Способ измерения теплопроводности Советский патент 1990 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится, к области тепловых испытаний, а именно к облас-1 ти измерений теплофизических свойств материалов.

Цепь изобретения - повышение точности за счет раздельного учета неидентичности измерителей температур и термического контактного сопротивления.

На чертеже представлена схема устройства для реализации способа.

Схема содержит испытуемый образец 1, контактные пластины 2 и 3, нагреватель, задающий тепловой поток через образец 4, нагреватель 5, задающий скорость изменения температуры, адиабатическая оболочка 6, системы 7-9 автоматического регулирования, задат™ чик 10 перепада температуры на образце задатчик 11 скорости изменения температуры.

Образец 1 устанагливается между двумя контактными пластинами 2 и 3 - размещенными в них измерителями температуры (места установки их чувствительных элементов указаны крестиками ) и нагревателями 4 и 5. Тепловой поток через образец задается нагревателем 4 (к нему подводится мощность W), а скорость изменения температуры нагревателем 5. Оболочка 6 с помощью системы 7 регулирования обеспечивает

is

BS2&

адиабатизацию поверхности контактной пластины 3. Система 8 регулирования обеспечивает оптимальное значение перепада температуры на образце V, задаваемое задатчиком 10. Система 9 обеспечивает разогрев с требуемой скоростью Ь, устанавливаемой задатчиком 11.

Способ осуществляют следующим образом.

Проводят три аналогичные испытания f испытуемого образца и контрольного образца из высокотеплопроводного материала - при двух значениях плот- ности теплового потока. При каждом испытании регистрируют перепад температур по образцу - в зависимости от . средней г. по толщине образца температуры Т, кроме того, регистрируют плот ность теплового потока и скорость нагрева. Полученная информация используется для расчета теплопроводности исследуемого образца / с раздельным учетом контактного термического соп- ротивления Р и неидентичности показаний измерителей температур VH. Величины Р и V.. рассчитываются в зависи- . мости от температуры Т.

Расчетные формулы следующие:

л(т) „ ./-.

УШ-Г-УнШ Р(т) ч0

Р (т). m

k(Т) Ч,

),

V,,(T) -

Q - 0.5С0Ь

ч .

„,„

45

де & - толщина образца;

.

V. - перепады температур на исследуемом образце и на контрольном образце при плотностях теплового пото- 50 кэ 40 Ч а 1 соответственно;О - общий тепловой поток

через исследуемый образец; С - общая теплоемкость исследуемого образца. Способ позволяет обеспечить измерения при оптимальном значении перепада температур на исследуемом

55

5

0

5

образце и повысить точность за счет раздельного измерения величин Р и V, При значениях теплопроводности исследуемых материалов 0,1-10 Вт/(м.К) оптимальный перепад температур 10- 20 К.

Пример. Исследовался материал с теплопроводностью порядка 5 Вт/(м.К); толщина образца f 6х 10 м, оптимальный перепад выбран равным 10 К. Неидентичность термопар составляла V., 1 К, контактное тепловое сопротивление Рк 2 104 м г-К/Вт. Для обеспечения таких выбранных значений V опыт необходимо повторить при плотности потока 8,3-10Э Вт/мг. Контрольный, образец выполняли из меди. За счет более точного учета систематических погрешностей, обусловленных величинами VH и Рк, в этом случае достигнуто отличие в значении А(Т) по сравнению с известным способом в 20%

Предлагаемый способ может найти применение в научно-исследовательской практике и в теплофизическои приборостроении.

Формула изобретения

Способ измерения теплопроводности, заключающийся в том, что испытуемый образец и контрольный образец из высокотеплопроводного материала последовательно устанавливают между двумя контактными пластинами с измерителями температур, монотонно изменяют температуру одной из пластин, со стороны другой пластины задают тепловой поток через образец, измеряют скорость изменения температуры образца, тепловой поток через образец и перепад температур на нем, по которым судят о теплопроводности, о т - личающи.йся тем, что, с целью повышения точности за счет раздельного учета неидентичности измерителей температур и термического контактного сопротивления, при установке контрольного образца последовательно устанавливают две плотности теплового потока, а искомую величину определяют из соотношений

(т) ЬШ:Е:МТГГ;(Т)

М ° (г)

Р (т) . ) ).

„

v (T) - V1/aj - y4/gt . V(T) 1/q,- /qf

q

Q - 0,5Ccb

де Д Т f

V0 V,,

-теплопроводность, Вт/()

-температура, К;

-толщина образца, м;

-перепад температур на испытуемом образце, К;

-различие показаний измерителей температур, обусловленное неидентичностью измерителей, К;

-плотность теплового потока через испытуемый образец, Вт/м ;

5

Рк - контактное термическое сопротивление, м К/Вт; Vf,Vj - перепады температур на контрольном образце при двух последовательных плотностях теплового потока соответственно, К; две последовательные плотности теплового потока через контрольный обра- эец,

тепловой поток через исследуемый образец, Вт; теплоемкость исследуемого образца, Дж/К; скорость нагрева, К/с; площадь сечения образца.

Q

с ь

S

Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к измерению теплофизических свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности за счет раздельного учета неидентичности измерителей температур и термического контактного сопротивления. Монотонно изменяют температуру поверхности плоского образца. Тепловым воздействием на противоположную поверхность задают плотность теплового потока через образец. Измеряют перепад температур по образцу посредством контактирующих с поверхностями измерителей температур. Дважды - при двух плотностях теплового потока - повторяют те же операции с контрольным образцом из высокотеплопроводного материала. По полученным данным расчитывают термическое контактное сопротивление и характеристику неидентичности измерителей температур. Искомую величину рассчитывают с учетом этих величин, благодаря чему достигается повышение точности. 1 ил.

Редактор М. Недолуженко

Составитель В. Вертоградский

Техред Л.ОлийныкКорректор Н. Ревская

Заказ 975

Тираж 495

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное