Способ определения температуро-проводности материалов Советский патент 1983 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к измерению теплофизических свойств конструкционных материалов и предназначено для использования в материаловедении при изучении свойств металлов и сплавов. Известен способ, согласно которому температуропроводность исследуем лх материалов находят следующим об;разом: подают тепловой импульс на одну сторону плоского образца и измеряют температуру в одной точке на его противоположной стороне .и по полученным данным определяют коэффициент температуропроводности ClJ. Однако данный способ не позволяет учесть погрешность измерения, выз ванную неравномерным распределением энергии теплового импульса на поверх ности образца. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ опре деления температуропроводности материсшов, заключающийся в том, что теп ловой импульс подают на один конец стержня из исследуемого материала и измеряют температуру в двух точках его боковой поверхности, .расположенных на одной образующей C2J, Однако известный способ определения температуропроводности металлов характеризуется высокой погрешностью обусловленной, главным образом, недостаточностью определения координат точек измерения температуры. Цель изобретения - уменьшение пог решности определения температуропроводности за счет исключения погрешности измерения, вызванной неточностью определения координат точек измерения температуры. . Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения температуропроводности материалов, заключающемуся в том, что тепловой импульс подают на один торец стертня из исследуемого материала и измеряют температуру в двух точках его боковой поверхности, расположенных на одной образующей, измеряют интегральную температуру поверхности стержня, которая заключена между торцами стержня и двумя его образующими, и интегральную температуру части этой поверхности, которая заключена между ненагреваемым торцом и параллельным ему сечением стержня, проходящим через ближайшую к ненагреваемому торцу точку изменения температуры, после чего искомую величину рассчитывают по формуле ,116 , Ч/2 где а - температуропроводность; Х2 - координата сечения стержня, проходящего через ближайшую к ненагреваемому торцу точку измерения температуры; /2 - время, при котором выполняется условие в 1/2 2 интегральная температура поверхности стержня, которая заключена между ненагреваемым торцом.и параллельным ему сечением стержня, проходящим через ближайшую к ненагреваемому торцу точку измерения температуры; 02 интегральная температура поверхности стержня, которая заключена между торцами стержня и двумя его образующими. Анализ температурного поля стерж-; длиной L, на поверхность перед- ; о торца которого подают тепой импульс, энергия которого расделена по этой поверхности произьным образом, показывает, что и выполняются условия X«L и (of-,) / 1, то коэффициент темпера-, опроводности может быть найден формуле .-. « - температуропроводность; ; Х - координата сечения стержня, проходящего через ближайшую к ненагреваемому торцу точку измерения температуры; ш - числовой параметр, который находится из следующего соотношения: А, (Z) ф( А - число, которое удовлетворя-.-. ет неравенство и за- i дается экспериментатором; )ф - интеграл ошибок; t-j - время, отсчитываемое от момента подачи теплового импульса, при котором выполняется следующее равенство: hjdxj t(x,Hh,(Mv/J4 dv 2 f, , (,m,f, -n{V/ 2 dV V - параметрическое уравнение граничных точек произвольного сечения стержня, параллельного его торцам. о физическому смыслу 02 (f) гральная температура поверхности стержня, которая заключена между торцс1ми стержня и двумя его образую щими / COn5t, rn()COnSt Vgscons-t, rn(4,)con3t, где 0(f/- интегральная температура части поверхности, которая заключена между нена угреваемым торцом стержня и параллельным ему сечением стержня, проходящим через ближайшую к ненагреваемому торцу точку хгХ2 измерения температуры (2) , Обычно измерения проводят при А 1/2. в этом случае из (2) получим .следующее уравнение: « toojH/i, откуда находим 1Ц,0,47б. Таким образом, согласно (1) полу чим формулу для расчета температуро проводности ; 0,116 Xg /- м/г где время, при котором выполняется условие 6(r;/e2(f/ -iопределяется из экспериг I мента. Итак, используя формулу (4) по найден ному экспериментально значению .. находят коэффициент темпе ратуроп Ьводности. То, что вместо измерения температуры в двух точках на боковой поверх ности стержня измеряют интеграл1 ную температуру Q.t) поверхности стерж ня, которая заключена между торДс1Ми стержня и двумя его образующими, и интегральную температуру части этой поверхности, которая заключена между Зсщним торцом и параллельным ему сечением стержня, проходящим через ближайшую к заднему торцу точку X - Х измерения температуры в известном способе, позволяет уменьшить погрешность определения температуропроводности за счет исключения погрешности измерения, вызванной неточностью в определении координат, этих точек. В известном способе погрешность определения температуропроводности составляет 7-8%. Причем основная погрешность возникает за счет неточности в измерении координат точек и в которых измеряется температура..Исключение этой погрешности при определении температуропроводности по изобретению позволяет уменьшить погрешность определения и до 2-30%. Абсолютная погрешность, с которой определяется координата Х в данном способе на порядок меньше, чем в известном, так как для регистрации температуры используются не термопары, а термометры сопротивления, длина которых может быть определена с погрешностью 0,01 мм, в то время как .при заделке термопа:ры диаметром Ф 0,05 мм имеем 4Хс 0,25 мм. К тому же, чувствительность регистрации интегральной температуры вдоль стержня выше, чем регистрации температуры в одной точке, а это, в свою очередь, приводит к уменьшению относительной погрешности . При высоких температурах ( 100-0 К) может использоваться фотометрический метод регистрации температуры, что упрощает процесс измерения и расширяет температурный диапазон измерения . .

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что тепловой импульс подают на один торец стержня из исследуемого материала и измеряют температуру в двух точках его боковой поверхности, расположенных на одной образующей, -отличающийся тем, что, с целью уменьшегГия погрешности определения температуропроводности, измеряют интегральную температуру поверхности стержня, которая заключена между торцами стержня и , двумя его образующимя, и интегральную температуру этой части поверхности, которая заключена между ненагреваемьш jторцом и параллельным ему сечением |стержня, проходящим через ближайшуюк ненагреваемому торцу точку измерения температуры, после чего искомую/ |величину ;рассчитывают пр формуле . х| 01 0,И - I 42 1где а - температуропроводность} координата сечения стержня, .. проходящего через ближайшую к ненагреваемому торцу точI ку измерения температуры; время, при котором выполня- ( ется условие 0/0 1/2; 0 г- интегральная температура по(/} верхности стержня, которая заключена между ненагреваемым торцом и параллельным ему сечением стержня, прохоС е дящим через ближайшую к ненагреваемому торцу точку измерения температуры; О 9R е - интегральная температура поверхности стержня, которая заключена между торцами стержня и двумя его образ5пощими.