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

Изобретение относится к иссдедованиям теплофизических свойств веществ и предназначено для измерения теплоемкости преимущественно тонкопленочных диэлектрических материалов. .

Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения теплоемкости при исследовании тонких пле.нок диэлектрических материалов.

На фиг, 1 схематически изображен вариант конструкции емкостного преобразователя, реализующего данный способ исследования теплоемкости; на фиг. 2 - частотная характеристика емкостного преобразователя, по которой определяется тепловая постоянная.

На теплоизоляционную подложку 1 нанесен токопроводящий слой 2, конфигурация которого представляет гребенчатьй конденсатор. Внутренняя по периметру часть конденсатора заполнена слоем 3 исследуемого материала, служащим активным элементом преобразователя.

Геометрические параметры изготовляемых гребенчатых конденсаторов определяющие начальную емкость, задаются, в основном, диэлектрическими свойствами и толщиной исследуемого материала и частично измерительной схемой включения конденсатора. Чувствительность измерительной схемы, мощность и спектральный состав теплового излучения, которым облучается преобразователь, выбирают экспериментально из условия надежной регистрации выходного электрического сигнала в зависимости от частоты

модуляции теплового потока.

I

При радиационном облучении лучистая энергия дУ поглощается непосредственно исследуемым материалом и температура его повышается на dT, что приводит к изменению диэлектрической проницаемости 4 и емкости конденсатора ДС в целом - на выходе измерительной схемы, в которую включен емкостный преобразователь, получают изменение выходного напряжения dUy т.е. преобразования лучистой энергии в электрический сигнал происходит в последовательности - , что позволяет выразить коэффициент преобразования (вольт-ваттную чувствительность) в общем виде

AU дС д. дТ

5

(1) д д дТ 4W

ди

в формуле (1) множитель -- опресД

деляет чувствительность измерительной схемы включения ковденсатора,

ДС

--: .зависит от конкретной конструкIQ ции измерительного конденсатора и в условиях опыта остается постоянным.

д Множитель --

определяет температурную зависимость диэлектрической проницаемости исследуемого материади

ДС df

М ДТ

ла. Учитывая, что - ,

и

являются постоянными величинами для конкретной конструкции измерительного конденсатора, выражение (1) сводится к виду

ДТ

(2)

S /w

5 Известно, что температурная чувствительность приемника может быть описана выражением

ДТ Я

(3) 4W(4.(j2 2|f/i

где U) - циклическая частота модуляции лучистого потока; - - тепловая постоянная времени

приемника; R - тепловое сопротивление,

зависящее от вида теплообмена приемника с окружающей средой.

С учетом формулы (3) формула (2) для определения чувствительности емкостного преобразования принимает вид

- с R . S T

(4)

(Uto42)1|i

Так как при ы 0 S у (j, уравнение (4) может быть представлено

в виде

Sw

(5;

(If соЧ) i

В режиме радиационного теплообмена активного элемента приемника с окружающей средой тепловое сопротивление равно

f

R

((

4g,

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в нагреве исследуемого материала радиационным излучением, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений яри исследовании тонких пленок диэлектрических материалов, исследуемьй материал наносят на изоляционную подложку с токопроводящим трафаретом гребенчатого конденсатора, нагревание исследуемого материала производят модулированным потоком радиационного излучения, снимают зависимость величины электрического сигнала конденсатора от частоты модуляции, по которой определяют тепловую постоянную времени преобразователя, а теплоемкость материала рассчитывают по формуле . а 4е дбтт, i где - коэффициент поглощения ис(Л С следуемого материала; (э - постоянная Стефана-Больцмана; А - площадь активного элемента; Т - температура окружающей среды; Т - тепловая постоянная времени преобразователя.