Способ определения коэффициента теплопроводности Советский патент 1988 года по МПК G01N25/18 

со ;с

о

ел

ел

4

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области определения теплофизических величин.

Цель изобретения - повышение точности измерения и упрощение процесса при исследовании многослойных и волокнистых пластин.

На фиг. 1 показано сечение многослойной пластины и характер распрост- ранен/ш температурного поля при условии на фиг. 2 - то же, при условии 1; на фиг. 3 - схема измерения продольного козффициента теплопроводности.

Исследуемая пластина состоит из проводящих I и изолирующих 2 слоев. К пластине прикладываются нагревающий 3, охлаждающий 4 и измерительный 5 элементы. Измерительные элементы представляют собой термопары.

Проводят теоретическое исследование структуры стационарного температурного поля в сильно неоднородной слоистой пластинке, состоящей из че- редующихся монослоев с различной проводимостью (проводящих слоев и изолирующих слоев). С этой целью строят математическую модель температурного поля в неоднородном образце. Задачу регшют численным и асимптотическим методами. Распределение температуры по сечению пластины существенно/зависит от соотношения толщины пластины (l), расстояния между нагревающим 3 и ближагачим измеритель1Пз1м 5 элемента- ми (Ь), расположенными на лицевой стороне пластины и наибольшего отношения иГ коэффициентов теплопроводности составляю1 ;их компонентов.

Учет зависимости производят без

размерным параметром X (1/Ъ) оЭ . При малых значениях к(, где S - допустимая погрешность измерительной аппаратуры) в переносе тепла в продольном направлении участвуют все прово- дящие тепло слои, температура по сечению меняется мало и пластина может рассматриваться как квазиоднородная (фиг. 1).

Измерение коэффициента теплопровоности по предлагаемой схеме дает погрешность порядка ij ,

При больпшх значениях 1 Ж I ) происходит существенное изменение тем- пературы по сеченгот пластины, так ка в переносе тепла основную функцию выполняет первый хорошо проводящий монослой (фиг. 2. В этом случае поQ5

0

5 5 0

0

грешность измерения эффективного коэффициента теплопроводности (величина порядка Х) становится существенной (так как экспериментальное значение будет занижено).

Способ осуществляют следующим образом.

На лицевой поверхности плоского образца с одного конца размещают нагревающий 3, а с другого располагают охлаждающий 4 элементы. Постоянный по величине тепловой поток проходит через образец. На этой же лицевой поверхности образца размещают измерительный элемент 5. Зная величину этого потока W, площадь сечения F, рассто яние между термопарами h и разность температур на горячем и холодном концах образца (), можно вычислить искомый коэффициент теплопроводности Л:

. Wh

m

Расстояние между нагревающим 3 и ближайшим измерительным 5 элементами выбирают исходя из условий

,

Способ подвода, съема тепла и ,контроль температуры с лицевой поверхности пластины представляется более удобным для комбинированных материалов, в частности для слоистых и волокнистых систем, поскольку подготовка торцовой поверхности затруднена.

Экспериментальные исследования, проведенные на слоистом материале (металлическая фольга - полимер) с большим отношением коэффициентов теплопроводности слоев Лфольгз /Л лслнмет 1000, подтверждают зависимость погрешности измерений коэффициентов теплопроводности от значения э. Предлагаемый способ применим при соотношениях составляющих компонентов, лежащих в пределах (10:90)-(90:10). Измерения проводят на слоистом материале, состоящем из чередующихся слоев полимера ЭДТ - 10 (Л 0,22 ----) и

М I-

фольги алюминия технического (Л

200 ---) при соотношении компонен- М Lf

тов 10:90, 50:50; 90:10. Исследования проводят при разных значениях )С (l./Ъ)cJ, величина которой меняется в зависимости от расстояния между нягревающим элементом и ближайшей измерительной термопарой (ь).

Таким образом, размещение источника тепла и термопар на лицевой повер нести пластины существенно упрощает процесс измерения и расширяет класс измеряемых объектов, отпадает необходимость шлифовки их торцов, прямоугольная форма образца перестает быть обязательной. Такое расширение класса образцов особенно важно для комбинированных материалов, в частности для слоистых и волокнистых пластин, поскольку обработка их тор- цовых поверхностей особенно трудоем- ка. Однако при указанном размещении источника нагрева и измерительных элементов точность измерения существенно зависит от расстояния между нагревающим и измерительным элементами. Погрешность измерения коэффициента теплопроводности зависит от величины ЭС и оказывается сравнимой с допустимой погрешностью измеритель- ной аппаратуры лишь при выполнении условия lySTT b.

При Нарушении этого условия относительная погрешность может превы- шать 50%.

Формула изобретения

Способ определения коэффициента теплопроводности, заключакяцийся в том, что через исследуемый образец пропускают тепловой поток, измеряют его мощность и перепад температур на нем и по измеренным величинам рассчитывают яскоыый коэффициент, отличающий с я тем, что, с целью повышения точности измерений и их упрощения при исследовании многослойных и волокнистых пластин, подвод и съем тепла, а также измерение температуры производят на одной из поверхностей образца, а расстояние между нагревающим и ближайщим измерительными элементами выбирают из условия

,

где 1 - толщина образца, м;

tj - наибольшее из отношений коэффициентов теплопроводности компонентов;

S - допустимая погрешность измерительной аппаратуры, %; Ъ - расстояние между нагреваюппгм и ближайщим измерительным элементами, м.

Изобретение относится к измерительной технике,в частности к определению теплофизических величин,Целью изобретения является упрощение процесса измерения, расширение класса измеряе- мых объектов и повышение точности измерения. Нагревающий, охлаждающий и измерительный элементы располагают на одной лицевой поверхности образца. Расстояние между нагреваюгшм и ближай- тим измерительным элементом выбирают по формуле I uJ/J-sV , где 1 - толщина образца, м; С0 наибольпее из отношений коэффициентов теплопроводности слоев; с - допустимая погрешность измерений, %; b - расстояние между элементами, м. Способ удобен для неоднородных материалов, являющихся многокомпонентными образованиями, в частности для слоистых и волокнистых систем с большим различием свойств компонентов. 3 ил. () (Л

б

UУ

//////////7

/У//7)///////////////////7//

/7////////////777/7////7//7//.

77/7/////////////////////////

Фиг. 2