Файл: Лебедев Д.П. Тепло- и массообмен в процессах сублимации в вакууме.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 144

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

сы ВЛТ-500, аналитические весы с устройством для на­ ложения шариковых гирек. Недостаток этих весов состо­ ит в том, что сам метод визуального контроля убыли массы в процессе сублимации в вакууме вносит значи­ тельный, так называемый «паразитный», радиационный поток от проницаемых стеклянных стенок к эксперимен­ тальному образцу.

Чтобы избежать радиационного потока, многие ис­ следователи или экранировали экспериментальный об­ разец или помещали его вдали от шкалы прибора. Од­ нако при средних и малых тепловых потоках доля «пара­ зитного» радиационного потока была соизмерима с радиационным потоком от рабочего излучателя, что могло вносить значительную погрешность при исследова­ нии процесса сублимации. Точность измерения требует полной ликвидации «паразитного» радиационного пото­ ка путем термостатирования стенок вакуумной камеры и требует применения приборов автоматического дистан­ ционного контроля убыли массы.

Приборы автоматического контроля убыли массы. В

последнее время при исследовании тепло- и масеообмена в вакууме широко используется автоматический контроль убыли массы. В приборах автоматического

контроля убыли массы в вакууме

в качестве дат­

чиков используются тендозатчики,

магнитные подвес­

ки, дифференциально-линейные трансформаторы и т. п. (подробно эти датчики и методы рассмотрены в [Л. 3-30].

Тензометрические весы. Сущность тензометрического метода состоит в следующем. Если металлическую про­ волоку или полупроводниковый тензодатчик подвергнуть действию растягивающей силы, то в результате этого изменится их удельное сопротивление.

В [Л. 3-24] при исследовании сублимации льда в ва­ кууме впервые были применены тензометрические весы с проволочными датчиками, недостатком которых, как было установлено в этой работе, является их значитель­ ная погрешность, связанная с тем, что изменение сопро­ тивления, обусловленное колебаниями температуры на несколько градусов, соизмеримо с изменением сопроти­ вления тензодатчика, вызванного, измеряемой деформа­ цией.

Нами в [Л. 4-13] для исследования нестационарных процессов сублимации льда в вакууме были спроектиро­

108

ваны и использованы при экспериментальных исследова­ ниях простые, компактные весы на полупроводниковых тензорезисторах, не имеющие указанных недостатков (рис. 3-23). Принцип действия этих весов не отличается от весов, описанных в {Л. 3-24]. В процессе сублимации под действием энергии излучения в вакууме происходит изменение (уменьшение) веса образца, подвешенного на

консоли.

Консоль являет­

 

 

ся упругим элементом ве­

 

 

сов.

При

 

деформации

 

 

упругого

элемента

 

под

 

 

действием

веса

образца

 

 

два

 

полупроводниковых

 

 

тензометрических

датчи­

 

 

ка

сопротивлением

 

Roi и

 

 

Хоз

находятся

в растяну­

 

 

том, а два (нижние) со­

 

 

противлением

Rot

 

и

ROI

 

 

в сжатом

состоянии

(рис.

 

 

3-23, а ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В

качестве

датчиков

 

 

применялись

кремниевые

 

 

тензорезисторы КТД-3 с

 

 

сопротивлением

 

 

Ro =

 

 

= 340 ом

и

коэффициен­

 

 

том

тензочувствительно-

 

 

сти

К= 130.

Все

датчики

 

 

включались

по

мостовой

 

 

схеме.

К одному

из плеч

 

 

моста

подключался

 

изме­

 

 

рительный прибор,

к дру­

 

 

гому— источник

питания

 

 

(батарея).

В

качестве

 

 

источника

питания

 

ис­

Рис. 3-23. Весы на полупроводни­

пользовался аккумулятор,

ковых тензодатчиках.

б — элек*

обеспечивавший в течение

а — конструктивная схема;

трическая схема.

 

длительного

 

времени

по­

/ — вакуумная камера;

// — пульт

стоянство напряжения пи-

управления; Д — датчики КТД-3.

тания

и 0= 1,5 в.

 

 

 

 

 

 

 

При проектировании весов учитывалось, что в усло­

виях проводимых экспериментов необходимо производить измерения убыли'веса образца-величиной, не превышаю­ щей ІО-2 кгс (предельные нагрузки на свободный конец балки принимались 5 - 10~3 и 15- Ш~3 кгс).

