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

О

о со ю

Изобретение относится к исследованию теплофизических характеристик материалов, а именно к определению коэффициента температуропроводности. Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет области жидких состояний. Способ реализуется в устройстве, имеющем источник модулированного теплового потока, воздействующий на поверхность образца типа полуограниченного цилиндра, помещенного в вакуумную камеру, заполненную инертным газом, и возбуждающий в образце температурную волну. Колебания температуры на этой поверхности преобразуются термоэлектрическим преобразователем в электрический сигнал, который поступает в приемник сигнала, где происходит оценивание сдвига фаз между колебаниями теплового потока. 1 ил.

Изобретение относится к исследованию теплофизических характеристик материалов, а именно к определению коэффитщента температуропроводности.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей способа за счет области жидких состояний,

На чертеже показано устройство, реализующее способ.

Устройство содержит источник модулированного теплового потока 1, образец 2 типа полуограниченного иилиндpa, помещенный в вакуумную камеру 3 с инертным газом, термоэлектрический I реобразователь Д и приемник 5 сигнала.

Способ осуществляют следующим образом.

Модулированный по частоте тепловой поток источника 1 воздействует на поверхность образца 2 в вакуумной камере 3, возбу) С1яя в нем температурную волну. Колебаш1я температуры на зтой же поверхности образца преобра10

15

20

31603271

зуются термоэлектрическим преобразователем 4 в электрический сигнал, который поступает в приемник сигнала 5, где происходит оценивание сдвига фаз меяду колебаниями температуры и колебаниями теплового потфка. Для дальнейшей оценки коэффициента температуропроводности; по измеренному сдвигу фаз может быть использовано выражение, которое является результатом решения Следующей заДачи. .

Пусть в центр образца, изображенного на ф иг. 1, падает модулированный тепловой пот(к с поверхностной плотностью , где G3 - частота модуляции, а t - время. Система координат, показана на чертеже. Тогда мате- м тически с учетом осевой симметрии задача сводится к решению двумерного уравнения теплопроводности

,921.1 ЭТ гт Зт Эгг с граничными условийми

(1)

Z 0:- ||+eS(f(T -Tt)+

Т-Т(

q, Оё Гиг ь

о, eR, . где г и Z - 1щлиндрические координаты Z oo:T.coust(t);

(T )5, ,

где Т - температура образца; Л и а - коэффициенты тепло- и темпера туропроводности вещества образца соответственно; 6, Ojt - соответственно постоянная Сте фана-Больцмана, приведенная- степень черноты и коэффициент облученности;

эффективный коэффициент теплопроводности инертного газа; R - радиус образца;

b - радиус светового пятна, вы- свечиваемого лазером на поверхности образца; Т, 11 - температуры стенок камеры;

и L - расстояния от ник до образца,

Предположение, что для температурной волны в образце

.T(r,Z,t)T(r,Z)+0(r,Z)e справедливо 9 (r,Z):T(r,Z), :.где Т и 0 - соответственно постоянная |И переменная составляю1тие температур- ной волны, позволяет разделить зада- чу (1) на две задачи - для Т и9 о За

дача для переменной составляющей 9(r,Z) выглядит так:

.ьз.

-

(2)

при

9@

q(,

.R 0

Яй l r R:|-+rt 6 0,

-...fSti.

и т 1 - среднее Температуры поверхностей образца типа попуограниченного ци- . линдра.

В результате решения задачи (2) имеет выражение для 9(г, Z), из которого легко получить для сдвига фаз:

,, .,„ ,g|feo.

arctg

Re9(r, 0) -Dn-Bh

Eliiiliu+Eii.

C50

(3)

«5 I J3ll iliial.

1(

nfrn- h- .)

где Лц) - сдвиг фаз между колебаниями температуры на поверхности образца и колебаниями воздействующего на нее теплового потока;

I,i(/Un,b Io(jUn.r)(Wn п P(|UnRHfU H- p

.+ (

- N2

B.i

-Ei iBniJ:

. . 2

I, - функции Бесселя;

p. -а -6 |U находится из уравнения

,(|U4R)-c(2lo()0.

При заданных-геометрических пара- метрах задачи выражение (3) представляет из себя зависнмостьМВ(Сй,а, oi ) (обычно ск, iXj) . Поэтому достаточно измерить ЛЦ, (а,,а,о6) и ДЦ (0,,) чтобы из двух полученных уравнений v определить, искомый коэффициент температуропроводности,

у.

Формула изобретения

Способ измерения коэффициента температуропроводности материалов, включающий воздействие на поверхность образца модулированным тепловым потоком, регистрацию сдвига фаз

:мезеду колебаниями температуры и колебаниями этого потока при двух частотах его модуляции, расчет коэффици1 температуропроводности, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей способа в область жидких состояний, регистра1щю сдвига фаз между колебаниями температуры и колебаниями этого потока производят на поверхности образца, подвергаемой воздействию теплового потока.

бф