Установка для вимірювання питомого електричного опору вуглецевих матеріалів при високих температурах

Реферат: Установка для вимірювання питомого електричного опору вуглецевих матеріалів при високих температурах складається з нагрівника у вигляді спіралі на порожнистому циліндрі та графітових електродів, оточених відповідно торцевою та радіальною теплоізоляцією. Між графітовим електродом та струмопідводом з обох сторін установки встановлені додаткові нагрівники з карбіду кремнію. UA 93166 U (12) UA 93166 U UA 93166 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області вимірювальної техніки і може бути використана для вимірювання питомого електричного опору зернистого та порошкового вуглецевого матеріалу. Відома установка для вимірювання питомого електричного опору описана в ГОСТ 4668-75 ''Метод измерения удельного электрического сопротивления порошка" [1] і являє собою установку УЭСП-1, виготовлену по кресленнях Державного науково-дослідного інституту електродної промисловості (ДержНДІЕП), що складається з важільно-гвинтового преса, який забезпечує тиск (5,88±0,03) МІІа. Дійсний стандарт поширюється па кам'яновугільні, нафтові, пековий і сланцевий кокси, антрацит, термоантрацит і штучний графіт і дозволяє вимірювати -5 -1 питомі електричні опори в інтервалі 10 -10 Ом-м. Установка дозволяє вимірювати питомий електричний опір по падінню напруги на ділянці стовпчика вуглецевого матеріалу із розмірами зерен 0,315-0,400 мм, розміщеного у матриці між двома пуансонами під тиском при проходженні постійного струму. Недоліками відомої установки є обмеження дослідів по гранулометричному складу (тільки для порошків) та відсутність можливості вимірювання у високотемпературному діапазоні. Також відома установка для вимірювання питомого електричного опору зернистих та порошкових вуглецевих матеріалів, розроблена Лутковим А.Ι. [2], яка відрізняється тим, що дозволяє проводити вимірювання в інтервалі температур 30-2500 °C. Для здійснення вимірювань питомого електричного опору при високих температурах використовуються графітові струмопідводи, що затискають матеріал в порожнистому циліндрі із нітриту бору. Циліндр з досліджуваним матеріалом розміщується у вакуумній водоохолоджуваній камері. Досліджуваний матеріал нагрівається пропущеним через нього змінним струмом. Для забезпечення задовільного контакту між частинками вуглецевих матеріалів створюється тиск 5 кПа за допомогою вольфрамових вантажів, установлюваних на заплечиках верхнього графітового електрода. Падіння напруги вимірюється на робочій ділянці, для чого в циліндрі, виготовленому із нітриду бору, просвердлені радіальні отвори, в які вводяться зонди із піролітичного графіту, що має високу міцність та електропровідність. Недоліком запропонованої Лутковим А.І. установки є значна втрата теплоти через бічні стінки порожнистого циліндра, що спричиняють значні перепади температури по об'єму засипки та збільшення похибки вимірювання питомого електричного опору, а також складність конструкції через використання вакуумної водоохолоджуваної камери. Найбільш близьким аналогом є установка для вимірювання питомого електричного опору вуглецевих матеріалів при високих температурах [3], що містить порожнистий циліндр, у якому досліджуваний матеріал затиснутий за допомогою графітових електродів зверху та знизу з необхідним зусиллям, встановлені потенціальні виводи, засоби для вимірювання температури у центрі та на бічній поверхні матеріалу, а також на порожнистому циліндрі розміщений нагрівник у вигляді спіралі, електроди та спіральний нагрівник оточені відповідно торцевою та радіальною теплоізоляцією. Недоліком розглянутої установки є виникнення нерівномірного температурного поля по осі установки, що призводить до отримання результатів з похибкою віднесення 5 % по широкому діапазону температур питомої електропровідності (Фіг. 2а). В основу корисної моделі поставлена задача зменшення похибки та підвищення точності вимірювання