SU1165959A1 - Устройство дл определени теплоемкости,излучательной способности и удельного электросопротивлени тугоплавких материалов - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ, ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ И УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ ТУГОПЛАВКИХ МАТЕРИАЛОВ при высоких температурах, содержащее фотоэлектрический пирометр, соединенный с одним из выходов системы сбора и обработки данных, на вход которой подключены через образцовое сопротивление потенциальные отводы дл  измерени  тока и потенциальные отводы от исследуемого образца, схемы нагрева образца и управлени  нагревом образца , соединенные между собой через контактор, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности , в него дополнительно включен датчик начального значени  температуры фотоэлектрического пирометра, соединенный с входом системы сбора и обработки данньпс, а схема управлени  нагревом образца дополнительно содержит два реле времени, два промежуточных реле, активный и балластный резисторы, нормально разомкнутые контакты первого реле времени включены в цепь катушки первого проW межуточного реле, нормально замкнутые контакты которого шунтированы активным резистором, последовательно соединенным с балластным резистором и источником посто нного тока , а временные контакты первого реле времени включены в цепь катушки второго реле.времени, нормально ф разомкнутые контакты которого подСП ключены к катушке контактора, а со ел со катушка второго промежуточного реле включена в цепь временных контак- , торов второго реле времени.

Description

Изобретение относитс  к области исследований теплофизических свойст тугоплавких электропроводных материалов при высоких температурах, в частности к определению теплоемкос1ТИ , излучательной способности и удельного электросопротивлени , и может быть использовано в энергетической , теплотехнической, металлургической промьшшенност х и других област х науки и техники. Известно устройство, предназначенное дл  определени  теплофизичес ких свойств веществ при высоких тем пературах импульсным методом, содер жащее вакуумную камеру с исследуемым образцом, батарею аккумул торов дл  импульсного нагрева образца, быстродействующий фотоэлектрический пирометр, быстродействующий контактор дл  включени  и отключени  грею щего тока и систему сбора и обработ ки данных. В этом устройстве все уп равление измерени ми, сбором и обра боткой данных осуществл етс  от ЭВМ св занной непосредственно со всей системой. В этом случае заДатчиком времени отдельных этапов в процессе работы устройства  вл етс  генерато импульсов, также наход щийс  в системе Л . Недостатком этого устройства  вл етс  больша  погрешность измерений Температуры, обусловленна  дрейфом чувствительности приемника излучени -пирометра , работающего в режиме посто нного тока без опорной пирометрической лампочки. Наиболее близким техническим реш . нием  вл етс  устройство, содержаще вакуумную камеру с исследуемым образцом , фотоэлектрический пирометр, батарею аккумул торов, быстродейст вующий контактор и три независимых системы дл  управлени  экспериментом , сбором и обработкой данных. Си тема, построенна  на базе генератора импульсов и задержек, управл е импульсом греющего тока. Система, построенна  на генераторе импульсов и задержек в устройстве управлени  пам тью, осуществл ет сбор данных и вывод их на перфоленту. Система, содержаща  большой компьютер и устройство ввода-вьшода, обрабатьшает данные с перфоленты после завершени  всех циклов измерений 2j . 92 Недостатком известного устройства  вл етс  низка  точность определени  теплоемкости, излучательной способности и удельного электросопротивлени  из-за ошибок в измерении температуры, обусловленных широким динамическим диапазоном изменени  регистрируемых сигналов пирометра, и неточности определени  поправки на потери тепла излучением. Это св зано с тем, что схема управлени  работой устройства не  вл етс  гибкой , т.е. не позвол ет регулировать диапазон изменени  регистрируемых сигналов пирометра в «процессе работы и заканчивать нагрев при заданном 1 значении температуры. Отсутствие регулировки диапазона регистрируемых сигналов ухудшает разрешение аналого-цифрового преобразовател , вследствие чего возникает дополнительное увеличение погрешности измерени  температуры. При минимальном измер емом сигнале, равном 40 мВ, ошибка измерени  только из-за разрешени  АЦП составит 2,5%. Цель изобретени  - повышение точности определени  теплоемкости, из .лучательной способности и удельного элек росопротивлени  тугоплавких материалов при высоких температурах. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в устройство, дл  определени  теплоемкости, излучательной способности и удельного электросопротивлени  тугоплавких материалов при высоких .