний екран. Кількість тепла, що проходить крізь зразок, визначається кількістю електричної енергії, необхідної для нагрівання зразка. Недоліки цього приладу полягають у тому, що важко врахувати втрати тепла на випромінювання з поверхні зразка, що знижує точність визначення теплопровідності. Крім того, рівень рідини, що охолоджує зразок, повинен бути постійним, що потребує додаткових пристроїв. Прилад повинен бути встановлений на спеціальному стенді, що гасить вібрації, щоб запобігти попаданню охоло джуювальної рідини на робочий спай нижньої термопари. Прототипом вибрана відома конструкція пристрою (Металловедение и термическая обработка стали. Справочник/Под ред. М.Л.Бернштейна, А.Г. Рахштадта.- М.: Металлургия, 1983.- Т.1. -С.283284), яка ґрунтується на визначенні теплопровідності стаціонарним методом з подовжнім потоком тепла. Зразок нижнім кінцем угвинчено в мідний блок, який нагрівається за допомогою муфельної електропечі. Верхній кінець зразка угвинчено в мідний блок, що охолоджується водою. За витратою води і різницею температури на вході і виході блока, що фіксується термопарами, можна визначити кількість тепла, що проходить крізь зразок. Розподіл температур по довжині зразка фіксується іншими термопарами. Для зниження радіаційних витрат прилад має трубчастий захисний екран. Температура вздовж екрану розподіляється, як і по зразку тому, що знизу екран контактує з нагрівальним блоком, а зверху охолоджується водою до тієї ж температури, що і охолоджувальний блок. Прототип має такі недоліки. 1. Вертикальне розташування зразка призводить до виникнення конвективних теплових потоків, спрямованих знизу вверх, що знижує точність визначення теплопровідності. О) CM 4291 2. Проточна система охолодження потребує значної кількості дистильованої води. 3. У приладі відсутня система автоматичного регулювання температури зразка, що негативно впливає на точність вимірювання теплопровідності при заданій температурі. 4. Мідний блок, який нагріває зразок, інтенсивно окислюється при температурі вище 150°С, що приводить до порушення теплового контакту між цим блоком і зразком. В основу корисної моделі поставлено завдання розроблення пристрою для визначення теплопровідності стаціонарним методом з підвищеною точністю вимірювання. Вирішення цього завдання досягається тим, що пристрій для визначення теплопровідності зразка матеріалу, що містить піч опору, канал для установлення зразка, нагрівальний та охолоджувальний блоки, термопари для вимірювання температури зразка матеріалу і температури води на вході і виході охолоджувального блока, які підведені до пірометричних мілівольтметрів, радіаційний екран, який оточує зразок матеріалу і з'єднує нагрівальний та охолоджувальний блоки, який відзначається тим, що пристрій має замкнену систему охолодження, приєднану до входу й виходу охолоджувального блока, автоматичний регулятор температури зразка матеріалу і канал для установлення зразка матеріалу, розташований горизонтально. Пристрій за п.1, який відзначається тим, що нагрівальний блок виготовлений з алюмінію. Нагрівальний блок виготовлений з алюмінію, що дозволяє визначити теплопровідність зразків матеріалів при підвищених температурах до 400°С. Горизонтальний канал для установлення зразка забезпечує відсутність конвективних потоків повітря уздовж зразка і виключає зміну температури зразка за рахунок цих потоків, що підвищує точність визначення теплопровідності. Замкнена система охолодження суттєво знижує витрати дистильованої води, крім того, при використанні такої системи відносно легко підтримувати постійну температуру охолоджувального блоку, що, в свою чергу, підвищує точність визначення теплопровідності. Автоматичний регулятор температури дозволяє підвищити точність вимірювання температури зразка матеріалу при заданій температурі. Виготовлений з алюмінію нагрівальний блок дозволяє порівняно з мідним значно (зі 150°С до 400°С) підвищити температуру зразка матеріалу при визначенні