питомого електричного опору вуглецевих матеріалів в діапазоні температур 201000 °C за рахунок використання допоміжного нагрівника в торцях вимірювальної комірки. Поставлена задача вирішується тим, що в установці для вимірювання питомого електричного опору вуглецевих матеріалів, що складається з нагрівника у вигляді спіралі на порожнистому циліндрі та графітових електродів, оточених відповідно торцевою та радіальною теплоізоляцією, згідно з корисною моделлю, додатково між графітовим електродом та струмопідводом з обох сторін установки встановлені додаткові нагрівники з карбіду кремнію. -2 Особливістю карбіду кремнію є високий питомий електричний опір (р=6-10 Ом-м), що на порядок перевищує питомий електричний опір використовуваних в установці графітових електродів. Також цей матеріал мас високу теплопровідність, що дає змогу створити рівномірне температурне поле в досліджуваній комірці установки. Карбід кремнію дає можливість виготовляти нагрівники потрібних форм та властивостей і використовувати його до температур 1250 °C в контакті з вуглевмісними матеріалами. Використання додаткового нагрівника з карбіду кремнію дає змогу досягти поставленої задачі підвищення точності та зменшення похибки вимірювання питомого електричного опору вуглецевих матеріалів в діапазоні температур 201000 °C. Суть корисної моделі пояснюється схемою установки (Фіг. 1) для визначення питомого електричного опору зернистих та порошкових вуглецевих матеріалів. Установка має циліндричну форму. Підведення електричного струму до досліджуваного матеріалу 3 здійснюється за допомогою графітових електродів 1, на межі контакту яких з 1 UA 93166 U 5 струмопідводом розміщені додаткові нагрівники з карбіду кремнію 2. Досліджуваний матеріал 3, який затиснутий з певним зусиллям F, розміщується в керамічній трубі 4, на якій розміщений спіральний нагрівник 7, що дозволяє досягти необхідного температурного рівня в об'ємі досліджуваного матеріалу. Графітові електроди 1 та спіральний нагрівник 7 оточені теплоізоляцією 6 для зменшення теплових втрат. Вимірювання температури здійснюється за допомогою встановлених всередині досліджуваної комірки термопар 5. Установка працює наступним чином. Вимірювання питомого електричного опору    10 полягає в пропусканні змінного струму I через підпресований вуглецевий матеріал, вимірюванні падіння напруги U на ділянці фіксованої довжини  із площею поперечного перерізу S і обчисленні  по відомій формулі, що випливає із закону Ома:  t   15 20 U t  S .  I  Оскільки питомий електричний опір є функцією від температури, то з наведеної формули визначається його середнє значення в наявному діапазоні температур. Використання карбіду кремнію дозволяє встановити додатковий нагрівник в торцях вимірювальної комірки, що призводить до зменшення нерівномірності температурного поля і підвищення точності вимірювань за рахунок зменшення похибки віднесення на 20 % (Фіг. 2). Розроблена схема установки дозволяє визначати питомий електричний опір вуглецевих матеріалів залежно від температури, тиску і гранулометричного складу. Джерела інформації: 1. ГОСТ 4668-75 "Методы измерения удельного электрического сопротивления порошка". 2. Лутков А.И. Тепловые и электрические свойства углеродных материалов. - М: Металлургия, 1990. - С. 95-96. 3. Пат. № 73401 Україна, МПК G01R 27/02. Установка для вимірювання питомого електричного опору вуглецевих матеріалів при високих температурах. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Установка для вимірювання питомого електричного опору вуглецевих матеріалів при високих температурах, що складається з нагрівника у вигляді спіралі на порожнистому циліндрі та графітових електродів, оточених відповідно торцевою та радіальною теплоізоляцією, яка відрізняється тим, що між графітовим електродом та струмопідводом з обох сторін установки встановлені додаткові нагрівники з карбіду кремнію. 2 UA 93166 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3