SU1518752A1 - Apparatus for thermophysical measurements - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области тепловых испытаний, а именно к устройствам дл  измерений теплофизических свойств веществ. Цель изобретени  - упрощение устройства и расширение температурного диапазона испытаний. Устройство включает сосуд Дьюара, заполн емый хладагентом размещенный внутри сосуда Дьюара корпус, измерительную  чейку и теплопровод. Теплопровод выполнен в виде сочлененных высокотеплопроводного стакана и цилиндрического элемента из малотеплопроводного материала, продолжающего стенку стакана. Свободный торец цилиндрического элемента закреплен на крышке корпуса и открыт дл  соединени  с внутренним объемом сосуда Дьюара. Измерительна   чейка крепитс  к дну стакана. Внутри цилиндрического элемента размещен поршень с возможностью продольного перемещени . Глубина стакана превышает толщину поршн . Изменение положени  поршн  мен ет тепловое сопротивление между измерительной  чейкой и хладагентом. При опускании поршн  на дно стакана хладагент непосредственно контактирует с высокотеплопроводным стаканом. Широкий диапазон изменени  теплового сопротивлени  обеспечивает расширение температурного диапазона испытани  при фиксированной температуре хладагента. Достигаетс  также упрощение устройства за счет сокращени  числа элементов, осуществл ющих тепловую св зь измерительной  чейки и хладагента.The invention relates to the field of thermal testing, namely, devices for measuring the thermophysical properties of substances. The purpose of the invention is to simplify the device and extend the temperature range of the test. The device includes a Dewar vessel filled with a refrigerant, a housing placed inside the Dewar vessel, a measuring cell and a heat pipe. The heat pipe is made in the form of an articulated high-heat-conducting glass and a cylindrical element of low heat-conducting material, which extends the wall of the glass. The free end of the cylindrical element is fixed on the lid of the body and is open for connection with the internal volume of the Dewar vessel. The measuring cell is attached to the bottom of the glass. Inside the cylindrical element is placed a piston with the possibility of longitudinal movement. The depth of the glass exceeds the thickness of the piston. Changing the position of the piston changes the thermal resistance between the measuring cell and the refrigerant. When the piston is lowered to the bottom of the glass, the refrigerant is in direct contact with the highly heat-conducting glass. The wide range of variation of thermal resistance provides an extension of the temperature range of the test at a fixed refrigerant temperature. A simplification of the device is also achieved by reducing the number of elements carrying out the thermal coupling of the measuring cell and the refrigerant.

Description

1one

(21)4384759/31-25(21) 4384759 / 31-25

(22)29.02.88(22) 02.29.88

(46) 30.10.89. Бюп. № 40(46) 10/30/89. Bup. No. 40

(71)Харьковский государственный университет им.А.М.Горького(71) Kharkiv State University named after AM Gorky

(72)Б.А.Мерисов, А.А.Завгородний, О.А.Гавренко и Г.М.Злобинцев(72) B.A. Merisov, A.A. Zavgorodniy, O.A. Gavrenko and G.M. Zlobintsev

(53)536.2 (088.8)(53) 536.2 (088.8)

(56)Eine Apparatur for cliessungen von War mekepazitaten zwischen, 2 und 30 К - Expic mentelle Technik der Physik, 1977, № 4, s.300-304.(56) Eine Apparatur for cliessungen von War mekepazitaten zwischen, 2 und 30 K - Expic mentelle Technik der Physik, 1977, No. 4, pp.300-304.

