Способ измерения теплопроводности и температуропроводности твердых материалов Советский патент 1990 года по МПК G01N25/18 

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

Цель изобретения - повышение точности.

Способ измерения теплопроводности и температуропроводности реализуется на образце в виде пластин, К одной из поверхности термостатированного образца подводят тепловой поток постоянной плотности известной величины в течение заданного времени, на противоположной стороне образца регистрируют температуру в момент прекращения подвода теплового потока и максимальное значение температуры образца после окончания нагрева. Оптимальная длительность подвода тепла соот- ,ветствует моменту установления в образце регулярного теплового режима второго рода (что соответствует значению критерия фрезы порядка 0,5).

Расчет теплофизических характеристик ведется по формулам

Д qR/6(TMBlKC- Т0); а TMO(KtR2 /6 х

х (Т

макс

Ч о/Р Т«якс

С

СП О1

ч

где /I - теплопроводность, Вт/м

a - температуропроводность, С - теплоемкость, Дж Кгг К 1;

- плотность, кг-м-3;

плотность теплового потока, Вт,

R Т0

10

15

20

толщина образца, М; длительность подвода теплового потока, с; температура образца в момент в;

максимальная температура образца, К.

Пример. Четыре пластинки 70x70 7 мм3 из исследуемого материала устанавливают одна на другую, между 1-й и 2-й, а также между 3-й и 4-й размещают ленточный нагреватель. Последовательная нумерация пластин, датчик температуры, например, хромель- алюмелевую термопару, устанавливают в предварительно изготовленном пазе на верхнем торце второй пластины. Далее нижний торец первой и верхний торец четвертой пластин обкладывают теплоизоляцией, всю сборку зажимают струбциной и устанавливают в печь. кая сборка пластин модулирует теплопередачу в бесконечной пластине, с одного торца которой действует постоянный тепловой поток, а другой торец идеально теплоизолирован. В этой сборке измеряемым образцом является вторая пластина. Установка также содержит устройство регулирования температуры образца, устройство ступенчатого подвода потока к образцу и устройство, регистрирующее температуру образца.

После предварительного термоста- тирования образца в печи при определенной температуре включают ленточный нагреватель

Момент отключения нагревается мож но определять, либо используя предварительные оценки свойств исследуемого материала для вынесения критерия Фурье, либо в процессе проведения опыта, отключая нагреватель после дости жения постоянной скорости, возрастания температуры образца. Можно отключить нагреватель и при F0 0,5. Расчеты показывают, что отключение нагре,40

„-45

на 2%. Мощность нагревателя подбирают такой, чтобы разогрев образца мо но было фиксировать с достаточной точ ностью имеющейся в наличии аппаратурой. Например, если в качестве регист рирующего прибора использовать цифро- |зой вольтметр Щ-302, достаточно разогревать образец на доли градуса (при этом необходимо, конечно, измерять не абсолютную величину температуры образца, а ее превышение над начальной, разместив еще одну термопару, на пример, на стробцине и подсоединив обе термопары к прибору дифференциально. Момент достижения образцом максимальной температуры можно зафиксировать с помощью самопищущего прибора типа КСП-4 либо с помощью аналогового цифрового преобразователя и вычислительного устройства.

Использование предлагаемого способа обеспечивает повышение точности за счет использования в расчете искомых характеристик более точно измеряемых экспериментальных величин. В частности, исключается из числа таких величин измеряемая со значительной погрешностью скорость изменения температуры образца.

Способ может быть использован для испытания разнообразных материалов в широком интервале температуры.

Формула изобретения

Способ измерения теплопроводности и температуропроводности твердых материалов, состоящий в том, что на поверхность образца в виде пластины воздействуют тепловым потоком постоянной плотности в течение заданного времени, измеряют температуру поверхности, противоположной нагреваемой в заданный момент времени, а также максимальную температуру образца после воздействия, на основании чего рассчитывают искомые величины, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности, заданный мователя, например, при F0 0,4 увели-50 мент времени выбирают равным моменту чивает погрешность определения свойств окончания теплового воздействия.

0

5

0

г

0

45

на 2%. Мощность нагревателя подбирают такой, чтобы разогрев образца можно было фиксировать с достаточной точностью имеющейся в наличии аппаратурой. Например, если в качестве регистрирующего прибора использовать цифро- |зой вольтметр Щ-302, достаточно разогревать образец на доли градуса (при этом необходимо, конечно, измерять не абсолютную величину температуры образца, а ее превышение над начальной, разместив еще одну термопару, например, на стробцине и подсоединив обе термопары к прибору дифференциально. Момент достижения образцом максимальной температуры можно зафиксировать с помощью самопищущего прибора типа КСП-4 либо с помощью аналогового цифрового преобразователя и вычислительного устройства.

Использование предлагаемого способа обеспечивает повышение точности за счет использования в расчете искомых характеристик более точно измеряемых экспериментальных величин. В частности, исключается из числа таких величин измеряемая со значительной погрешностью скорость изменения температуры образца.

Способ может быть использован для испытания разнообразных материалов в широком интервале температуры.

Формула изобретения

Способ измерения теплопроводности и температуропроводности твердых материалов, состоящий в том, что на поверхность образца в виде пластины воздействуют тепловым потоком постоянной плотности в течение заданного времени, измеряют температуру поверхности, противоположной нагреваемой в заданный момент времени, а также максимальную температуру образца после воздействия, на основании чего рассчитывают искомые величины, о т- личающийся тем, что, с целью повышения точности, заданный мо

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к измерениям теплофизических свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности. Используют образец в виде пластины. Воздействуют на поверхность образца тепловым потоком постоянной интенсивности. В момент прекращения воздействия измеряют температуру поверхности образца, не подвергавшейся воздействию. Измеряют также максимальное после воздействия, значение температуры той же поверхности. По полученным данным при известных толщине образца и плотности теплового потока рассчитывают теплопроводность, теплоемкость и температуропроводности. По сравнению со способом-прототипом достигается повышение точности за счет расчета искомых характеристик по новым формулам с использованием более точно известных экспериментальных величин.