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

(О

с:

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к определению теплопроводности веществ. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности. Цель достигается за счет сужения диапазона измерений, в котором определяется теплопроводность, путем введения между теплопроводящим элементом и образцами, как исследуемым, так и эталонным дополнительных элементов с тепловыми сопротивлениями R @ и R @ , которые выбирают в зависимости от необходимого диапазона измерения. 1 ил.

Изобретение относится к теплофизи- ческим измерениям и может быть ис- . польз.овано для измерения теплопроводности широкого круга веществ.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности за счет сужения диапазона измерений.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство состоит из электрического нагревателя 1, размещенного на теплопроводящем элементе 2 с возможностью перемещения вдоль его оси. К стокам тепла 3 примьжают.идентичные по геометрическим размерам исследуемый образец 4 и эталонный образец 5. Между образцами и теплопроводящим элементом расположены тепловыравни- вающие пласт гны 6 с вмонтированными в них спаями дифференциальоной. термо,пары 7 и элементами 8 и 9 с рассчитанными тепловыми сопротивлениями, соответственно Rg, и Rg . Уравнение , температур пластин контролируется нуль-индикатором 10.

Способ реализуется следующим образом.

Р1сследуемый 4 и эталонный 5 образцы, тепловыравнивающие пластины 6 и элементы 8 и 9 прижимают к теплопро- водящему элементу 2 с помощью QTOKOB тепла 3. Включают в сеть электрический нагреватель 1, После установления показаний нуль-индика тора 10 пе-. ремещают электрический нагреватель 1 вдоль теплопроводяцего элемента 2 таким образом, чтобы в стационарно тепловом режиме сигнал дифференци- альной термопары 7 равнялся нулю, и по положению нагревателя 1 относительно эталонного и исследуемого обsn

(Р

:о

м

(разцов определяют теплопроводность Исследуемого материала но формуле

о. Ь 1,

S,

1 + k,lj:

ГТ1Г

19,

(1)

Ч; Ц

толвсина соответственно исследуемого и эталонного образцов;

Ig; Ig - толщина элементов 8 и 9;

10

15

1 20

5 - площади поперечгазк сечений эталона и образца;

теплопроводность исследуемого и эталонного образцов;

расстояние от нагревателя до исследуемого и эталонного образцов соответственно в момент условия равновесия данной мостовой схемы; коэффициенты, устанавливающие зависимость между теплопроводностью 25 Л 9, , Л 3t элементов 8 и 9 и Л теплопроводя- щего элемента 2 (К,

Лэ, K,).

Тепловые сопротивления элементов и 9 К З и Rg рассчитьюают предваительно в зависимости от необходи- oro диапазона измерения по формулам

Ко 30

(2)

(3)

де Rg - тепловое сопротивление

элемента, контактирзгю- 40 щего с теплопроводящн:м элементом со стороны исследуемого образца; Rg - тепловое сопротивление

элемента, контактирую- 45 щего с теплопроводящи:м элементом со стороны эталонного образца; тепловое сопротивление

теплопроводящего эле- 50 мента;

NJ; Nj - нижний и верхний предел предполагаемого диапазона измерения , N,, COOT- 55 . ветственно;

R. jj/R- - отношение тепловых сопротивлений образца и эталона.

0

5

0

5

Пример. Необходимо измерить отклонение коэффициента теплопроводности в образцах из одного материала и одинаковых геометрических размеров. При этом допускается, что он изменяется в пределах ± 10%, т.е. Ry/R 0,9; 1,1. Для того, чтобы повысить чувствительность установки, реализующей предлагаемый способ, рассчитываем тепловые сопротивления дополнительных элементов, учитывая, что теплопроводяпщй элемент вьтолнен из низкоуглеродистой стали ( А 54 Вт/(м К)) и имеет диаметр 15 мм и длину 70 мм:

R 7,34.0,9(1,Н1) 4(К(Вт)- 4, 1,1-0,9 ЬУ,4 (.К(.5Т,

М-5 Г -69,7 (К/в.).

.ч . , , .л

Тепловое сопротивление теплопроводящего элемента, изготовленного из зшзкоуглеродистой стали равно

70ПО-3 34 (К/Вт).

Ч

,,7-15 -п-с 54. -7 10

Элементы 8 и 9 изготавливались из

-. f

органического стекла с 7 0,194 Вт/ .м К, диаметром 15 мм. Толщина рассчитывалась из формулы: R - .

п

69,4

19, -МО

-3

0,194 . 10

0 -.-.-.

0,194

152

10

б

Отсюда 1з, 2,4 мм; 1д 2,4 мм.

Измер1:лись изменения теплопроводности по длине полупроводникового слитка диаметром 10 мм, из которого изготовлялись образцы одинаковой толщины - 2 мм. Измерения показали немонотонное изменение теплопроводности полупроводникового материала п длине слитка в пределах 1,38- 1,56 Вт/м«К. Полученные данные хорошо согласуются с паспортными данными.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения теплопрб- водности веществ за счет выбора необходимого диапазона измерения и по- вьшения чувствительности.

51

Формула изобретенияСпособ измерения теплопроводности веществ по авт. св. № 1376021, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения и чувствительности, контакт между теп- лопроводящим элементом и образцами, как исследуемым, так и эталонным, осуществляется через дополнительные элементы с тепловыми- сопротивлениями, которые выбирают в зависимости от необходимого диапазона измерения по формулам

RT- N,(N + 1) . Nj - N ,

RT (Ni 1)

- N, - N ,

R g - тепловое сопротивление

J

М

-f

N

элемента, контактирующего с теплопроводяп им ;- элементом со стороны ис следуемого образца; Rg - тепловое сопротивление элемента, контактирующего с теплопроводящим элементом со стороны эталонного образца; тепловое сопротивление теплопроводящего элемен- та4

, 2. нижний и верх1шй предел предполагаемого диапазона измерения Rx/R 9 соответственно;

Rj, тепловое сопротивление образца и эталона соответственно.

Я