СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2011 года по МПК G01N25/00 

Предлагаемое изобретение относится к области теплофизических измерений методами мгновенного источника тепла.

Известен метод мгновенного источника тепла для комплексного определения теплофизических характеристик материалов (Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов. М., Физматгиз, 1962 г., 456 с.).

Недостатком этого метода является сравнительно длительное проведение эксперимента, а также большая погрешность определения экстремума температурной кривой вследствие «размытости» характера термограммы нагрева в области ее максимальных значений.

Известен способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов (Авт.свид. №1635099 SU Al, G01N 25/18, 15.03.91 г., Бюл.№10), принятый за прототип, заключающийся в нагреве плоской поверхности материала импульсным источником тепла постоянной мощности, измерением в заданный момент времени температуры в двух точках, расположенных по перпендикуляру к линейному импульсному источнику тепла, при этом измеряют температуру в дополнительной точке, расположенной между двумя первыми, температуру в которых регистрируют в момент достижения максимальной температуры в дополнительной точке и последующим расчетом искомых характеристик по формулам.

Недостатком этого способа является большая погрешность определения теплофизических характеристик материалов вследствие «размытости» характера изменения термограммы нагрева в дополнительной точке в области ее максимальных значений, соответственно значительная погрешность определения момента времени, соответствующего экстремуму температурной кривой.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности измерений.

На чертеже приведена схема для реализации предлагаемого способа.

На плоской поверхности полубесконечного в тепловом отношении материала установлен импульсный источник 1 тепла и датчики температуры с тремя термопарами 2, расположенными по перпендикуляру к линейному источнику тепла на поверхности исследуемого материала 3, при этом вторая термопара через усилитель и нуль-органа соединена по дифференциальной схеме с первой термопарой.

После подачи теплового импульса с энергией Q регистрируют момент времени, при котором усиленный сигнал второй термопары станет равным сигналу первой термопары, с помощью нуль - органа (условно не показано), а также значение температуры в третьей точке в этот момент времени.

Температура на поверхности материала описывается выражением:

где Q - количество тепла, выделяемое с единицы длины линейного источника тепла; τ - время; "a", λ - коэффициенты температуропроводности и теплопроводности; x, у - координаты.

Для момента времени τ₁, соответствующего соотношению

где n - коэффициент усиления усилителя, подключенного входом к выходу второй термопары, а выходом соединенный по дифференциальной схеме через нуль-орган с выходом первой термопары.

В этом случае на основании соотношений (1) и (2) получим:

Использование данного изобретения позволяет повысить точность определения теплофизических характеристик материалов, т.к. регистрация наперед заданных соотношений сигналов нуль-органом отличается повышенной точностью по сравнению с дифференцированием «размытых» термограмм нагрева для определения экстремума, что применялось в прототипе.

Изобретение относится к области теплофизических измерений. В способе воздействуют тепловым импульсом на поверхность образца. Измерение температуры осуществляют в трех точках, располагаемых по перпендикуляру к линейному источнику тепла. При этом регистрируют момент времени, при котором усиленный сигнал второй термопары станет равен сигналу первой термопары, а также значение температуры в третьей точке в этот момент времени, искомые характеристики рассчитывают по предлагаемым формам. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности измерений. 1 ил.

Способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов, включающий нагрев плоской поверхности материала линейным импульсным источником тепла постоянной мощности, измерении температуры в трех точках, расположенных по перпендикуляру к линейному источнику тепла, и последующий расчет искомых характеристик, отличающийся тем, что регистрируют момент времени, при котором усиленный сигнал второй термопары станет равен сигналу первой термопары, а также значение температуры в третьей точке в этот момент времени, а искомые характеристики определяют по формулам:


где a, λ - соответственно коэффициенты температуропроводности и теплопроводности исследуемого материала; x₁, x₂, x₃ - координаты точек, в которых измеряется температура; T₁, T₂, Т₃ - измеренные значения температуры в точках x₁, х₂, х₃;
τ₁ - время достижения заданного соотношения n между температурами T₁ и T₂(T₁=nT₂);
Q - количество тепла, выделяемого с единицы длины линейного источника тепла.