УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ НА ТЕПЛОПРОВОД-НОСТЬ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения теплопроводности зернистых материалов в зависимости от влаги под воздействием паров жидкостей.
Устройство состоит из бикалориметра, дополнительно оснащено конструкцией, заключенной в термоизоляционный асбестовый материал и состоящей из: металлического стакана, ввинченного в трубку нижней части внешнего цилиндра бикалориметра, с обмоткой из нихромовой проволоки, присоединенной к понижающему трансформатору и дополнительно установленного гальванометра с измерительной дифференциальной термопарой.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения теплопроводности зернистых материалов в зависимости от влаги под воздействием па-ров жидкостей.
Прототипом является устройство для измерения теплопроводности материалов, включающее бикалориметр, состоящий из двух коаксиально расположенных медных цилиндров; ядро бикалориметра, состоящее из измерительного и компенсационного цилиндров; пробку внешнего цилиндра с двумя отверстиями; стальную трубку, по которой в бикалориметр поступает исследуемый материал; электронагревательный элемент; термопару и гальванометр [1,2].
Недостатки этого устройства заключаются в громоздкости и дороговизне.
Целью настоящего изобретения является упрощение, дешевизна и повышение точности измерения при определении влияния влажности на теплопроводность зернистых материалов.
Технический результат достигается тем, что устройство дополнительно оснащено металлическим стаканом, привинченным к трубке с сеткой для удержания исследуемого материала, приваренном в нижней части внешнего цилиндра бикалориметра. Стакан, который содержит жидкость, подает пар по трубке снизу во внутрь бикалориметра, где находится исследуемый материал.
Представленное устройство поясняется прилагаемым чертежом и в основном включает цилиндрический бикалориметр, состоящий из: двух коаксиально расположенных медных цилиндров: внешний цилиндр 1 и ядро бикалориметра, состоящее из измерительного 2 и компенсационного 3 цилиндров; пробки 4, вставляемой во внешний цилиндр 1, имеющая 6 мм отверстие 5 по центру, в которую вставляется стальная трубка 6 с внутренним диаметром 4 мм, ив 10 мм отверстие 7 вварена другая стальная трубка 8, через которую бикалориметр заполняется исследуемым веществом (материалом) 9; отверстия 10 и 11, просверленные вверху внешнего цилиндра 1, служат для размещения концов термопары 12 и 13; глухого отверстия 14 в днище внешнего цилиндра 1 на глубину 1 см которого, приваривается нижний конец стальной трубки 6; сетки 15 для удержания исследуемого материала 9; электронагревателя 16, изготавливаемого из нихромовой проволоки диаметром 0,3мм и с питанием от сети через понижающий трансформатор типа ЛАТР-2М; термоса 17 с тающим льдом; гальванометра постоянно-го тока 18, к которому подсоединены концы тер-мопары 12; гальванометра 19, к которому подсоединен электронагреватель 16 и термопара 13; дополнительно установленного металлического стакана 20, завинченного в трубку 21, которая присоединена к нижней части внешнего цилиндра 1; нихромовой проволоки 22, обматывающей стакан 20 и питающейся от понижающего трансформатора 23; измерительной дифференциальной термопары 24, подсоединенной к гальванометру 25; асбестового материала 26, обхватыющей всю дополнительную конструкцию.
Основные геометрические размеры цилиндрического бикалориметра следующие: наружный и внутренний диаметры внешнего цилиндра 1, соответственно 90 и 28,28 мм, наружный диаметр внутреннего измерительного 2 и компенсационного 3 цилиндров 15,95 мм. Длина измерительного цилиндра 2 - 150 мм и компенсационного 3-25 мм. Толщина исследуемого слоя составляет 6,165 мм. Длина стальной трубки 6 выбирается с таким расчетом, чтобы она проходила по осевой линии прибора до отверстия, которое просверлено в его основании. Нижний конец этой трубки заварен. Верхняя часть трубки 6 вварена в пробку 4. Термопары изготавливаются из проволоки диаметром 0,3 мм. Один из спаев (горячий) 12 монтируется в тело внешнего цилиндра, а холодный помещен в термос 17 с тающим льдом. Концы термопары подсоединены к гальванометру постоянного тока 18 (Р-363-3 класс точности 0,005). Измерительная термопара 24 подключается к гальванометру 25. Измеряемые разности температур находятся в пределах от 1,78 до 0,90К, Электронагреватель 16 изготавливается из нихромовой проволоки диаметром 0,3 мм и питается от сети через понижающий трансформатор типа ЛАТР-2М.
Для измерения при повышенных и высоких температурах прибор вставляется в электропечь типа СШОЛ 1.1, 6/12. Печь может работать в автоматическом режиме саморазогрева и режиме ручной регулировке. Печь обеспечивает равно-мерный прогрев образца до температуры 1473К. Включение печи в сеть осуществляется через систему стабилизаторов типа С-075, регулятора напряжения типа РНО-250-5 и электроизмерительных приборов, контролирующих режимный ток печи. При переводе печи на ручную регулировку и правильном подборе режимного тока при заданной температуре система позволяет поддерживать постоянную температуру с точностью до сотых долей градуса в течении времени, необходимого для проведения замеров.
Температура бикалориметра во время опыта поддерживается с точностью 0,02°К.
Устройство работает следующим образом:
Бикалориметр с вставленной термопарой и внутренним нагревателем заполняется исследуемым объектом. После заполнения бикалориметром паром жидкости устанавливается положение нулевой точки гальванометра (типа М 17/4), к кото-рому подключена основная рабочая термопара. Затем включается цепь внутреннего нагревателя и внутренние цилиндры нагреваются в течении 1,5-2 минут током в 1 А на некоторую избыточную температуру (2-ЗК). Нагрев фиксируется по отклонению зайчика гальванометра до конца шкалы. Включается цепь внутреннего нагревателя и наблюдается самопроизвольное охлаждение ис-следуемого слоя до температуры опыта.
Время охлаждения фиксируется двухстрелочным секундомером типа с-11-16, с точностью 0,1 с. По шкале гальванометра (чувствительностью 10"9 А\дел.), к которому подсоединена храмельалюмелевая термопара, отличается время прохождения светового зайчика между двумя значениями шкалы гальванометра и он всегда соответствует регулярному тепловому режиму процесса охлаждения, что было проверено построением полулогарифмических графиков темпа охлаждения.Расчет производят следующим образом:



