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

Изобретение относится к тепловым испытаниям и может быть использовано при разработке и исследовании новых материалов и изделий из них.

Известен способ определения теплопроводности и теплоемкости матери лов, основанный на измерении зависимости температуры от времени в плоскости теплового контакта эталонного материала з виде пластины и исследуемого тела после мгновенного охлаждеНИН при постоянной температуре внешней поверхности пластины l .

Недостатками данного способа являются длительность эксперимента, связанная с необходимостью регистрации термограммы в плоскости контакта, и значительная погрешность, обусловленная необходимостью графической обработки температурной кривой для расчета теплофизических характеристик, а также необходимостью установки датчика температуры на поверхности исследуемого тела.

Известен способ определения теплоФизических характеристик материалов, заключающийся в тепловом воздействии на свободную поверхность пластины путем скачкообразного изменения температуры и поддержания ее постоянной на новом уровне и измерении момента вре мени, когда соотношение температур на поверхности пластины и в плоскости контактных тел достигает наперед заданного значения 2j .

Недостатками известного способа являются ограниченная точность определения искомых теплофизических характеристик, обусловленная необходимостью размещения термопреобразователя на поверхности исследуемого тела, что является причиной появления контактного термосопротивления между термопреобразователем и телом, а также погрешность, обусловленная необходимостью косвенного измерения момента времени достижения наперед заданного соотношения между температурами на поверхности пластины и в плоскости контакта тел посредством непрерывного сравнения разных по уровню сигналов термопреобразователей, расположенных в указанных точках. Погрешность от влияния контактных термосопротивлений в тепловой системе составляет наибольшую долю в общей погрешности результатов измерений (около 40-50%), а сделать точную теоретическую оценку с целью введения поправки невозможно вследствие большого числа неконтролируемых факторов, влияющих на величину контактного сопротивления, к числу которых относятся степень прижатия термопреобразователя к исследуемому телу, шероховатость тела, твердость и т.д.Цель изобретения - повышение точ нести и исключение операций предварительной обработки поверхности ис.слеДуемого материала.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения теплофизических характеристик материалов, заключающемуся в тепло-, вом воздействии путем скачкообразного изменения температуры и поддержания ее на новом постоянном уровне на свободную поверхность эталонной пластины, приведенную в тепловой контакт с полубесконечным в тепловом отношении телом, и измерении теплового потока, тепловой поток измеряют на поверхности эталонной пластины через заранее заданный промежуток времени датчиком, закрепленным на ее поверхности, а теплофизические харак теристики рассчитывают по формуле

. Т,, г Лц - коэффициент теплопроводности исследуемого тела,

объемная теплоем сость исследуемого телаА у | ;

тепловой поток на внешней поверхности эталона в момент времени t ,

TCтемпература на внешней стороне эталона,°К;

соответственно коэффициент тепло- и температуропроводности эталонного материала

VM«; /с

R - толщина эталона, м.

На чертеже представлена схема, реализующая способ.

Сущность способа заключается в следующем.

Полубесконечное в тепловом отношении тело приводят в контакт с пластиной, обладакщей известными . свойствами. Перед началом эксперимента .систему исследуемое тело пластина термостатируют при постоянной начальной температуре. Затем, температуру свободной поверхности пластины скачкообразно меняют и лотом поддерживают постоянно на новом температурном уровне. После начала теплового воздействия в заданный момент времени Z , измеряют значение теплоиого потока с (-R,,) на поверхности пластины.

Расчет искомых теплофиэических характеристик осуществляют из решения обратной задачи теплопроводности для системы полуограниченное в тепловом отнесении тело-пластина .из эталонного материала.

Тепловой процесс в данной физической системе описывается следую

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ, заключакнцийся в тепловом воздействии путем скачкообразного изменения темп ратуры и поддержания ее на новом постоянном уровне на свободную поверхность эталонной пластины, приведенну в тепловой конта.кт с полубесконечным в тепловом отношении телом, и измере нии величины теплового потока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и исключения операции предварительной обработки поверхности исследуемого ала, тепловой поток измеряют ерхности эталонной пластины заранее заданный промежуток и датчиком, закрепленным на ерхности, а теплофизические еристики рассчитывают по фор. . V. . «Cejfu- а, UK , o,Shкоэффициент теплопроводности исследуемого тела, Вт/мк; объемная теплоемкость исследуемого тела, тепловой поток на внешней поверхности эталона в момент времени , температура на внешней стороне эталона,К t соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводности эталонного материала, Вт/мк; мЗ/Сг толщина эталона, м.