RO104797B1 - Cell (element) for measuring thermal conductivity - Google Patents

Abstract

Celula permite măsurarea conductivității termice, a materialelor metalice, ceramice și compozite omogene, în stare solidă, sub formă de bară cilindrică, într-un domeniu de temperatura cuprins între -269 și + 1O0°C. Este caracterizată printr-o incintă termostatată, în care se află plasate doua încăzitoare electrice, împreună cu senzorii de măsura ai temperaturii și cu proba supusă măsurătorii. Celula este bazată pe metoda absolută de măsură, determinându-se gradientul termic pe capetele probei și puterea electrică, absorbită, pentru obținerea gradientului termic în condiți: de staționaritate.The cell allows to measure the thermal conductivity, of metallic, ceramic and composite materials homogeneous, in solid state, in the form of a bar cylindrical, within a temperature range between -269 and + 1O0 ° C. It is characterized by a thermostatic enclosure, in which two are placed electric heaters, along with electric sensors the measurement of the temperature and with the test subject the measurement. The cell is based on the absolute method of measure, determining the thermal gradient on the ends sample and electrical power, absorbed, for obtaining the thermal gradient under conditions: de stationary.

Description

Invenția se referă la o celulă de măsură a conductivității termice a materialelor metalice, ceramice și compozite omogene m stare solidă, in domeniul de temperatură - 269-+100°C. 5The invention relates to a cell for measuring the thermal conductivity of homogeneous metallic, ceramic and composite materials in the temperature range - 269- + 100 ° C. 5

In scopul măsurării conductivității termice, este cunoscut un aparat de măsură, care cuprinde o incintă calorifugă, în care este dispusă o plachetă încălzitoare, montată pe un suport și 10 destinată a primi eșantionul de studiat, care prezintă fețe paralele, aparatul comportând, în plus, o plachetă amovibilă, răcitoare și un sistem de strângere, reglabil, care permite menținerea eșan- 15 tionului de măsurat strâns între cele două plachete.For the purpose of measuring the thermal conductivity, a measuring device is known, which comprises a heating chamber, in which a heating plate is mounted, mounted on a support and 10 for receiving the study sample, which has parallel faces, the apparatus comprising, in addition, , a removable, cooling pad and an adjustable clamping system that allows the sample to be measured tightly between the two pads.

Deazavantajul în această soluție tehnică este faptul că, datorită construcției, eroarea de măsură este mare, necesitând 20 probe de dimensiuni relativ mari: nu poate fi folosită decât la temperaturi peste aceea a mediului ambiant și nu se pretează decât la măsurarea substanțelor bune conducătoare termic, ne- 25 cesitând. în plus, și utilizarea unui lichid de răcire.The disadvantage in this technical solution is that, due to the construction, the measurement error is large, requiring 20 relatively large samples: it can only be used at temperatures above that of the environment and is suitable only for measuring good thermal conductive substances, not ceasing. in addition, the use of a coolant.

Este, de asemenea, cunoscut un dispozitiv de măsurare a conductivității termice a materialelor ceramice, iradiate. 30 ca funcție de temperatură și de gradul de iradiere cu neutroni. Dezavantajul în această soluție tehnică este utilizarea acesteia la temperaturi mai mari decât ale mediului ambiant construcție corn- 35 plicata, realizarea unor eșantioane speciale, montură dificilă a senzorilor termici.A device for measuring the thermal conductivity of irradiated ceramic materials is also known. 30 as a function of temperature and the degree of neutron irradiation. The disadvantage in this technical solution is its use at temperatures higher than the ambient environment of the cornice construction, making special samples, difficult mounting of the thermal sensors.

Se mai cunoaște, de asemenea, un dispozitiv de măsurare a conductivități] 40 termice, format în principal, dintr-o incintă termică vidată, care se închide cu o placă pe care se dispune un încălzitor, pe un a! doilea încălzitor fiind fixate niște tije radiare cu un capac. 45Also known is a device for measuring conductivity] 40 thermal, consisting mainly of a vacuum thermal enclosure, which closes with a plate on which a heater is disposed, on an a! the second heater being fixed radiating rods with a lid. 45

Acest dispozitiv prezintă dezavantajul câ nu permite obținerea unor cuplaje variabile pentru proba de studiat.This device has the disadvantage of not allowing to obtain variable couplings for the sample to be studied.