температурах, содержащее фотоэлектрический пирометр, соединенный с одним из входов системы сбора и обработки данных, на вход которой под-; ключены через образцовое сопротивление потенциальные отводы дл  измерени  тока и потенциальные отводы.от исследуемого образца, схемы нагрева образца и управлени  нагревом образца, соединенные между собой через контактор, дополнительно включен датчик начального значени  температуры фотоэлектрического пирометра , соединенный с входом системы сбора и обработки данных, а схема управлени  нагревом образца дополнительно содержит два реле времени, два промежуточных реле, активный и балластных резисторы, нормально разомкнутые контакты первого реле времени включены в цепь катушки первогопромежуточного реле, нормально замк нутые контакты которого шунтированы активным резистором, последовательн соединенным с балластным резистором и источником посто нного тока, а временные контакты первого реле вре мени включены в цеггь катушки второг реле времени, нормально разомкнутые контакты которого подключены, к катушке контактора, а катушка второго промежуточного реле включена в цепь временных контактов второго реле вр мени. На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. .Устройство содержит вакуумную камеру 1 с исследуемым образцом 2, источник 3 посто нного тока, контактор 4, фотоэлектрический пирометр 5 с датчиком 6 начального значени  температуры, систему 7 управлени  нагреном образца, содержащую два реле 8 и 9 времени, два промежуточных реле 10 и 11, активный резистор 12, балластный резистор 13, источник 14 посто нного тока, а также систему 15 сбора и обработки данных, содержащую мини-ЭВМ 16, аналого-цифровой преобразователь 17, мультиплек сор 18. При этом датчик 6 начального значени  температуры соединен с одним из каналов мультиплексора 18, другие каналы мультиплексора 18 соединены с исследуемым образцом 2, образцовым сопротивлением 19, пирометром 5, системой 7 угфавлени  нагревом образца. Мини-ЭВМ 16 соединена с мультиплексором 18 и аналогоцифровым преобразователем 17. Нормально разомкнуты контакты реле 8 времени включены в цепь катушки промежуточного реле 10, нормально замкнутые контакты которого шунтированы активным резистором 12, -последовательно соединенным с балластным резистором 13 и источником 14 посто нного тока, а временные контакты реле 8 времени включены в цепь катушки реле 9 времени, нормально разомкнутые контакты которого подключены к катушке контактора 4, а катушка промежуточного реле 11 включена в цепь временных контактов реле 9 времени. Источник 3 посто нного тока и контактор 4 образуют систему 20 нагрева образца, пирометр 5 с датчиком 6 начального значени  температуры образуют пирометрическую систему 21. В основу работы.устройства положен метод высокоскоростного импульсного нагрева исследуемого образца проход щим через него электрическим током и регистрации зависимости от времени б температуры образца Т, тока I, проход щего через образец, и падени  напр жени  U на его рабочем участке. По полученным зависимост м рассчитывают теплоемкость Ср, Ср (UI--q,J/m(dT/dt),, . где и - падение напр жени  на образце; I - ток, проход щий через образец; m - масса рабочего участка образ ца; mC(dT/do).- поправка на потери тепла излучением во врем  нагрева; j( темп нагрева; излучательную способность tt et ui/ iT-F(i.ff . где J - посто нна  Стефана-Больцмана; - поверхность рабочего Згчастка образца; темп охлаждени  образца; удельное электросопротивление р4-Ь де S - площадь поперечного сечени  образца; - его длина. Устройство работает следующим обазом . Образец 2 в виде трубки или стерж , помещенный в вакуумную камеру 1, агреваетс  током от источника 14 осто нного тока за короткий промеуток времени (около 1 с). Во врем  аботы устройства измер ютс  темпеатура образца 2 с помощью быстроействующего фотоэлектрического пироетра 5, приемником излучени  в котоом  вл етс  фотоумножитель, падение апр жени  на рабочем участке образа 2 и ток в цепи образца 2. Все эти игналы поступают на аналого-цифроой преобразователь 17, св занный

с мультиплексером 18, который поочередно подключает к АЦП соответствующие каналы. Фотопирометр 5 поочередно сравнивает сигналы, поступающие с образца 2, с сигналом опорной лампочки пирометра. Датчик 6 начального значени  температуры вырабатывает некоторый посто нный сигнал, когда температура образца 2 достигнет заранее заданной величины. Этот сигнал  вл етс  стартовым дл  начала измерений АЦП. Четыре системы устройства - система 20 нагрева образца, содержаща  источник 3 посто нного тока и контактор 4, система 7 управлени  нагревом образца, пирометричес ка -система 21, содержаща  пирометр 5 и датчик 6 начального значени  температуры, и система 15 сбора и обработки данных - св заны между собой и работают по програнме проведени  измерений, наход щейс  в пам ти мини-ЭВМ.