теплопровідності. Сукупність виготовленого з алюмінію нагрівального блока, горизонтального каналу для установлення зразка матеріалів, замкненої системи охолодження і автоматичного регулятора температури зразка матеріалу дозволяє суттєво підвищити точність вимірювання теплопровідності зразка матеріалу. Отже, у технічному рішенні, що заявляється, нові технічні ознаки при взаємодії з відомими дають новий технічний результат, що дозволяє вирішити поставлене завдання. Таким чином, у порівнянні з прототипом пропоноване технічне рішення містить вищевказані істотні відмінні ознаки і, отже, відповідає вимозі „новизна" та призводить до нових технічних результатів. Запропонований пристрій (дивись Фіг.) складається з печі опору 1, що має горизонтальний канал, в якому розташовано виготовлений з алюмінію нагрівальний блок 2, що має різьбу для установлення зразка матеріалу 3. Другий кінець зразка матеріалу з'єднується з охолоджувальним блоком 4. Термопари 5 і 6 фіксують температуру на вході і виході цього блока. Термопари 5 і 6 з'єднані з електронним цифровим пірометричним мілівольтметром 7. Термопари 8, 9, 10 фіксують температуру зразка матеріалу по довжині і з'єднані з електронними цифровими пірометричними мілівольтметрами 11, 12, 13. Автоматичний регулятор температури 14 призначений для підтримування температури зразка 3 на заданому рівні. Радіаційний екран 15 одним кінцем з'єднується з нагрівальним блоком 2, а другим - з охолоджувальним кільцем 16. Система охолодження складається з резервуара 17, відцентрованої помпи 18, вимірювального циліндра 19, вентиля 20, радіатора 21 і вентилятора 22. Робота запропонованого пристрою здійснюється таким чином. Зразок 3 угвинчують одним кінцем в алюмінієвий нагрівальний блок 2, розташований у горизонтальному каналі печі опору, а другим - у охолоджувальний блок 4. Блок 2 нагрівається і нагріває зразок матеріалу 3. Термопари 8, 9, 10 спільно з відповідними електронними цифровими пірометричними мілівольтметрами 11, 12, 13 вимірюють температуру по довжині зразка матеріалу на певних відстанях, що необхідно для визначення теплопровідності. Термопара 9, яка фіксує середню температуру зразка, під'єднана до автоматичного регулятора температури 14. При перевищенні заданої температури автоматичний регулятор 14 вимикає піч опору, при температурі, нижчій за задану - вмикає піч опору, підтримуючи середню температуру на заданому рівні. Охолоджуючий блок 4 під'єднаний до замкненої системи охолодження. З резервуара 17 відцентрова помпа 18 подає охолоджувальну рідину на вхід охолоджувального блока 4 і вхід охолоджувального кільця 16. З охолоджувального кільця 16 охолоджувальна рідина подається крізь радіатор 21, що охолоджується повітрям за допомогою вентилятора 22, у резервуар 17. З виходу охолоджувального блока 4 охолоджувальна рідина подається у вимірювальний циліндр 19, який з'єднується з радіатором 21 за допомогою вентиля 20. Коли цей вентиль закрито, охолоджувальна рідина накопичується у мірному циліндрі 19, що дозволяє визначити витрати охолоджувальної рідини. Температура на вході і виході охолоджувального блока 4 фіксується відповідно термопарами 5 і 6, з'єднаними з електронним цифровим пірометричним мілівольтметром 7. За різницею температур охолоджувальної рідини на виході і вході охолоджувального блока 4 і витратою цієї рідини розраховується кількість теплоти Q, що пройшла крізь зразок матеріалу 3. Це 4291 необхідно для визначення теплопровідності А, за формулою х= QL SO1-T2) де Q - кількість теплоти; S - площина пересічення зразка матеріалу, Комп'ютерна верстка Л Литвиненко Т-і-Тг - різниця температур по довжині зразка на відстані L Виходячи з вищевикладеного, можна зробити висновок, що пропоноване технічне рішення задовольняє критерію "промислова застосованість". Підписне Тираж 37 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул Урицького, 45, м Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Глазунова, 1, м Київ-42, 01601