Scopul pezentei invenții constă în mărirea preciziei la determinarea con- , 50 ductivității termice a materialelor metalice, ceramice sau compozite omogene sub formă solidă, într-un interval de temperatură începând cu -269°C până la + 100°C.The purpose of the present invention is to increase the accuracy in determining the thermal conductivity of homogeneous metallic, ceramic or composite materials in solid form, in a temperature range from -269 ° C to + 100 ° C.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția constă în realizarea unei celule de măsură a conductivității termice, cu o construcție simplă, ce poate primi probe de măsură de formă cilindrică cu fețe plan-paralele, de dimensiuni mici, ușor interschimbabile, cu ecranare termică, care permite obținerea unei precizii sporite de măsură.The technical problem solved by the invention consists in the construction of a cell of measurement of thermal conductivity, with a simple construction, which can receive measurement samples of cylindrical shape with planar-parallel faces, of small dimensions, easily interchangeable, with thermal shielding, which allows to obtain a greater accuracy of measurement.

Celula de măsură a conductivității termice, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus, prin aceea că este construită dintr-un corp prevăzut cu un capacîn interiorul căreia este poziționată, prin intermediul suportului, o placă pe care sunt dispuse: un suport de probă prevăzut cu o termorezistentă. un ecran termic, trei tije de susținere ale plăcii superioare pe care se află montat încălzitorul prin intermediu] bucșei, proba de măsurat fiind fixată pe suportul probei și strânsă prin intermediul unor șuruburi și a arcurilor, semnalul temiorczisienîelor esîe preluat și prelucrat în exterior de un circuit electric cuplat la un minicalculator.The thermal conductivity measuring cell, according to the invention, removes the disadvantages above, in that it is constructed from a body provided with a lid inside which is placed, through the support, a plate on which they are disposed: a test sample provided with a thermoset. a thermal screen, three support rods of the upper plate on which the heater is mounted by means of the bush], the measuring sample being fixed on the sample support and tightened by means of screws and springs, the temiorczisienies signal is taken and processed externally by a electrical circuit coupled to a minicomputer.

Se dă. în continuare, un exemplu de realizare a invenției în legătură și cu figura care reprezintă o secțiune prin celula de măsură.It is given. Next, an embodiment of the invention in connection with the figure representing a section through the measuring cell.

Conform invenției, celula comportă un corp celulă 1 din oțel inoxidabil, prevăzut la partea superioară cu un capac 2,fot din oțel inoxidabil, care se cuplează cu corpul 1 printr-o îmbinare conica a care permite etanșarea la vid a incintet b. creată prin cuplarea corpului 1 cu capacul 2. Capacul 2 este prevăzut cu o trecere c prin care se face cuplajul la o pompă de vid și legătura cu aparatura electronică de comandă și măsură. De capacul 2 se prinde, prin int ermediul unui suport 3. din oțel inoxidabil, o placă de cupru 4 pe care se află montat un suport 5 al probei, tije de susținere 6 gi unAccording to the invention, the cell comprises a cell body 1 made of stainless steel, provided at the top with a lid 2, a stainless steel frame, which is coupled to the body 1 through a conical connection a which allows the vacuum seal of the enclosure b. the coupling of the body 1 with the cover 2. The cover 2 is provided with a passage c through which the coupling to a vacuum pump is made and the connection with the electronic control and measurement equipment. By the cover 2, by means of a support 3. of stainless steel, a copper plate 4 on which is mounted a support 5 of the sample, support rods 6 and a

ΓΓ

4 ecran termic 7. Prinderea suportului 3 de capacul 2 se face printr-o îmbinare cu filet d, iar de placa de cupru 4. prin îmbinarea cu filet e. Suportul 5 al probei se prinde de placa 4, prin îmbinarea cu 5 filet £ iar tijele de susținere 6 se prind de placa 4 printr-o îmbinare filetată g.4 thermal screen 7. The support of the support 3 of the cover 2 is made by a connection with thread d, and by the copper plate 4. by the connection with thread e. The support 5 of the sample is attached by the plate 4, by the connection with 5 thread £ and the support rods 6 are attached to the plate 4 by means of a threaded connection g.

Tot printr-o îmbinare filetată h se prinde și ecranul termic 7 de placa 4. într-o degajare practicată în placa 4 se află 10 încălzitorul 8 construit prin bobinare dintr-un material rezistiv izolat electric. Capilarul din oțel inoxidabil se fixează pe placa 4 prin lipire la celălalt capăt al probei se află un alt încăzitor 9, realizat 15 din sârmă rezistivă, izolată electric, bobinată pe un suport de cupru 10. Suportul 10 este fixat de o placă 11 prin intermediul bucșei din teflon 12.Also by means of a threaded connection h the thermal screen 7 of the plate 4 is attached. In a release practiced in the plate 4 is the heater 8 constructed by winding from an electrically insulated resistive material. The stainless steel capillary is fixed to the plate 4 by gluing to the other end of the sample there is another casing 9, made of resistive wire, electrically insulated, wound on a copper support 10. The support 10 is fixed by a plate 11 through Teflon bushings 12.

