Способ определения теплофизических свойств материалов Советский патент 1987 года по МПК G01N25/18 

113

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к определению теплофизических свойств материалов.

Целью изобретения является повышение точности определения.

На чертеже представлена схема взаимного расположения образцов, источника тепла и измерителей температуры.

На схеме .показаны контрольные образцы 1 с известными и равными тепло- физическими свойствами, представляющие собой полубесконечные среды, плоский источник 2 периодических колеба- НИИ теплового потока, например электрический наггзеватель из металлической фольги, контактные зазоры 3, включающие в частности, клеевые слои, фольгу и диэлектрическую подложку плоского нагревателя, слои наполнителя, компенсирующие шероховатость и волнистость контактируемых поверхностей образца и контрольных тел, исследуемый образец 4 в форме пластины, датчики 5 температуры.

Способ определения теплофизических свойств материалов осуществляется следующим образом.

Задают фиксированные частоту и ам- плитуду синусоидальных тепловых колебаний нагревателя. Производят измерение амплитуды и сдвига фазы синусоидальных колебаний температуры во втором контрольном образце. Определяют термические сопротивления теплоемкости контактных зазоров, исходя из размеров и теплофизических свойств материалов, размещенных в контактных зонах. Рассчитывают искомые характеристики, при этом входящее в расчет расстояние между источником тепла и измерителем температуры корректируют с учетом указанных параметров. Повышение точности при этом непосредственно связано с учетом влияния промежуточны термических слоев на характер тепло- переноса в системе из исследуемого и контрольного образцов.

Когда определение свойств контакт- ных слоев, исходя из их геометрических и теплофизических характеристик, является не эффективным с точки зрения точности, они определяются на основании регистрации постоянных состав

ляюп;их температуры на поверхностях контрольных образцов S сопрягаемых, с исследуемым образцом, и регистрации постоянной составляющей теплового потока. Посредством этого достигается

0

jg о5

о

35

0

5

0

5

102

повьш1ение точности, обусловленное учетом влияния промежуточных термических слоев.

Пример 1. Образец (плавленый кварц) толщиной 12 мм помещают между контрольными образцами из плавленого кварца с теплопроводностью 1,34Вт. и температуропроводностью 8,3-10 . Задают колебания теплового потока амплитудой 315 Вт/м и частотой 0,0314 рад/с„ Чистота обработки образца и контрольных тел 8 класс. На границе сопряжения образца с полуограниченным телом помещается плоский нагреватель, выполненньм из нихромо- вой фольги толщиной 210 , приклеенной на торец полуограниченного тела, с другой стороны нагревателя приклеена диэлектрическая подложка из слюды толщиной 1-10 м. Датчики температуры расположены на торцах полуограни ченных тел, а плоскость контакта и полуограниченных тел заполнена глицерином.

Измеряемые параметры - амплитуда колебаний температуры равна 0,1117 К, а определяеьп.1е теплофизические свойства образца без учета параметров зазора равны соответственно Л 1,25 Вт/м-К, а 7,85 10 м2/с. Как следует из данных аттестации образца, погрешность определения теплопроводности образца порядка 7%, а температуропроводности 5%. В этом теплофизи- ческом эксперименте параметры контактных зазоров можно определить путем измерения толщины зазоров при известных теплофизических свойствах заполнителя, а термическое сопротивление и теплоемкость этих зазоров г 2,8..К/Бт, г 0,1 .К/Вт, с, 147 Дж/м2.К; с 1 . С- учетом термических сопротивлений и теплоемкости контактных зазоров теплопроводность и температуропроводность образца равны соответственно Л 1,33 Вт/м К, а 8,28-10 м2/с. Следовательно, при определении термического сопротивле ния и теплоемкое- тей зазоров с последующим учетом при определении теплофизических свойств образца погрешность определения уменьшается в несколько раз.

Пример 2. Условия проведения эксперимента те же, что в примере 1. Образец - горная порода (крупнозернистый песчаник) толщиной 15 мм. Для крупнозернистого песчаника параметры контактного зазора нельзя определить с высокой степенью достоверности путем измерения толщины и заполнения зазора веществом с известными тепло- физическими свойствами из-за, больших неоднородностей в шероховатости образ.ца. Поэтому определение термического сопротивления и теплоемкости зазоров проводится по вр еменному из- мере нию регулярной составляющей тем

пературы с последующим учетом этих параметров при определении теплофизи- ческих свойств образца. Амплитуда колебаний температуры равна 0,0731 К а определяемые теплофизические свой- ства образца без учета термического сопротивления и теплоемкости зазоров соответственно равны Я 1,58 Вт/м-К, а 7,86 ..

Изменение регулярной составляющей температуры на торцах полуограниченных тел для левого и правого зазоров соответственно равны Т 3,15 К,. Т 1,62 К, а значения термических сопротивлений и теплоемкостей KOHTaKT ных зазоров - 8,210 м -К/Вт с + с 2 620 соответственно.

Значение теплопроводности и температуропроводности образца с учетом параметров контактного слоя соотлетст- венно paBHFJ Я 1,96 Вт/м К, а 9,05-10 м2/с.

Определение теплофизических свойст по предлагаемому способу позволяет значительно уменьшить погрешность определений и упростить подготовку об- разцов. .

Формула изобретения

1, Способ определения теплофизических свойств материалов по авт. св. № 1004844, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, дополнительно измеряют термические сопротивления и тепло- емкости зон тепловых контактов и определяют поправку к используемому при расчете расстоянию между поверхностью первого контрольного образца.

22104

контактирующей с исследуемым образцом и точкой регистрации температуры по формуле

0

0

c

35

40

(r + r)+Ja ()7/ i«(AiV +А/Л„),

где Я а - теплопроводность, температуропроводность исследуемого образца соответственно ,

д теплопроводность, тепера- туропроводность контрольных образцов; 9.

- термические сопротивления и теплоемкости контактных зазоров между измеряемым и контрольным образцами.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что определения термических сопротивлений и теплоемкости контактных зазоров осуществляют путем измерения постоянных составляю- щих температуры на поверхности контрольных образцов, сопрягаемых с исследуемым образцом и постоянной составляющей теплового потока по формулам

()/Q(i-a /2/ivlf;7;i- )

Л

c +c 4---lV- - - -i°iij.iiil

- а,-L 4

А.Т L( + §л)1 Q 4 Ч а где Т,, Т - значения постоянной

составляющей температуры на торцах контрольных образцов; Q - постоянная составляющая

теплового потока; i - время измерения темпе- ратуры.

J 5

/ / /

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к определению теплофизических свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности определения. Измерение проводят на плоском образце, зажатом между двумя протяженными контрольными образцами, В одной плоскости контакта задают периодические колебания теплового потока, а в другой плоскости регистрируют изменения температуры. Измеряют термические сопротивления и теплоемкости контактных слоев, исходя из их геометрических размеров и теплофизических характеристик. Эти же величины могут быть определены на основании измерений постоянных составляющих температуры на контактных поверхностях контрольных образцов и измерений постоянной составляющей теплового по- тока. Тепловые сопротивления и теплоемкости контактных слоев используются для вычисления поправки к расчетному расстоянию между источником тепла и регистратором температуры. Введение этой поправки обеспечивает повьшение точности. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. (О

Составитель В.Вертоград-скнй Редактор И.Шулла Техред М.Ходанич Корректор А.Обручар

-.- ..-- I пр. .- --

Заказ 3825/39 Тираж 776 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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