Способ определения тепло- и температуропроводности материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N25/18 

эо

сд

о ч

Изобретение относится к технической физике, а именно к области исследований теплофизических свойст веществ материалов, и может найти широкое применение в народном хозяйстве при производстве искусственных Материалов,

Известен способ определения теплофизических характеристик материалов, основанный на использовании начальной стадии теплового возмущения в теле. Способ состоит в том, что исследуемое и эталонное тела термостатируют при различных температурах, а затем приводятся в контакт по плоскости, после чего регистрируется температура в плоскости контакта til.

Недостатком данного способа является низкая точность, обусловленная невозможностью строгого выполнения граНичных условий при его реализации.

Известен также способ определения теплофизических характеристик материалов, состоящий в том, что образец термостатируют при постоянной температуре, воздействуют «а него источником тепла постоянной мощности по линии, проходящей в теле образца на заданном расстоянии от этой линии С2.

Недостатком данного способа является также малая точность обусловления неучетом погрешности, связанной с изменениями материала из-за температурного воздействия на него и температурозависящими потерями

тепла.

(

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения тепло- и температуропроводности материалов, включающий воздействие на термостатируемнй при постоянной температуре образец несколькими источниками тепла,находящимися в исследуемом образце На одинаковом расстоянии и расположенными симметрично относительно одного датчика температуры, реги;страцию изменения температуры в образце СЗ.

Недостатком известного способа является длительное время проведения эксперимента, связанное с необходимостью многократного термо статирования и поочередного подключения увеличивающегося от опыта к опыту количества источников тепла, а также ограниченная точность, вызванная необходимостью измерения малой по величине избыточной температуры, значение которой в каждом опыте постоянно и ограниченно, так как с увеличением количества источников теплая мощность каждого из них уменьщается пропорционально их числ

и равна значению для случая теплового воздействия одного источника.

Целью изобретения является уменьшение времени и повышение точности определения искомых теплофизических характеристик.

Цель достигается тем, что согласно способу определения тепло- и температуропроводности -материалов, включающему воздействие на термостатируемый при постоянной температуре образец несколькими линейными источниками тепла, находящимися в исследуемом образце на одинаковом расстоянии и расположенных симметрично относительно одного датчика температуры, регистрацию изменения температуры в образце, по которому судят об искомых параметрах осуществляют однократное испульсное тепловое воздействие на образец всеми источниками тепла с постоянной и одинаковой для каждого из них мощностью, величина которой выбирается из условия, что температура исследуемого образца при тепловом воздействии будет на 10-15% меньше температуры фазового перехода исследуемого материала, после чего искомые характеристики вычисляются по формулам

()

(-4

. r( oMNl

.2.

nS

- . -

(2)

exp ,T(x,v,:,;

V

(31

С- л/01

-текущие .-координаты;

-время; -температуры в точке

расположения термопреобразователя соответственно в момент времени

t. и

2

г - расстояние от термопреобразователя до линейных источников;

Л , а - коэффициенты тепло- и температуропроводности исследуемого материала; Q - количество тепла, выделяемое с единицы длины линейных источников тепла;

С - удельная теплоемкость. Таким образом, после одновременного теплового воздействия от всех источников тепла, определив значение температуры в точке, расположенной на одинаковом расстоянии и симметрично источникам в два различных момента времени f и 2 , и зная мощ5 ность каждого источника по формулам {) ) - (.3), можно рассчитать искомые характеристики. Для реализации предлагаемого способа использовались пластины из поли метилметакрилата толщиной 1 мм, между которыми размещались четыре линей ных нагревателя из нихромовой проволоки 0 0,2 мм, симметрично на одинаковом расстоянии г 2 мм от источ ника помещался термопреобразователь в виде хромель-копелевой микротермопары, электроды которой 0,15 мм сварены встык и расположены параллельно линиям действия источников тепла. При проведении эксперимента на каждый источник одновременно подавалась мощность Q 78 Вт/м, измерялась температура в интервале 3540, ас момента подачи теплового импульса погрешность температурно-временных измерений не превышала 3-5%, коэффициент температуропроводности при этом получился а 1,14-10 Л 2,01-10 - , отсюда погрешность измерений в первом случае 6,2% а во втором случае 4,8%, по сравнению со справочными данными для исследуемого материала. Время проведения эксперимента в предлагаемом способе не более 1 мин ( длительность импульсного теплового воздействия 1-2 с /, а в известном способе время эксперимента не менее 5-6 ч, так как время термостатиррвания образца между циклами измерения 30-40 мин, а число циклов 6-10, то очевидно,что время проведения эксперимента в пред лагаемом способе сократилось более, чем в 300 раз. В известном способе значение измеряемой температуры определяется как 1.ехр( UU) где Q - общая мощность теплового воз действия, которая подается вначале на один источник, затем делится поровну на два источника, три, четыре и т.д. до п. В предлагаемом способе амплитудное значение измеряемой температуры равЙо 1 07 V -Uехр{- 1 о -о - 1) ;/1гЛ п - число источников тепла; Q - мощность одного источника, равная общей мощности всех источников в известном способе . Отсюда амплитудное значение контролируемой в процессе эксперимента температуры в предлагаемом способе в п раз больше, чем в известном. Относительная погрешность измерения температуры в известном способе определяется по формуле где ±лТ -. абсолютная погрешность измерения в первом и втором случаях. Из формул (i) и (5) очевидно, ч то погрешность температурных измерений в предлагаемом способе в п раз меньше, чем в известном, так как Т(х,.Уд, Г ) в п раз больше, чем Т(ХО,УЦ, i),.a время проведения эксперимента сократилось более, чем в 300 раз. Таким образом, однократное тепловое воздействие на образец и выбор мощности каждого, источника из условия, что избыточная температура исследуемого образца при тепловом воздействии будет на 10-15% меньше температуры фазового перехода (это условие с заданным запасом позволяет сохранить структуру и теплофизические свойства исследуемого материала/ , в отличие от известного способа повышает быстродействие и уменьшает погрешность температурно-временных измерений, что позволяет с большей производительностью и точностью определять тепловые свойства исследуемых веществ материалов и широко применять способ в практике теплофизических измерений.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОИ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, включающий воздействие на термостатируемый при постоянной температуре образец несколькими линейньпии источниками тепла, находящимися в исследуемом образце на одинаковом расстоянии и расположенными симмет-рично относительно одного датчика температуры, регистрацию изменения температуры в образце, по которому судят об искомых параметрах, о т лич ающи и с я тем, что, с целью уменьшения времени и повышения точности определения искомых теплофизических характеристик, осуществляют однократное импульсное тепловое воздействие на образец всеми источниками тепла с постоянной и одинаковой для каждого из них мощностью, величина которой выбирасл ется из условия, что температура исследуемого образца при тепловом воздействий будет на 10-15% меньше температуры фазового перехода исследуемого материала.