Способ определения теплофизических характеристик твердых материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к способам исследования теплофизических свойств материалов . Известен способ определения коэффициента теплопроводности матерналов, основанный на регистрации температурной кривой и отыскании температурного максимума, возникаюп1его в результате разности температур меж ду радиальными спаями помещенной на поверхность исследуемого образца кольцевой дифференциальной термопары после подачи на плоский круглый нагреватель кратковременного импульса постоянной мощности lj . Недостатками способа являются большая погрешность определения коэффициента теплопроводности исследуе мых материалов, обусловленная субъек тивным характером определения максимума температурной кривой в заданной точке, так как этот максимум до вольно пологий, а также необходимост проведения градуировочных измерений на материалах с известными теплофизическими свойствами .с целью постро ния расчетного графика для определе ния искомого коэффициента. Кроме то го, к недостаткам данного способа о носится возможность определения тол ко одного коэффициента теплопровод-ности и необходимость расположения датчиков температуры и нагревателя на поверхности исследуемого тела, Наиболее близким техническим решением к изобретению является спосо определения теплофизических характе ристик материалов, заключающийся в том, что полубесконечные в тепловом отношении исследуемое и эталонное тела приводят в тепловой контакт по ограничивающей плоскости, от импуль ного источника подводят тепло н и5, меряют температуру тел в месте контакта и в одном из сечений нсследуе мого тела 2j . Недостатком известного способа является длительное время проведения тегшофизических экспериментов, обусловленное необходимостью перво-начального .проведения эксперимента на эталонном теле с последующим термостатированием системы цпя проведения второго этапа измерений, а также малая точность определения искомых теплофизических характеристик, вызванная необходимостью размеше1-шя нагревателя и термопреобразоватепеи на поверхности исследуемо го тела,.что является причиной hoявления погрешностей от контактных термосопротивленнй между нагревателем и исследуемым телом, термопреобразователем и исследуемым телом. Сделать теоретическую оценку с целью введения поправки в данном случае достаточно сложно вследствие наличия большого числа факторов, влияю1ЦИХ на величину термического сопротивления, к числу которых относится степень прижатия нагревателя и датчиков температуры к исследуемому телу, шероховатость поверхности тела, его теплофизи- геские свойства, твердость и пр. Целью изобретения является сокращение времени определения теплофизических характеристик путем исключения предварительного эксперимента на эталоне и повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения тегшофизических характеристик твердых материалов, заключающемлся в том, что полубесконечные в тепловом отношении исследуемое и эталонное, тела, приводят в тепловой контакт по ограничивающей плоскости, от импульсного источника подводят тепло и измеряют температ пру тел, источник тепла помещают в эталонное тело, температуру измеряют в заранее заданные два момента времени после теплового воздействия в одном из сечений зт 1локного тела, а иско1Ф1е теплсфизические характеристики определяют по формулам ,+-)л, Jli. R/G., -i-t-K -э .4F 1-i/ VY la 1 bi 2 ::i:-: en Тн1-к,,г21л1г7 , ,Q соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводностиэталонного и исследуемого тел Вт/(М К)-; .

физических характеристик исследуемого материала.

Время проведения теплофизического эксперимента в известном способе можно определить как

- Т

где Т - время проведения эксперимента на эталонном материале, включая и время на термог статирование тепловой сиетемы перед началом второго этапа эксперимента,

Т« время проведения эксперимента на исследуемом материале. В данном случае время проведения эксперимента равно Тя . Поскольку для термостатирования после теплового воздействия на первом этапе требуется больше времени, чем для

Термостатирования системы ранее не подвергающейся тепловому воздействию, то Т Т-. Общее время эксперимента в предлагаемом способе более, чем в два раза меньше, чем в известном, что свидетельствует о достижении цели предлагаемого способа

Погрешность косвенных измерений искомых теплофизических характеристик определяется погрешностью измерения температуры в контролируемых точках.

В предлагаемом способе устраняется операция контактного измерения поверхности исследуемого тела, т.е. температурновременные измерения производятся с меньшей погрешностью, что в конечном счете повышает точность определения искомых теплофизических характеристик.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ,, заключающийся в том, что полубесконечные в тепловом отношении исследуемое и эталонное тела приводят в тепловой контакт по ограничивающей плоскости, от импульсного источника подводят тепло и измеряют температуру тел, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени определения теплофизических характеристик путем исключения предварительного эксперимента на эталоне и повышения точности измерения, источник тепла помещают в эталонное тело, температуру измеряют в заранее заданные после теплового воздействия два момента времени в одном из сечений эталонного тела, a искомые теплофизические характеристики определяют по формулам -к X. С : TV (R/Va7+47) л|а7 я/Дз+лГ э 1-к сг л1а7 где л н( Ь J - с г« 1 Hl-.- a -ftT a соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводности эталонного и исследуемого тел, Вт/(м.к.), м2/с, объемная тепв лоемкость исследуемого материала , Дж/к/м, R расстояние от плоскости конг такта тел до мгновенного источника тепла, м, Ч соответственно сл ю координаты и время, 1, И 2заданные моменты времени T,(R,T,) и . T,(R,T2), Тц (,) и T()- соответственно температуры в сечениях эталонного и исследуемого материяЛОВ в моменты f о времени 1 К