Способ измерения термического сопротивления тонкослойных покрытий Советский патент 1987 года по МПК G01N25/18 

11

Изобретение относится к испытания с применением тепловых средств, а именно к измерениям теплофизических свойств материалов.

Целью изобретения является повышение точности за счет исключения погрешности, связанной с измерением изменения температуры свободной поверхности покрытия.

На чертеже дано устройство, реализующее предлагаемый способ.

Устройство для измерения термического сопротивления тонкослойных покрытий имеет электропроводную подложку 1, представляющую собой плоскую проволочную спираль бифилярной намотки, термоэлектрический холодильник 2, термостат 3, термобатарею 4, источник 5 излучения, систему 6 диафрагм и вентилятор 7 для создания над исследуемым покрытием переменного по скорости воздушного потока.

Подложка 1 и термоэлектрический холодильник 2 питаются от стабилизированных источников S и 9 соответственно с плавно регулируемой силой тока. Ток и напряжение в цепи нагревателя 1 измеряются амперметром 10 и вольтметром 11. ЭДС термобатареи 4 измеряется потенциометром 12.

Подложка 1 помещается на охлажденную поверхность термоэлектрического холодильника 2, между которыми заделываются внутренние спаи термобатаре А; внешние спаи ее сое,инены с термостатом 3. На верхнюю поверхность подпояски 1 наносится тонкостенное покрытие 13. Измерения производят следующим образом: тепловой поток от источника 5 излучения, сформированный системой 6 диафрагм, нагревает .исследуемое покрытие 13 и нагревател 1. Электрический ток в цепи термоэлектрического холодильника подбирают таким образом, чтобы при ступенчатом изменении скорости ветра, создаваемого вентилятором 7, ЭДС вырабатываемая термобатарей 4, не изменялась по величине. Б этом случае температура верхней поверхности покрытия 13 равна температуре окружающей среды. По выходному .сигналу термобатареи 4 определяют температуру окружающей среды и низкней поверхности нагревателя 1 при нагреве его из- лучением.

Не изменяя электрический ток в цепи термоэлектрического холодильник

22

2, перекрывается поток излучения и одновременно включается электрическая цепь нагревателя 1. Электрический ток в нагревателе 1 подбирается таКИМ образом, чтобы при изменении скорости воздуха с помощью вентилятора

7ЭДС термобатареи 4 не изменялась.

8этом случае вновь температура верхней поверхности покрытия 13 равна

температуре окружающей среды. По выходному сигналу термобатареи 4 определяют разность температур окружающей среды и нижней поверхности нагревателя 1 при нагреве электрическим

током.

Измеряют электрический ток в витках нагревателя 1, напряжение на его клеммах и определяют плотность теплового потока электрического нагрева

при температуре верхней поверхности покрытия, равной температуре окружающей среды.

Затем покрытие 13 облучается тем же потоком излучения от источника 5.

Путем изменения тока в цепи термоэлектрического холодильника 2 тепло от покрытия 13 и нагревателя 1 отводится таким образом, чтобы температура в месте расположения внутренних

спаев термобатареи 4 стала равной температуре окружающей среды, о чем можно судить по нулевому сигналу термобатареи 4, фиксируемому потенциометром 12,

Не изменяя электрического тока в цепи термохолодильника 2, перекрывается поток излучения и одновременно вкгаочается электрическая цепь нагревателя 1. Электрический ток в нагревателе 1 подбирается таким образом, чтобы выделяющееся в витках нагревателя 1 тепло было эквивалентно теплу, поступающему в него от источника 5 излучения, о чем судят по нулевому

сигналу с термобатареи 4.

Измеряют электрический ток в витках нагревателя 1, напряжение на его клеммах и определяют плотность теплового потока электрического нагрева .

при температуре нижней поверхности нагревателя, равной температуре окружающей среды.

По разностям температур окружающей среды и. нижней поверхности нагревателя при лучистом и электрическом нагревах и плотностям тепловых потоков электрического нагрева соответственно при температурах нижней поверх313

ности нагревателя и верхней поверхности покрытия, равных температуре окружающей среды, определяют термическое сопротивление тонкослойного покрытия.

Пример. Термическое сопротивление покрытия, изготовленное из керосиновой сажи и клея БФ-2 с добавлением этилового спирта, на поверхность подложки наносится с помощью мягкой кисти. Значение термического сопротивления, среднее из четырех измерений, получено равным 2,4 ЮмVВт

Совокупность операций в соответствии с изобретением не требует измерения температуры свободной поверхности покрытия, за счет исключения соответствующей погрешности достигается повышение точности.

Предлагаемый способ может найти применение при определении тепловых сопротивлений и покрытий с заданными оптическими характеристиками, лаков и красок.

Формула изобретения

Способ измерения термического сопротивления тонкослойных покрытий, нанесенных на электропроводящие подложки, состоящий в том, что при принудительном охлаждении подложки обес

24

печивают равенство температур подложки и окружающей среды сначала при подводе к свободной поверхности покрытия теплового.потока излучением,

а затем при том же принудительном охлаждении за счет подвода электрической мощности к подложке, регистрируют эту мощность и вычисляют искомую величину по уравнениям теплового баланса, отличаю щий- с я тем, что, с целью повышения точности за счет исключения погрешности, связанной с измерением изменения температуры свободной поверхности покрытия, задают два дополнительных тепловых режима покрытия с подложкой, обеспечивая равенство температур свободной поверхности покрытия и окружающей среды сначала за счет изменения принудительного охлаждения при подводе к свободной поверхности покрытия первоначального тепловбго потока излучением и регистрируют разность температур нагревателя и окружающей среды, а затем при этом же принудительном охлаждении за счет изменения подвода электрической мощности к подложке регистрируют эту мощность и разность температур подложки

и окружающей среды, а полученные данные используют в уравнении теплового баланса.

.Изобретение касается испытаний с применением тепловых средств, а именно измерений теплофизических свойств материалов. Целью изобретения является повьшение точности за счет исключения погрешности, связанной с измерением изменения температуры свободной поверхности покрытия. .Способ включает реализацию четырех стационарных тепловых режимов при осуществлении принудительного охлаждения подложки, на которую нанесено покрытие. Облучают покрытие со стороны свободной поверхности и добиваются равенства температур подложки и окружающей среды. При том же охлаждении электрически нагревают подложку и добиваются равенства температур подложки и окружающей среды, измеряют электрическую мощность. Облучают покрытие со стороны свободной поверхности, обеспечивают равенство температур этой поверхности и окружающей среды и регистрируют разность температур подложки и окружающей среды, не меняя интенсивности охлаждения. Равенство температур свободной поверхности покрытия и окружающей среды обеспечивают за счет электрического нагрева подложки, измеряют электрическую мощность и разность температур подложки и окружающей среды. Повьш1е- ние точности достигается благодаря тому, что существенная при испытаниях тонкослойных покрытий погрешность, связанная с измерением температуры свободной поверхности покрытия, исключается. Способ может найти применение: при определении тепловых сопротивлений покрытий с заданными оптическими характеристиками, лаков и красок. 1 ил. о В (/)

Редактор Г.Волкова

Составитель В.Вертоградский Техред М.Ходанич

Заказ 1966/42 . Тираж 777Подписное

БНИИПИ Государственного колмитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Корректор О.Тигор