Авторское свидетельство СССР № f092395, кл. G 01 N 25/18, 1983.USSR Author's Certificate No. f092395, cl. G 01 N 25/18, 1983.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕШЮФИЗИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ(54) DEVICE FOR TESHEUPHYSICAL MEASUREMENTS

(57)Изобретение относитс  к области тепловых испытаний, а именно к устройствам дл  измерений теплофизичес- ких свойст веществ. Цель изобретени - упрощение устройства и расщирение температурного диапазона испытаний. Устройство включает сосуд Дьюара, заполн емый хладагентом размещенный внутри сосуда Дьюара корпус, измери- тельную  чейку и теплопровод. Теплопровод выполнен ввиде сочлененных высокотеплопроводного стакана и цилиндрического элемента из малотеплопроводного материала, продолжающего стенку стакана. Свободный торец цилиндрического элемента закреплен на крышке корпуса и открыт дл  соединени  с внутренним объемом сосуда Дьюара . Измерительна   чейка крепитс  к дну стакана. Внутри цилиндрического элемента размещен поршень с возможностью продольного перемещени . Глубина стакана превьщ1ает толщину поршн . Изменение положени  поршн  мен ет тепловое сопротивление между измерительной  чейкой и хладагентом. При опускании поршн  на дно стакана хладагент непосредственно контактирует с высокотеплопроводным стаканом. Широкий диапазон изменени  теплового сопротивлени  обеспечивает расширение температурного диапазона испытани  при фиксированной температуре хладагента . Достигаетс  также упрощение устройства за счет сокращени  числа элементов, осуществл ющих тепловую св зь измерительной  чейки и хладагента .(57) The invention relates to the field of thermal testing, namely, devices for measuring the thermal properties of substances. The purpose of the invention is to simplify the device and extend the temperature range of the test. The device includes a Dewar vessel, a refrigerant filled with a housing placed inside the Dewar vessel, a measuring cell and a heat pipe. The heat pipe is made in the form of articulated high-heat-conducting glass and a cylindrical element of low heat-conducting material, which extends the wall of the glass. The free end of the cylindrical element is fixed on the lid of the body and is open for connection with the internal volume of the Dewar vessel. The measuring cell is attached to the bottom of the glass. Inside the cylindrical element is placed a piston with the possibility of longitudinal movement. The depth of the glass exceeds the thickness of the piston. Changing the position of the piston changes the thermal resistance between the measuring cell and the refrigerant. When the piston is lowered to the bottom of the glass, the refrigerant is in direct contact with the highly heat-conducting glass. The wide range of variation of thermal resistance provides an extension of the temperature range of the test at a fixed refrigerant temperature. A simplification of the device is also achieved by reducing the number of elements carrying out the thermal coupling of the measuring cell and the refrigerant.

(Л(L

СПSP

0000

SS

Изобретение относитс  к тепловым испытани м, а именно к устройствам дл  измерений теплофизических свойств веществ.The invention relates to thermal tests, namely, devices for measuring the thermophysical properties of substances.

Цель изобретени  - упрощение устройства и расширение температурного диапазона испытаний.The purpose of the invention is to simplify the device and extend the temperature range of the test.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.The drawing shows a diagram of the proposed device.

Устройство содержит теплопровод, состо щий из стакана 1, выполненного -из материала с высокой теплопроводностью , например меди и соединенного со стаканом трубчатого элемента 2, изготовленного из материала с низкой теплопроводностью, например нержавеющей стали, поршень 3, установленный в трубчатом элементе 2 с возможностьюThe device contains a heat pipe consisting of a cup 1 made of a material with high thermal conductivity, such as copper and a tubular element 2 connected to the glass, made of a material with low thermal conductivity, such as stainless steel, a piston 3 installed in the tubular element 2