Prinderea bucșei de suportul 10 se 20 face prin îmbinarea filetată i, iar prinderea de placa 11 cu ajutorul unei piulițeThe clamping of the bushing 10 is made by means of the threaded joint i, and the clamping of the plate 11 by means of a nut

13. Prinderea probei în celulă și scoaterea ei se face prin manevrarea unor piulițe 14 și 15 care permit culisarea 2? liberă a plăcii 11 în direcție axială. Niște resorturi 16 au rolul de a menține un cuplaj elastic între probă și suportul13. Is the sample taken into the cell and removed by manipulating nuts 14 and 15 that allow sliding 2? free of the plate 11 in the axial direction. Some springs 16 have the role of maintaining an elastic coupling between the sample and the support

10. De suportul 10 se fixează prin intermediul îmbinării filetate j. o termore- 30 zistență 17. iar de suportul 5. prin intermediul îmbinării cu filet k. termorezistența 18.10. The support 10 is fixed by means of the threaded joint j. a thermor- 30 resistance 17. and by the support 5. by means of threaded connection k. thermal resistance 18.

Celula se bazează pe metoda absolută de măsură a conductivității termice.. Pen - 3 5 tru obținerea oricărei valori a temperaturii din domeniul -269-+ 100°C. se activează corespunzător încălzitorul 8. Efectuarea unei măsurători constând în a obține un gradient termic între capelele 40 probei, gradient măsurat prin intermediul temiorezisiențelor 17 și ÎS. și obținut prin activarea încăzitorului 9. Din exterior se măsoară puterea electrică absorbită de acestea, datele obținute prin măsurare (putere electrică, gradient termic și dimensiunile probei) fiind suficiente pentru calculul conductivității termice la o temperatură dată, în acest mod, se pot efectua măsurători la orice valoare dorită a temperaturii din intervalul termic mai sus menționat, putându-se determina astfel curba de variație a conductivității termice cu temperatura.The cell is based on the absolute method of measuring the thermal conductivity. Pen - 3 5 to obtain any temperature value in the range -269- + 100 ° C. the heater is activated properly 8. Making a measurement consisting of obtaining a thermal gradient between the 40 chapels of the sample, a gradient measured by means of the temerities 17 and the HE. and obtained by activating the heater 9. From the outside the electrical power absorbed by them is measured, the data obtained by measurement (electrical power, thermal gradient and sample dimensions) being sufficient for the calculation of the thermal conductivity at a given temperature, in this way, measurements can be made at any desired value of the temperature in the above mentioned thermal range, thus being able to determine the curve of variation of the thermal conductivity with the temperature.

Celula conform invenției prezintă următoarele avantaje:The cell according to the invention has the following advantages:

- construcție simplă și fiabilă;- simple and reliable construction;

- realizare la un preț de cost redus;- realization at a low cost price;

- posibilitatea efectuării de măsurători pe un domeniu extins de temperatură (în zona temperaturilor negative):- possibility of measurements on an extended temperature range (in the area of negative temperatures):

- utilizarea unor probe de mici dimensiuni:- use of small samples:

- precizie mare de măsură.- high accuracy of measurement.

Claims (1)

RevendicareClaim Celulă de măsură a conductivității termice, caracterizată prin aceea că este construită dintr-un corp (1) prevăzut cu un capac (2) în interiorul căreia este poziționată prin intermediul unui suport (3) o placă (4). pe care sunt dispuse un suport dc probă (6) prevăzut cu o terni orezistență (18). un ecran termic (7). trei tije de susținere (6) ale unei plăci superioare (11). pe care se află montat un încălzitor (9) prin intermediul unei bucșe (12). proba de măsurat fiind fixată pe suportul probei i5 > și strânsă prin intermediul unor piulițe (1? > șj arcuri (16), semnalul termorezistențelor este preluat și prelucrat în exterior de un circuit electronic cuplat la un minicaiculator.Thermal conductivity measuring cell, characterized in that it is constructed from a body (1) provided with a lid (2) inside which is positioned through a support (3) a plate (4). on which a sample support (6) is provided, provided with a slight oresistance (18). a thermal screen (7). three support rods (6) of a top plate (11). on which a heater (9) is mounted by means of a bushing (12). the test sample being fixed on the sample holder i5> and tightened by means of nuts (1?> and springs (16), the thermistor resistor signal is taken and processed externally by an electronic circuit coupled to a minicycle.