Способ измерения теплофизических характеристик материалов Советский патент 1989 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к теплофизи- ческим измерениям и может быть использовано для определения теплопроводности и температуропроводности различных материалов.

Цель изобретения - повьопение точности путем исключения неинформативных параметров.

На чертеже показана принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Способ измерения теплофнзических характеристик материалов реализован следующим образом.

Создают две теплоизмерительные ячейки, одна из которых состоит из

исследуемого образца, размещенного между двумя эталонными образцами одинаковой толщины, другая - из эталонного образца, размещенного между двумя исследуемыми образцами одинаковой толщины, причем толщины центральных образцов обеих теплоиз- мерительных ячеек выполняют равными сумме толщин контактирующих с ним образцов. Температуры внешних поверхностей обеих теплоизмерительных ячеек поддерживают одинаковыми и изменяют по линейному закону. После наступления квазистационарного режима теплопередачи измеряют для каждой теплоизмерительной ячейки разности между температурами ее внешней

поверхности и области контакта центрального образца с боковым образцом, а также - области контакта центрального образца с примыкающими к нему образцами и серединой центрального образца. Используя измеренные величины, определяют искомые величины по формулам:

для коэффициента температуропро- водности

-SA.- -f 5 &Т

(I)

для коэффициента теплопроводности 15

- ЛТоА

или А,

ЛТ

.,й.ь.

(2)

20

для коэффициента объемной теплоемости

.р.- С,р, или С,р,

9 « Л Т - С,р, . U) 25

де , QJ, Сц- соответственно теплопроводность, температуропроводность и объемная теплоем- ЗО KOCTI;, исследуемого материала;

Лэ,Р5 С 5 - то же соответственно для эталонного материала;35Т, од соответственно разности между температурами внешней поверхности слоев эталонного материала и 40 области контакта слоев эталонного и исследуемого материалов, а также области контакта слоев эта- 45 лонного и исследуемого материалов и середины слоя исследуемого материала для одной теплоизмери- JQ тельной ячейки;

4kТ , &Тд - соответственно разности между температурами внешней поверхности слоев исследуе- ,, мого материала и области контакта слоев исследуемого и эталонг

ного материалов, а

j

10

15

20

25

ЗО

35 40 45 JQ

,,

также области контакта слоев исследуемого и эталонного материалов и середины слоя эталонного материала для другой теплоизмерительной ячейки.

Устройство, реализующее предпага- емый способ, состоит из теплоизоляционного корпуса 1, в котором между блоками 2 и 3 программированного изменения температуры размещены две тепло- измерительные ячейки, состоящие соответственно из исследуемого 4 и эталонных 5 и 6 образцов, а также - из эталонного 7 и исследуемых 8 и 9 об- 1разцов. Теплоизмерительные ячейки разделены между собой теплоизоляцией 10, Кроме того, Теплоизмерительные ячейки содержат температуровыравнивающие пластины 11-16, причем в некоторых из них, а также по середине исследуемого 4 и эталонного 7 образцов размещены датчики 17-22 температуры. Датчики 17 и 22 температуры подключены к измерительному устройству 23, которое соединено с блоком 24 набора ТФХ стан дартных образцов и блоком 25 индикации ТФХ исследуемых образцов. Измерительное устройство 23 состоит из сог- единенных в определенной последовательности измерителей 26-29 разности температур, блоков 30-36 деления, блоков 37-41 умножения, блоков 42 и 43 суммирования, блоков 44 и 45 вычитания и блоков 46 и 47 задания постоянных. Блок 24 набора ТФХ стандартных образцов состоит из блоков 48 и 49 набора соответственно, температуропроводности, теплопроводности и блока 50 объемной теплоемкости стандартных образцов. Блок 25 индикации ТФХ исследуемых образцов включает в себя индикаторы температуропроводности 51, теплопроводности 52 и объемной теплоемкости 53 исследуемых об разцов.

Пример. В качестве блоков прог, граммированного изменения температуры использованы электронагреватели, работающие по заданной программе. Центральные образц)ь1 обеих теплопрово- дящих цепей выполнены в виде пластин толщиной 8 мм, а примьгкающие к ним образцы - в виде пластин толщиной 4 мм.

Для эталонных образцов применены органическое стекло по ГОСТ 17622-72 и кварцевое стекло KB по ГОСТ 15130- 69. Датчики температуры представляют собой термопары ХА с диаметром электродов 0,2 мм. Температуровыравнивающие пластины изготовлены из меди толщиной 1,5 мм. Проведены измерения свойств оптического стекла ТФ1, нержавеющей стали 12- 18Н ЮТ (ГОСТ 5632-72) и . сравнение полученных характеристик с имеющимися стандартными данными по этим материалам. Погрешность измерения теплопроводности не превышает 5%, температуропроводности - 6%, тeплoe жocти - 2%, Время проведения опыта 1Ю испытанию материалов в диапазоне 300-400 К составляет 0,5-1 ч.

Положит ал bHbdi эффект изобретения- повышение точности - достигается в результате того, что в расчетные формулы способа не входят такие свойственные прототипу величины как теп- ловс поток, скорость нагрева толщины образцов. Способ может найти применение для массовых испытаний широкого класса твердых материалов.

Форм

ула изобретения 30

Способ измерения теплофизичес- ких характеристик материалов, состоящий в том, что создают трехслойный пакет из образцов, размещая между №У.чя слоями эталонного материала равной толщины слои исследуемого материала, температуру вигоней поверхно .сти пакета изменяют с постоянной ско- ростыо, после установления квазистационарного теплового режима пакета

измеряют перепад температур на наружном слое пакета и перепад температуры между поверхностью и средним по толщине сечением центрального слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет исключения . неинформативных параметров, дополнительно создают и подвергают испытанию терхслойный пакет из образцов, размещая между двумя слоями исследуемого материала равной толщины слой эталонного материала, толщины центральных слоев пакетов выбирают равными между собой и равными внешних слоев пакета, а искомое величины определяют по формулам

О, .-л il..

5 2йТв

Q - Q, Iff;

С С.

il l ilati

2ЛТ,

ОД

где - теплопроводность исследуемого

материала;

Д, - теплопроводиость эталона; Q - температура исследуемого

материала;

Qs - температура эталона; С - объемная теплоемкость исследуемого материала; С, - объемная теплопроводность

эталона;.

ЛТ - перепад температур по толщине наружниго слоя первого пакета;

&Т - перепад температур в центральном слое первого паке.

ЛТ

ол

- перепад температур в центральном слое второго nakeTa.

77

/J // 10 в 20

19

15

22

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к измерению теплофизических свойств материалов. Цель - повышение точности за счет исключения неинформативных параметров. Используют исследуемые и эталонные образцы в виде пластин. Создают из них два пакета. В первом пакете наружными слоями являются эталонные образцы, а внутренним - исследуемый образец. Во втором пакете расположение образцов обратное. Толщина среднего слоя пакета равна сумме наружных слоев. Испытание ведут при монотонном нагреве пакетов с равной скоростью при квазистационарном тепловом режиме. Теплопроводность, температуропроводность и теплоемкость рассчитывают на основании значений перепадов температур по слоям пакетов. 1 ил.

ft9

т

bi.J