продольного перемещени  посредством т ги, вакуумный корпус 4, в котором монтируетс  теплопровод и измеритель  чейка,  чейка включает в себ  исследуемьп1 образец 5, печи 6 и 7, термометры 8, а также защитные экра- 1-1,, обеспечивающие проведение и змере кий (не показаны). Все устройство рлзмецело в сосуде 9 Дьюара. Верхн   часть сосуда Дьюара, содержаща  приспособлени  дл  заливки гели  и откачки его паров, вывода измерительны протюдов и прочего на чертеже не пок гьлна. Поршень 3 может быть изготов- jiCH из материала с любым коэффициентом теплопроводности: меди, нержавею |;;ей стали, фторопласта и др. Диаметр поршн  должен обеспечивать свободное бсг затираний перемещение ее в труб- элементе 2. Глубина стакана ;1о;1жна превышать поршн  3. Внутренн   полость трубчатого элемента 2 со сторон его свободного торца соединена с полостью сосуда 9 Дьюара  вл ющегос  емкостью дл  хладагента. Трубчатьш элемент должен быть жестко зачрсгшен в расточке стакана 1 с обепечением герметичности. Вакуум в корпусе 4 обеспечиваетс  вакуумными на- (не показаны) через трубку 10 Устройство работает cлeдyюtt им об- р;ззом.longitudinal movement by means of a pull, vacuum housing 4, in which the heat conductor and the cell meter are mounted, the cell includes sample 5, furnaces 6 and 7, thermometers 8, as well as protective shields 1-1, not shown). All the device is clearly in the 9 Dewar vessel. The upper part of the Dewar vessel, containing devices for pouring gels and pumping its vapors, withdrawal, measuring procedures and other things in the drawing, is not even. Piston 3 can be made of material with any coefficient of thermal conductivity: copper, stainless steel, fluoroplastic, etc. The diameter of the piston must ensure free grinding of the pipe in element 2 pipe. Depth of the glass; 1 °; 1 exceed the piston 3. The inner cavity of the tubular element 2 on the sides of its free end is connected to the cavity of the Dewar vessel 9 which is a coolant tank. The pipe element must be firmly gripped in the bore of glass 1 with tightness. The vacuum in the housing 4 is provided by vacuuming (not shown) through the tube 10. The device works next to it;

Сосуд 9 Дьюара заполн ют криогенной жидкостью таким образом, чтобы ее уровень был вьпие верхнего уровн  трубчатого элемента 2. Поршень 3 при этом находитс  в трубчатом элементе 2. В нижнем положении поршн  3, т.е. когда она находитс  в выточке стакана 1, хладагент заполн ет весь объем 1 рубчатого элемента 2 над поршнем 3. При этом хладагент контактирует.с материалом стакана 1, выступающим над поршнем 3, и охлаждает его до собстBeHHOi i температуры,, т.е. до ,2 К в случае  ащкого гели . Температура ни л(е 4,2 К (до. 1,5 К) достигаетс  откачкой паров гели  над поверхностью жидкости. Дл  проведени  измерений в установленном диапазоне температур поршень 3 посредством т ги перемещаю по трубчатому элементу, фиксиру  в заданных положени х. При этом, благодар  напичию зазора между поршнем 3 и элементом 2, в пространство между поршнем и цилиндрическим элементом проникает небольшое количество хладагента, который испар  сь, заThe Dewar vessel 9 is filled with a cryogenic liquid so that its level is above the upper level of the tubular element 2. The piston 3 is in the tubular element 2. In the lower position of the piston 3, i.e. when it is in the recess of the cup 1, the refrigerant fills the entire volume 1 of the spiked element 2 above the piston 3. In this case, the refrigerant contacts the material of the cup 1 protruding above the piston 3 and cools it to its own temperature i.e. to, 2 K in case of gels. The temperature of the liquid (e 4.2 K (up to 1.5 K) is achieved by pumping out vapors of the helium above the surface of the liquid. To carry out measurements in the prescribed temperature range, the piston 3 is moved by means of a pull along a tubular element, fixing it in the given positions. due to the gap between the piston 3 and the element 2, a small amount of refrigerant penetrates into the space between the piston and the cylindrical element;

5 0 5 o 5 0 5 o

5five

00

5five

00

5five

полн ет образующийс  при подъеме за- ГЛУП1КИ объем и преп тствует проникновению туда хладагента. Давление газа в объеме равно давлению столба хладагента над заглушкой.fills up the volume formed during the lift and prevents the coolant from entering there. The gas pressure in the volume is equal to the pressure of the refrigerant column above the plug.

