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

Изобретение относится к теплофизи ческим измерениям и может быть испол зовано в материаловедении при опреде лении свойств электропроводных материаловИэвестен способ определения тепло- и,электропроводности электропроводных материалов, заключающийся в том, что образец в виде стержня, концы которого имеют одинаковую температуру, помещают в среду с посторнной температурой, и разогревают электрическим током. После включения электрического тока в стахщонарном состоянии измеряют распределение тем пературы по длине образца, падение напряжения на нем и силу тока идущег через образец 11 Недостатком этого способа являетс длительность снятия температурной зависимости искомых параметров, обус ловленная ступенгатым характером перехода от одного температурного уров ня к другому и длительностью создани требуемого температурного режима опы та, а также то, что определяются только два параметра: теплопроводность и электропроводность. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ определения тепло- и электрогфоводности электропроводных материалов, заключающийся в том, что образец в виде тонкого стержня нагревают электрическим током, концы образца поддерживают при температуре, равной температуре среды, изменяющейся монотонно, измеряют распределение температуры по длине образца, падени напряжения на нем, силу тока, идущег через образец и скорость изменения температуры среды по которым судят об определяемых величинах 23. Недостатком этого способа является ограниченная производительность так как величину скорости изменения температуры средыприходится ограничивать таким образом, чтобы в расчетной формуле для теплопроводности комплекс, содержащий ск.оростьразогрева, носил поправочный характер и не превышал 0,1-0,2. В этот комплекс входит также и коэффициент температуропроводности исследуемого материала (либо теплоемкость), Который должен быть определен из независимых экспериментов, либо по литературным данным. Операция измере ния скорости не может быть достаточно точной; для новых, неизученных материалов коэффициент температуропроводности не известен, а литературные данные для изученных часто не являются достоверными, В связи с этим увеличение скорости разогрева, необходимое для увеличения производительности, приводит к возрастанию роли указанного комплекса и снижению точности. Недостатком известного способа .является также возможность определения только двух параметров: теплопроводности и электропроводности. Цель изобретения - ускорение процесса определения тепло- и электропроводности и расширение функциональных возможностей за счет определения температуропроводности. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения тепло- и электропроводности, заключающемуся в том, что образец в виде тон-, кого .стержня нагревают электрическим током, концы образца поддерживают при температуре, равной температуре среды, изменяющейся монотонно, измеряют распределение температуры по длине образца, падение напряжения на нем, силу тока, идущего через образец, и скорость изменения температуры среды, по которььм С5дят об определяемых величинах, , среднее сечение образца поддерживают при температуре среды, в обе сторояь от среднего сечения пропускают не равные между собой токи, измеряют разность температур между д) сечениями, расположенными по разные стороны от среднего сечения и равноудаленными от концов образца и от среднего сечения, разность температур между концом образца и сечением, расположенным на равном расстоянии от среднего сечения и одним из концов образца, по которым судят о распределении температуры по длине образца, силу тока измеряют по разные стороны от среднего сечения образца, а падение напряжения определяют на одинаковых по длине участках образца по разные стороны от среднегс: сечения. Искомые величины рассчитывают по следующим формулам: . ), ,, ,. и и, 5 iM. 2|Д 2где - теплопроводность, Вт-м- электропроводность. Ом Ь а темперятуропроводность, с-; сила тока через одну половину образца. А; падение напряжения на одной половине образца. В; сила тока через другую поло вину образца, А; падение напряжения на другой половине образца. В; С - длина образца между средним сечением и концом образца, н; площадь поперечного сечения образца, разность температур между двумя сечениями, расположенны ми по разные стороны от среднего сечения и равноудаленным от концов образца и от средне сечения. К; разность температур между концом образца и сечением,расположенным на равном расстоянии от среднего сечения и одним из концов образца. К; скорость измерения температур среды. Кна боковой теплообпоправкаВ формулу (1) для теплопроводности входит скорость изменения темпера туры среды, ни температуропроводность образца. Таким образом, точность опре деления коэффициента теплопроводности не уменьшилась. Точность определения электропровод ности также не изменилась. Наличие на образце среднего сечени с температурой равной температуре его концов, пропускание не равных по величине токов прозволяет создать в каждой части образца различное тепловое состояние. Использование дифференциальной схемы измерения позволяе исключить из расчетной формулы для теплопроводности скорость измененг1р.темпе ратуры среды и проводить измерения при больших скоростях разогрева. Кром того, это дает возможность дополни10984 ельно определять температуропроводость исследуемого материала. В известном способе С/. для материалов с 10-100 Вт (м-К), скорость разогрева при токах через образец 100-200 А не должна превьаиать 0,03 К/с, чтобы оказалось возможным измерение Д с погрешностью в 2-3%. Такая погрешность получается при следующих условиях: относительная погрешность измерения площади поперечного сечения образца не более 0,5%; относительная погрешность измерения длины рабочего участка образца не более 0,5%, относительная погрешность определения силы тока не более 0,1%, относительная погрешность определения температуры не более 1%, относительная погрешность комплекса, содержащего скорость разогрева среды и температуропроводность не более 1%. Ecjni скорость разогрева среды увеличить в три раза, то погрешность определения Л увеличится на 1,4% и будет равной 3,44,4%. При скорости разогрева среды в0,03 К/с измерения в диапазоне температур 320-1200 К проводятся в течение 7-8 ч. В предлагаемом способе погрешность равна 2-2,5% и не зависит от скорости разогрева. увеличить скорость разогрева в три раза, тем самым уменьшая время измерения в три раза, не ухудшая точности определения теплопроводности и электропроводности. Пример. Опытная проверка способа проводилась на образце из нержавеющей стали 12Х18Н 10 Т диаметром 5 мм и длиной 150 мм. Образец закреплялся в установке так, что температуры концов Исредн-его сечения были равны температуре среды. Одна дифференциальная термолара крепилась в точках, расположенных по разные стороны среднего сечения и равноудаленных от концов образца и среднего сечения. Вторая дифференциальная термопара крепилась в точке, расположенной на одном конце образца, и в точке, расположенной в сечении, равноудаленном от среднего сечения образца и конца образца. Увеличивают температуру среды монотонно со скоростью 0,1 3 К/с. Через половину образца пропускали ток 3 19 А. При этом jt 29,4 К, At 19,4 К, и 49 мВ.Полученные значения теплопроводности отличались от литературных на 2,5%, 1/2%, 6%

