Способ определения коэффициента температуропроводности электропроводящих тел Советский патент 1985 года по МПК G01N25/18 

J Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано для измерения коэффициента температуропроводности электропроводящих твердых тел в широком диапазоне температур. Известен способ определения коэффициента температуропроводности твердых тел, при котором цилиндрический образец нагревают монотонно внешним источником тепла, измеряют перепад температур между двумя цилиндрическими поверхностями, находящимися на разном удалении от оси циЛинДра, а коэффициент температуро проводности рассчитывают по формуле b (х -xi) 2 Ф Тт., -fj ) где Q - коэффициент температуропроводности; . , dT - скорость нагрева; at . X,,, Xj - расстояния изотермически поверхностей от базовой изотермической поверхнос ти; Т, Tj - температуры изотермических поверхностей; - численньй коэффициент, учитьгоающий геометричесц параметры образца (Ф д пластины, Ф 2 для цилин ра, для сферы). Однако.способ сложен в реализаци что связано с необходимостью опреде ления температуры хотя бы одной из изотермических пoвiepxнocтeй внутри образца (например, путем введения датчиков внутрь образца), обладает недостаточной точностью определения коэффициента температуропроводности обусловленной искажением температур ного поля в образце, вызв анным введениемхотя быодиого из датчиков темп ратуры внутрь образца, и ограниченной точностью определения координат изо термических поверхностей из-за конечности размеров датчиков температуры. Наиболее близким к изобретению является способ определения коэффициента температуропроводности тверд тел, включающий монотонный нагрев цилиндрического образца внешним источником тепла, пропускание через образец постоянного тока, модулированного колебаниями высокой частоты непрерывное измерение электросопрот 30 - 2 ления образца постоянному току и определение искомого коэффициента расчетным путем. Для измерения перепада температур по сечению образца используют измерения элек1 росопротивения току высокой частоты, что дает информацию о температуре поверхностного слоя, и электросопротивления постоянному току, что дает информацию о среднеобъемной температуре 2 , Недостатком известного способа является невысокая точность определения вследствие использования регистрации двух величин электросопротивления для вьмисления разности температур в образце. Цель изобретения - повьш1.ение точности определения. Указанная цегь достигается тем, что при способе определения коэффициента температуропроводности электропроводящих твердых тел, включающем монотонный нагрев цилин дрического образца внешним источником тепла, пропускание через образец постоянного тока, модулированного колебаниями высокой частоты, непрерывное измерение электросопротивления образца постоянному току :: определение искомого коэффициента расчетным путем, непрерывно измеряют фазовый сдвиг между током высокой частоты и соответствующим падением напряжения на образце, а коэффициент Q температуропроводности определяют по формуле dR/di . г 2fn fK/ Т-о где Гр - радиус цилиндрического образца, м; Р - длина образца, м; t - время, с; R - электросопротивление постоянному току. Ом; п - частота переменного тока, Ч - сдвиг фаз между током и напряжеККем высокой частоты на образце; u 4 -10 - магнитная постоянная. Ом -с/м. Изменение электросопротивления проводника при небольших (порядка нескольких градусов ; изменениях температуры пропорционально изменению температуры. Вследствие этого электросопротивление R постоянному току определяется среднеобъемной температурой проводника, а активное элек тросопротивление Z переменному ток высокой частоты - температурой тонкого поверхностного слоя иэ-эа скин эффекта. Измерение сопротивления R и одновременно сдвига фаз.между током и напряжением высокой частоты дает возможность для цилиндрических образцов (при монотонном нагреве юс с поверхности внешним радиальным источником тепла ) определить перепа между температурой тонкого поверхностного слоя (скин-слоя) и среднеобъемной температурой образца (что эквивалентно определению перепада температур двух изотермических поверхностей - внешней поверхности образца и поверхности со среднеобъе ной температурой) и определить, сле довательно, коэффициент температуро проводности. ;Шя обоснования расчетной формулы следует рассмотреть цилиндрический проводник радиуса г и длины f,, обогреваемой внешним радиальным источником тепла так, что температура Тр его поверхности изменяется во времени t по закону , dT, - скорость нагрева. При этом в проводнике создается температурное поле Т (г, t)T(t)- 0(г, t ..(,. Ч).,2, ., 4 а (t) г - длина радиус-вектора. При определении сопротивления R(T проводника следует учесть, что изотермы параллельны линиям тока и удельное сопротивление изменяется с температурой. Площадь S J г сечения проводника, перпендикулярного оси цилиндра, уожет быть разбита на элементы площадью dS, в пределах которых температура постоянна. Элементы проводника площадью dS и длиной t 6(T)dS, имеют проводимость dG удельная проводимость при температуре Т), а общая проводимость G R всего проводника, состоящего из параллельно включенных элементарных проводников, равна сумме их проводимости р G- -|-J 6(Т) dS, 4 интегрирование проводился по плои сечения. Используя малость.в , можно разить ((Т) в ряд с сохранением ейного по в члена 6(т).б(т„-б)б(т„) Подстановка этого выражения в инрал при допущении,.что в пределах о du const, дает ервала 6 jj .11 JL ) Го(Т 9 cJ G - / -1 (T) G(Tl , поскольку TU6() HV)-if 6 - среднеобъемная тe fпература образца; 9dS - перепад между температурой поверхности и среднеобъемной температурой образца; u(Tn)S проводимость образца, имеющего постоянную температуру, равную температуре поверхности Тр. В случае цилиндрического провода„г. .c;.-(. Jв J ов G-G (Tj)lrJ аким образом в dG ва df ктивное српротивление току высочастоты при наличии в проводниильного скин-эффекта ХЗ (Т„1 tfm - - толщина СКИН-СЛОЯ1 п - частота; 6 6(Т„) ; с - скорость света. ледовате/иьнр, Г ,ПГ . дстановка из последнего выраже

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, включающий монотонный нагрев цилиндрического образца внешним источником тепла, пропускание через образец постоянного тока, модулированного колебаниями высокой частоты, непрерывные измерения электросопротивления образца постояниому току и определение искомого коэффициента расчетным путем, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью новышения точности определения, непрерывно измеряют фазовый сдвиг между током, высокой частоты и соответ- ствумцим падением напряжения кл образце, а коэффициент температуропроводности Q определяют по формуле cjg/oft G-Ri(g-4 г 1 RZfne/rJ 7 9 где tвремя, с; с- пчастота, Rэлектросопротивление,- Ом; 1длниа образца, м} радиус образца, м; г, /сдвиг фаз между токок и нааряженкем высокой чвсто. СП ты на образце; lii -iH- Oмагнитядя постоянная, 4 Ом-с/м, СО