109

Геометрические размеры упругого элемента рассчи­ тывались следующим образом. Прогиб конца балки дли­ ной I определяется формулой

 

P L 3

A P I 3

(3-7)

 

Ш Г

~ЁШ'

 

 

где b — ширина балки;

h — толщина балки, Е — модуле

упругости; / — момент

инерции рассматриваемого попе­

речного сечения относительно нейтральной оси, лежащей

на

нем. Применительно к рассматриваемому примеру

£ =

3,0 • ІО4 кгс/см2; /= 6 /і3/12.

 

Выбор прогиба б конца балки должен определяться от­

носительным удлинением, вызывающим изменение сопро­ тивления терморезистора. Для указанных условий после простых алгебраических операций можно получить А1/1= = б2/Р.

При заданных величинах 6= 0,2 см; А///=6,25• ІО-4, длина балки

/=<б(А///)_1/2= 8 см.

При Ь = 2 см

Ь = 1 ) / 8 3 . 1 0 і - 2 - 0 , 2 ' = < ^ ’ 1 СМ’

При нагружении упругого элемента балки некоторой силой р сопротивления тензорезисторов, наклеенных на упругий элемент сверху и снизу, изменяются различ­ ным образом так, что

 

Я оіЯ оз^Я Л .

(3-8)

 

Ток разбаланса в измерительнойцепи можно оценить

по формуле

 

 

 

AIT/IT= AIRO/RO,

(3-9)

где

/т — ток, текущий через

тензорезистор, определяю­

щийся по формуле

 

(3-10)

 

Ir = UolR0.

 

Тогда

 

 

 

А/т= / т ^ § L _ /Tfee= / Tfe

(3-11)

 

АО

ь

 

где

ARoIRo — относительное

изменение

сопротивления;

k — чувствительность тензорезнстора к деформации.

 

Последняя формула позволяет рассчитать при вы­

бранной величине убыли массы образца

(в процессе его

сублимации) изменение тока в измерительной цепи и тем самым подобрать измерительный прибор,

но

Упругий элемент весов (балка) термосТатироваЛаСь экранами из белой жести или кожухом, внутри которого находился замороженный лед при температуре, соответ­ ствующей давлению в вакуумной камере.

Тарировка весов производилась в атмосферных усло­ виях (и по отдельным точкам проверялась в вакууме) с помощью равновесия. При помещении гирьки весом G на свободный конец балки стрелка микроамперметра отклонялась на ЛG делений. При включении тарировоч. ного ключа Т это отклонение составляло п делений. Так как

AG/AT=GIT,

(3-12)

где Т —величина тарировочного сигнала

в граммах, то,

найдя величину среднего тарировочного сигнала для не­ скольких навесок, по показаниям AG и АТ можно опре­ делить величину G:

G= ^ r T .

(3-13)

Зависимость G/TCp=f(AG/AT)

представляет собой

прямую, наклоненную под углом 45° к оси абсцисс, как это показано на рис. 3-24.

Точками на графике показаны данные по тарировке

весов.

 

 

такого

мето­

 

 

 

 

Достоинством

е/т

 

 

 

да тарировки является то, что

 

 

 

при изменении напряжения ис­

г,о

 

 

 

точника

питания

сохраняется

 

 

 

равенство (3-11) и цена

деле­

1,5

 

 

 

ния прибора в единицах веса

 

 

 

 

остается

неизменной.

Кроме

W

 

 

 

того, установив прибор на от­

 

 

 

 

метку

0, для любого

момента

 

 

 

AG/âT

времени можно получить изме­

 

 

 

нение

(убыль)

веса

образца,

 

 

 

----

а не его абсолютное

значение.

О 0,5

1,0

1,5

2,0

Представленная

схема

ве­

Рис. 3-24. Тарировочный

сов на

тензорезисторах

по­

график

весов

на

полупро­

казала

надежность

и высокую

водниковых

тензодатчиках.

стабильность в работе при широком диапазоне тепловых нагрузок и вакуума.

Приведенная методика их расчета, конструирование и тарировка могут быть распространены на более широ­ кий диапазон изменения массы образца в процессе су­ блимации.

Ш

Смотрите также файлы