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

Гтри достижении которых испытания прекращают. Расчет искомой величины осу йествляют по приведенным соотношениям, в которых индекс 1 указывает на принадлежность к исследуемому образцу, индекс 2 - к контрольному образцу:

лл

а - - я - 1п1- -П - + i

+

- JliL.taf-i-d - -i-

ii , L n

. -,

1 / ч 1

--- exp(- --г- агьг )J .

к

- температуропроводность; - толщина образца;

- отношение толщин;

Т - регистрируемая температура образца;

ь - интервал времени от момента теплового импульса до момента достижения заданного 25 приращения температуры; ТЧ/Т - соотношение заданных приращений температур;

Ct/Cfc отношение рбъемных тепло- емкостей образцов; Q

К - отношение тепловых энергий, введенных в исследуемый и контрольный образцы.

Пример. Используют устройст

во, содержащее импульсный источник тепла - лазер типа ЛГН-701 с прерывателем и оптическим расщепителем теплового импульса, нагревающий поверхности исследуемого образца, термопа- ры, регистрирующие изменения температур поверхности образцов, противоположные нагреваемым, сигналы термопар усиливаются усилителями постоянного тока типа Ф136 и регистрируются само- писца типа 3030-2. Регистрируются только начальные части температурно- временных зависимостей. Определяют температуропроводность политетрафторэтилена ПТФЭ) при 310 К; в качестве контрольного образца используют плавленный кварц. Образец и эталон берут диаметром 10 ми одинаковой толщины 1 , 1 г. м, т.е. d 1.

Данные по плотности (Р), удельной теплоемкости (Сг) и температуропро- водности (az) для кварцевого стекла берут: р2. 2,2 40 Сг 0,761 КДж/кг К; az 8, м с

o

5

0

5

Q

35

дд ,с

.

Указанные параметры для ПТФЭ получены в процессе дополнительных измерений. Плотность измеряют методом гидростатического взвешивания, а удельную теплоемкость - с помощью динамического калориметра с погрешностью 3%. Эти данные для 310 К такие: О, 2,1-103 кг/м3; С, 1 КДж/кг-К. Чтобы не измерять энергии тепловых импульсов при каждом опыте подбирается такая оптическая схема расщепителя, состоящего из зеркал, что К 1. При этом энергии тепловых импульсов подбираются такой величины (около 5 Дж, чтобы приращения температур задних поверхностей образца и эталона, измеряемых хромель-алюмелевой термопарой с чувствительностью 41 мкВ/К, не превышала 3-5 К для исключения перегрева передних поверхностей.

Температурные приращения поверхностей образцов выбираются равными: 1 1 1 К (т 1). Из экспериментальных температурно-временных зависимостей определены интервалы времени t 23,8 с, t/i 3,1 с. Экспериментальное значение а, - 1,18х м2/с.

Предлагаемый способ в отличие от известного (метода вспышки) обеспечивает сокращение времени испытания, так как используется только начальный участок температурно-временных изменений. Уменьшение времени испытаний и относительный принцип регистрации обеспечивают повышение точности вследствие снижения влияния на расчет искомой величины теплообмена испытуемого образца с окружающей средой. Способ может найти применение при технологическом контроле образцов материалов.

Формула изобретения

Способ измерения температуропроводности материалов, заключающийся в том, что воздействую тепловым импульсом на поверхность образца в виде пластины и получают информацию о температурно-временных изменениях на противоположной поверхности образца, на основании чего вычисляют температуропроводность , отличающийся тем, что, с целью повышения точности за счет снижения влияния теплообмена образца с окружающей

средой и уменьшения времени измерения, одновременно подвергают испытанию контрольный образец, испытание образцов проводят до моментов достижения заданных приращений температур поверхностей образцов, а искомую величину рассчитывают по формулам

2 2.

с -г

а

d Ь , Г 1 ,. - lnj-r l

ъг

, fi Л Л

ехр(- -тг- агс2 )J ,

Ч

Ct

с,

к

d- m

где а - температуропроводность;. 1,2 - индексы, относящиеся к исd

.11. i

следуемому и контрольному образцам соответственно; 1 - толщина образца;

отношение толщин;

rp fai

г

регистрируемая температура поверхности образца; интервал времени от момента теплового импульса до момента достижения заданного приращения температуры; , соотношение заданных приращений температур; - отношение объемных теплоемкостей образца;. К - отношение тепловых энергий, введенных в исследуемый и контрольный образцы.

Изобретение касается тепловых испытаний, а именно измерений теплофизических свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности за счет снижения влияния теплообмена образца с окружающей средой и уменьшение времени измерения. Используют исследуемый и контрольный образцы в виде пластин. Одновременно подвергают их одностороннему тепловому импульсному воздействию. Измеряют температуры поверхностей образцов, противоположных нагреваемым. Испытание ведут до момента достижения заданного соотношения приращений температур. В отличие от известных способов, требующих регистрации изменения температуры вплоть до достижения равновесного значения, время испытания может быть ограничено начальной стадией изменения температуры поверхности. Это обеспечивает сокращение времени испытаний. Уменьшения времени испытания и относительный принцип регистрации обеспечивают повышение точности, вследствие снижения влияния теплообмена образца с окружающей средой на результат расчета искомой величины.