Способ измерения теплоемкости металлических пленок Советский патент 1985 года по МПК G01N25/20 

Изобретение относится к теплофизике, предназначено для измерения теплоемкости преимущественно тонкопленочных токопроводящих материалов и может быть использовано при опре- 5 делении тепловых параметров тепловых приемников лучистой энергии. Цель изобретения - Повышение точности и- ускорение измерения теплоемкости металлических пленок. На фиг. 1 схематически изображен вариант конструкции емкостного преобразователя с деформируемой обкладкой; на фиг. 2 - частотная характер стика чувствительности.5 Измерительный элемент 1 из исследуемой металлической пленки прикреплен к массивной металлической пластине 2 через изоляционные прокладки 3. Измерительный элемент непосредст- 20 венно поглощает лучистый поток uW. Обязательньм условием изготовления конденсатора с плоскопараллельными обкладками, выбора его терминеской формы и размеров, крепления 25 и мощности теплового потока является обеспечение упругой деформации измерительного элемента в режиме измерения. При Радиационном облучении лучис- 30 тая энергия uW поглощается eпocpeдственно исследуемой металлической пленкой и температура ее повьшается на ЛТ, что приводит к увеличению ее длины на Л С . Так как пленка , j жестко закреплена на концах, ее удлинение приводит к прогибу, что вызывает изменение начальной емкости конденсатора на U С. На выходе измерительной схемы, в которую включен 40 емкостной преобразователь, получают изменение выходного напряжения д U, т.е. преобразование лучистой энергии в электрический сигнал происходит в последовательности Ь д U,45 что позволяет выразить коэффициент преобразования (вольт-ваттную чувствительность) в общем виде 1 ЛТ AW В выражении {1) множитель - определяет чувствительность измерительной схемы включения конденсатора, ДС - определяется конкретной конструк4 лЕцией конденсатора, - коэффифицент лине мате для ленн свод где Т тепл раже где У (2) обра где ем ч мод (4) что ной тепл мен с ок тивл где йного расширения исследуемого ьи АС риала. Учитывая, что -, -г- и являются постоянными величинами конкретной конструкции изготового конденсатора, выражение (1) ится к виду У В uW X - постоянная емкостного преобразователя. емпературная чувствительность овых приемников описьшается вынием R &W (1+0)2-2 2)1/2 7 о - циклическая частота модуляции лучистого потока; f - тепловая постоянная времени; R - тепловое сопротивление, зависящее от вида теплообмена приемника с окружающей ере- , дои. читывая выражение (3), формула чувствительности емкостного презователя принимает вид ч У О (l + 2)vz 03 О S у. R S, т.е. получаувствительность приемника в нелированном потоке, и выражение можно записать в виде ( 2)/г является общим законом частотзависимости чувствительности овых преобразователей. режиме радиационного теплообактивного элемента приемника ружающей средой тепловое сопроение равно 4 ed AT - коэффициент поглощения исследуемого материала; О - постоянная Стефана-Больцмана;А - площадь измерительного элемента;Т - температура окружающей среды.

и, учитывая связь между тепловой постоянной времени теплоемкостью и тепловым сопротивлением, получаем формулу для расчета теплоемкости активного элемента

G 46 Art. (7)

Таким образом, измерение теплоемкости металлических пленок по предлагаемому способу производится в следующей последовательности.

Металлическую пленку прямоугольной или круглой формы, предварительно нанесенную, например, на скол кристалла NaCl, отслаивают от подложки и крепят (приклеивают) к нижней обкладке конденсатора (фиг. 1); емкостной преобразователь помещают в термостат и подключают к измерительному прибору. В режиме радиационного теплообмена измерительного элемента с окружающей средой измеряют выходной электрический сигнал в зависимости от частоты модуляции облучения и по полученным экспериментальным данным строят частотную характеристику. По частотной характеристике определяют частоту модуляции, соответствующую 0,707 максимального уровня выходного сигнала (чувствительности) (фиг . 2), а тепловую постоянную времени рассчитывают по ормуле Veitf Теплоемкость атериала определяют по формуле 4€d .

Приме р.Алюминиевую фольгу арки АВООО толшиной 10 мкм, полученную методом проката, шириной 1 м и длиной 20 мм через слюдяные прокладки толщиной 10 мкм приклеивают к нижней обкладке плоскопараллельного конденсатора (фиг. 1). Изготовленный емкостной преобразователь помещают в термостат и подключают к измерителю емкости с выходом на ЭПП-09. Тепловой поток от макета абсолютно черного тела модулируется механически на дискретных частотах, а на выходе регистрируется осциллограмма сигнал - шум, по которой строят частотную характеристику (фиг, 2). Определенная по частотной характеристике тепловая постоянная времени при комнатной температуре измерительного элемента составляет 0,3 с, а вычисленная удельная теплоемкость равна 0,92 ДжГ К , что находится в хорошем соответст1вии с табличными данными.

Р спользование предлагаемого способа в сравнении с известными обеспечивает уменьшение погрешности измерения теплоемкости металлических пленок, так как отпадает необходимость абсолютного измерения мощности лучистого потока и малых изменени температуры. Кроме того, предлагаемый способ позволяет проводить измерение температурной зависимости теплоемкости металлических пленок и применим для измерения тепловых параметров тепловых приемников лучистой энергии.

I 0,

§

1

Частота

Фиг2

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНОК, основанный на нагревании исследуемого материала радиационным облучением, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и ускорения измерения теплоемкости, в режиме радиационного теплообмена измеряют выходной электрический сигнал емкостного преобразователя лучистой энергии, измерительный элемент которого выполнен из исследуемого материала, в зависимости от частоты модуляции облучения, строят частотную характеристику, по которой определяют тепловую постоянную времени преобразователя, а теплоемкость рассчитывают по формуле с,мебАт, где - коэффициент поглощения плеиi ки; о - постоянная Стефана-Больцмана; (Л А - площадь измерительного элемента; Т температура окружакицей среды; тепловая постоянная времени. ЭО 00 00 СО