$1096548ft

соответственно,Процесс измерения тем- а точность определяемых величин пературной зависимости параметров в ин- сохранилась. Дополнительно потервале температур 320-1 200 К занял 2 ч, явилась возможность определеПо сравнению с прототипом длитель- ния коэффициента температуропроность процесса измерения уменьшилась, ; водности.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что образец в виде тонкого стержня нагревают электрическим током, концы образца поддерживают при температуре, равной температуре среды, изменяющейся монотонно, измеряют распределение температуры по длине образца, падение напряжения на нем, силу тока, идущего через образец, и скорость измЪнения температуры среды, по которым судят об определяемых величинах, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса определения теплопроводности, электропроводности и расширения функциональных возможностей способа за счет определения температуропроводности, среднее сечение образца поддерживают при температуре среды, в обе стороны от среднего сечения пропускают не равные между собой токи, измеряют разность температур между двумя сечениями, расположенными по разные стороны от среднего сечения и равноудаленными от концов образца и от среднего сечения, разность температур между концом образца и сечением, расположенным на равном расстоянии от среднего сечения и одним из концов образца, по S с которым судят о распределении температуры по длине образца, силу тока измеряют по разные стороны от среднего со сечения образца, a падение напряжения определяют на одинаковых по длине сд участках образца по разные стороны оо от среднего сечения.