УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛИЯНИЯ ВЛАЖНОСТИ НА ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТЬ ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

) Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуропроводности зернистых материалов в зависимости от воздействия паров жидкостей.
Устройство состоит из акалориметра, системы заполнения зернистого материала, электро-нагревательных материалов, термопар, гальвано-метра, устройства для вакуумирования и стакана-парогенератора.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения температуропроводности зернистых материалов в зависимости от воздействия паров жидкостей.
Прототипом является устройство для определения температуропроводности зернистых мате-риалов, включающее акалориметр, выполненный в виде медного цилиндра с пробкой, содержащей два отверстия; систему заполнения зернистого материала со стальной трубкой, по которой в акалориметр поступает исследуемый материал; электронагревательные материалы; термопары; гальванометр; потенциометр и устройство для вакуумирования [1,2].
Недостатки этого устройства заключаются в его громоздкости и дороговизне.
Целью настоящего изобретения является раз-работка экономичного устройства, упрощение его конструкции и повышение точности измерения при определении влияния влажности на температуропроводность зернистых материалов.
Разработанное устройство поясняется прилагаемым чертежом (фиг.). Устройство для определения влияния влажности на температуропроводность зернистых материалов включает следующие элементы: цилиндрический акалориметр; термостатирующую систему; электроизмерительные приборы; систему заполнения и вакуумирования.
Акалориметр состоит из медного цилиндра (1), в верхней части которого приварена пробка (2) с двумя отверстиями. В отверстие, расположенное по центру пробки, вставлена металлическая труб-ка (4), проходящая по осевой линии акалориметра до основания; нижняя часть трубки приваривает-ся. Во второе отверстие приварена металлическая трубка (6), через которую прибор заполняется исследуемым объектом (3). Во внутрь трубки (4) вставлен горячий спай хромель-алюмелевой термопары (9) и маломощный нагреватель.
Основные геометрические размеры цилиндрического акалориметра следующие: диаметр цилиндра (1) 100мм, высота цилиндра 190мм, диаметр расточенной цилиндрической полости 30мм, глубина полости 95,8мм, диаметр металлической трубки (6) 14/10 мм, длина металлической трубки (6) 400мм. Для создания хорошего теплового контакта горячий спай измерительной термопары (9) вплотную подведен к внутренней поверхности трубки (4), холодный спай измерительной термопары (1) вставляется в отверстие в корпусе акалориметра. Концы термопары через шунтирующий магазин сопротивления (11) подсоединены к зеркальному гальванометру М 17/4 (12). Шкала гальванометра соответствует температурному перепаду примерно 3 К. Медный цилиндр выполняет роль среды, обеспечивающей условие α → ∞. Для измерения температуры используется другая дифференциальная хромель-алюмелевая термопара, горячий спай (13) которой вмонтирован в тело акалориметра, а холодный (14) помещен в термос с тающим льдом. Концы термопары подсоединены к потенциометру постоянного тока Р- 37/1 (15), класс точности 0,01.
Выход потенциометра подсоединяется к зеркальному гальванометру М 25/2 (6), позволяющему регистрировать температуру акалориметра с точностью до сотой доли градуса. Медный цилиндр, используемый в качестве охлаждающей среды, вследствие большой теплопроводности, кроме α → ∞, обеспечивает также и малые градиенты температур.
Жидкость набирается в металлический стакан (21), который завинчивается в патрубок (22). Стакан обматывается нихромовой проволокой (18), подключенной к сети через понижающий транс-форматор. Туда же подводится горячий спай термопары (20), подсоединенный к потенциометру М95 (19). Вся конструкция изолируется асбестовым материалом (23).
Стакан (21), содержащий жидкость нагревают до испарения жидкости. Пар через патрубок (22) и сетку (17) попадает в акалориметр и увлажняет находящийся там зернистый материал (3).
Устройство работает следующим образом: акалориметр заполняют исследуемым образцом. Производится проверка отсутствия электрических контактов между телом акалориметра, измерительными термопарами и нагревателями, затем акалориметр вставляют в шахтную печь типа СШОЛ – 1 1,6/12. Печь может работать в автоматическом режиме и в режиме ручной регулировки. Печь обеспечивает равномерный нагрев образца до температуры 1473 К.
При переводе печи на ручную регулировку и правильном подборе режимного тока при задан-ной температуре система позволяет поддерживать постоянную температуру в теле акалориметра с точностью до сотых долей градуса в течение времени, необходимого для произведения замеров.
Для разогрева образца до заданной темпера-туры печь переключают на автоматический ре-жим. В этом режиме производится прогрев образца, после чего для получения точной постоянной температуры, печь переводят на ручную регулировку. Контрольные приборы позволяют определить момент, когда температура акалориметра перестанет изменяться. После увлажнения устанавливается положение нулевой точки зеркально-го гальванометра типа М 17/4 512. Затем включается цепь внутреннего маломощного нагревателя, который поднимает температуру образца на 3-4 К выше температуры корпуса акалориметра. Степень нагрева образца по отношению к корпусу акалориметра регистрируется по отклонению зайчика акалориметра (12).
После нагрева производится отключение нагревательной системы и наблюдается самопроизвольное охлаждение образца. Время охлаждения образца фиксируется двухстрелочным секундомером типа С – 11-1Б. По шкале зеркального гальванометра (12) отмечается время прохождения светового зайчика между двумя определенны-ми значениями шкалы гальванометра. Данный участок располагается в середине шкалы и всегда соответствует регулярному тепловому режиму процесса охлаждения, что было проверено построением полулогарифмических графиков для темпа охлаждения.
5 228 6
Температуропроводность исследуемых образцов вычисляется по формуле:

α = кm∞ (1)

где К – коэффициент, характеризующий форму образца; m∞-- темп охлаждения при α → ∞ и tc = const.
Коэффициент формы образца К для цилиндра определяется по формуле:

где Х0 – наименьшей корень Басселевой функции первого рода нулевого порядка: Х0 = 2,4048; R и l – соответственно радиус и высота цилиндрической полости акалориметра; R = 1,5—10-2 м, l = 9,58 -10-2 м
К = 0,34-10-4м2
Темп охлаждения определяется по формуле:

(3)

Здесь m – темп регулярного охлаждения, Ө1 и Ө2 – разность температур между теплообменивающимися поверхностями вначале --- и в конце отсчета; N1 b N2 та же разность температур, выраженная числом делений шкалы гальванометра. Предложенное устройство позволяет производить исследования темперературопроводности зернистых материалов при увлажнении парами различных жидкостей в интервале температур 293 – 673 К.

1. Сафаров М.М. Теплофизические свойства окси-да алюминия с металлическими наполнителями в различных газовых средах. Автореферат на

соискание ученой степени к.т.н.—Л.: 1986, 24с.
2. Маджидов Х. Сафаров М.М. Исследование температуропроводности окиси алюминия, со-держащей различные количества металла, в газовых средах и вакууме // Теплофизика высоких температур. 1983 -- № 4—Т.21.-с 693-696.