Перемещением поршн  3 по трубчатому элементу 2 задают величину тепло- сопротивлени  между хладагентом и стаканом 1, которое реализуетс  материалом стенок трубчатого элемента. Изменением теплосопротивлени  измен ют температуру холодного конца исследуемого образца 5, который находитс  в непосредственном контакте со стаканом 1. Более тонкую регулировку температуры образца осуществл ют посредством электронного терморегул тора, элементом которого  вл етс  печь 6.Moving the piston 3 through the tubular element 2 sets the heat resistance value between the refrigerant and the glass 1, which is realized by the material of the walls of the tubular element. By changing the heat resistance, the temperature of the cold end of sample 5, which is in direct contact with glass 1, is changed. A finer adjustment of the temperature of the sample is carried out by means of an electronic thermostat, of which furnace 6 is an element.

Пример. Внутренний диаметр трубчатого элемента 2, выполненного из нержавеющей стали, равен 20 мм, длина 60 мм. Поршень 3 выполнен из фторопласта толщиной 5 мм. Глубина стакана 8 мм. В сосуд 9 Дьюара дл  измерений заливаетс  2,5 л жидкого гели . Процесс измерений не отличаетс  от измерений на устройстве-прототипе .Example. The inner diameter of the tubular element 2, made of stainless steel, is 20 mm, the length is 60 mm. The piston 3 is made of fluoroplast 5 mm thick. Depth of a glass is 8 mm. 2.5 liters of liquid helium is poured into the Dewar 9 for measurements. The measurement process does not differ from the measurements on the device prototype.

По сравнению с известным в предлагаемом устройстве существенно упрощена конструкци  за счет исключени  длинного и сложного теплопровода и колпака в виде сосуда Дьюара, а также повышена надежность устройства за счет исключени  узла теплопровод - колпак, уменьшены вес и габариты. За счет более широкого диапазона изменени  теплового сопротивлени  теплопровода расширен температурный диапазон испытаний.Compared with the known device, the structure is significantly simplified by eliminating a long and complex heat conductor and a cap in the form of a Dewar vessel, and the reliability of the device is also improved by eliminating the heat conductor assembly (hood), and its weight and dimensions are reduced. Due to the wider range of variation of the thermal resistance of the heat conductor, the temperature range of the tests is extended.

При одинаковых габарп ах измерительной  чейки и объеме хладагента, температурный диапазон измерений в предлагаемом устройстве с использованием только жидкого гели  расширен до 1,5-150 К по сравнению с 1,5- 80 К у известного устройства.With the same measuring cell and refrigerant volume, the temperature range of measurements in the proposed device using only liquid gels is expanded to 1.5-150 K compared to 1.5-80 K for a known device.

Claims (2)

1. Устройство дл  теплофизических измерений, содержащее теплопровод.1. A device for thermophysical measurements containing a heat pipe. св зывающий объект испытаний с емкостью дл  хладагента, выполненный в виде стакана из высокотеплопроводно- го материала и соединенного с ним трубчатого элемента, выполненного из материала с низкой теплопроводностью , сопр женного с боковой стенкой стакана, отличающеес a bonding test object with a coolant tank, made in the form of a cup of highly heat-conducting material and a tubular element connected to it, made of a material with low thermal conductivity, conjugated with the side wall of the cup, characterized by тем, что, с целью упрощени  устройст- ю толщину поршн ,in order to simplify the thickness of the piston, ва и расширени  температурного диапазона испытаний, в трубчатом элементе размещен поршень с возможностью его продольного перемещени .and expanding the temperature range of the test, a piston is placed in the tubular element with the possibility of its longitudinal movement. 2. Устройство по П.1, отличающеес  тем, что глубина внутренней полости стакана превьппает2. The device according to claim 1, characterized in that the depth of the inner cavity of the glass exceeds