Устройство выполн ет программу оп ределени  одного из вышеуказанных теплофизических свойств следующим образом.

С помощью кнопки К включаетс  ситема нагрева образца 20 и одновременно через активный резистор 12 подаетс  сигнал на запуск АЦП 17.

АЦП начинает измерени . При этом в течение времени, установленного на реле 8 времени, АЦП производит некоторое число измерений до нагрева образца дл  проверки отсутстви  помех в каналах тока и напр жени .На температзфном канале при этом измер ютс  посто нные сигналы t опорной лампочки пирометра. По истечении времени, установленного на реле 8 времени, с помощью реле 9 . времени включаетс  контактор 4 и начинаетс  нагрев образца 2. АЦП начинает производить измерени  тока, напр жени  и температуры образца 2 по сигналу, который вырабатывает датчик 6 начального значени  температуры , главным элементом которого  вл етс  фильтр нижних частот, на выходе которого скачком мен етс  посто нна  составл юща . Дл  усилени  этого скачка служит пороговое устройство, выполненное на базе триггера ПЬштта. Датчик начального значени  температуры вырабатывает сигнал на запуск АЦП, когда температура образца достигает величины Пор дка 1800-2200 К. В этих пределах датчик позвол ет регулировать начало измерений АЦП. Конец измерений регулируетс  с пдмощью напр жени  питани  фотоумножител  пирометра.

Врем  нагрева образца, установленное на реле 9 времени, можно регулировать в пределах 0,1-2,5 с в зависимости от материала и массы образца. Число измерений во врем  нагрева регулируетс  программным путем в широких пределах.

После выключени  нагрева образца 2 измерени  продолжаютс  с целью получени  кривой охла здени  образца , котора  используетс  дл  расчета излучательной способности и введени  поправки на охлаждение в определении теплоемкости.

Измеренные значени  тока, напр жени  и температуры занос тс  в пам ть мини-ЭВМ, затем вьшод тс  на печать дл  предварительного анализа , после чего даетс  команда ЭВМ на обработку полученных результатов Расчет излучательной способности, теплоемкости и удельного электросопротивлени  производитс  по приведенным формулам.

Повьш1ение точности определени  теплоемкости, излучательной способности и удельного электросопротивлени  достигаетс  за счет ограничени  динамического диапазона изменени  регистрируемого сигнала пирометра во врем  импульсного нагрева.

При использовании устройства суммарные погрешности в определении теплоемкости составл ют 1,5%, излзгчательной способности 2,5%, удельного электросопротивлени  0,4%

2t

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ, ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ СПОСОБНОСТИ И УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ ТУГОПЛАВКИХ МАТЕРИАЛОВ при высоких температурах, содержащее фотоэлектрический пирометр, соединенный с одним из выходов системы сбора и обработки данных, на вход которой подключены через образцовое сопротивление потенциальные отводы для измерения тока и потенциальные отводы от исследуемого образца, схемы нагрева образца и управления нагревом образца, соединенные между собой через контактор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно включен датчик начального значения температуры фотоэлектрического пирометра, соединенный с входом системы сбора и обработки данных, а схема управления нагревом образца дополнительно содержит два реле времени, два промежуточных реле, активный и балластный резисторы, нормально разомкнутые контакты первого реле времени включены в цепь катушки первого промежуточного реле, нормально замкнутые контакты которого шунтированы активным резистором, последовательно соединенным с балластным резистором и источником постоянного тока, а временные контакты первого реле времени включены в цепь катушки второго реле.времени, нормально разомкнутые контакты которого подключены к катушке контактора, а катушка второго промежуточного реле включена в цепь временных контакторов второго реле времени.

   .SU ... 1165959