Здесь
где, См - общая теплоемкость ядра (измерительного цилиндра ); С - общая теплоемкость исследуемого слоя; R1 - радиус измерительного цилиндра; R2- внутренний радиус внешнего цилиндра; С1 - удельная теплоемкость материала измерительного цилиндра; γ -плотность материала измерительного цилиндра; Бц - постоянная бикалориметра Кц и Жц параметры, зависящие от геометрии бикалориметра (для исследуемого слоя толщиной 6,165 мм величины, входящие в уравнение (1) следую-щие значения: Бц = 0,84, Кц = 0,74, Жц = 1,3); m - темп регулярного охлаждения, который определяется по формуле:



Здесь θ1и θ2 - разность температур между теплообменивающимися поверхностями вначале – τ1ц и в конце – τ2 отсчета; N1 и N2 та же разность температур, выраженная числом делений шкалы гальванометра.
Следовательно, коэффициент теплопроводности \ можно вычислить по формуле:


Предложенное устройство позволяет проводить исследования теплопроводности зернистых материалов при увлажнении парами различных жидкостей в интервале температур 293-1 173К.

1. Маджидов X., Сафаров М.М., Гайдей Т.П. Ис-следование эффективного коэффициента тепло-проводности окиси алюминия, содержащей раз-личные количества металла в газовых средах и вакууме .//Журнал физической химии.- 1984, Т.58, Вып.1, с. 75- 79.
2. Сафаров М.М. Тепдофизические свойства окиси алюминия с металлическими наполнителя-ми в различных газовых средах. Автореферат на соискание ученой степени к.т.н. -Л: 1986,24с.