Способ измерения теплопроводности материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к теплофизиче- ским измерениям и может быть использовано для определения теплопроводности различных материалов, особенно высокотеплопроводных, в виде пластин и пленок.

Цель изобретения - повышение точности, расширение диапазона и упрощение измерения.

На чертеже представлена принципиальная схема одного из возможных устройств, реализующих предлагаемый способ.

Способ реализуется следующим образом.

Создают теплопроводящую цепь из двух эталонных и исследуемого образца. Поддерживают концы теплопроводящей цепи при одинаковой температуре и взаимодействуют тепловым потоком на часть исследуемого

образца Перемещают место воздействия до тех пор, пока тепловые потоки, проходящие через части исследуемого образца и эталонные образцы, не будут равны между собой. Искомую величину определяют по формуле

L-2I1

( э Sj

С

С

5э

где Ах Лэ ЛГ коэффициент теплопроводности исследуемого, одного и другого эталонных образцов, соответственно;

L- расстояние между эталонным образцом;

Н - расстояние от середины места воздействия тепловым потоком к одному из эталонных образцов;

О 00

ю Ј

а

I3, Ь толщина одного и другого эталонных образцов, соответственно;

Sx, 5э, 5э площадь поперечного сечения исследуемого, одного и другого эталонных образцов, соответственно.

Устройство, реализующее предлагаемый с песо 5. состоит лз источника 1 тепла, ; .ме«щего возможность перемещения лис ль оси исследуемого образца 2, который уста коал ей тори: эталонных образцов 3 л f i t зафиксирован ь этом положении при- жиу.см I:. НУ поверхности стока 5 тепла нз- lUisoHb: образцы 7 с одинаковыми тепловыми сопротивлениями и темперэту- ройыравнивающие пластины 8 с вмонтиро- оач:чыми а них спаями дифференциальной .-.-зог..опаиь; 9, Уравнивание температур пла- .:-. .контролируется нуль-индикатором 10. лемен r;-.i устройства защищены от тепло- обкен.з с окружающей средой тепломзоля- :.; и с i:-; :. корпусом 11. Стоки тепла смываю z-: жидкостью из термостата 12, образцов к стокам тепла осущест- ::.,л с пол-юидью механизмов 13.

работает следующим обра О Г1

поверхности стока б тепла устанавливаю: образцы 7, между которыми и эталонными образцами 3 и 4 расположены емпеоатуро-выравнивающие пластины 8. . /.следуемого материала изготазлиоанэт у рЈзец 2 таким образом, чтобы и го ширина jbdd рэвмз ширине или диаметру (при ис- пояьзойс1;- /,; эталон образцов цилинд- :,мческо /1 формы эталонных образцов, На юрцы эталонных образцов устанавли- ,;SKIT ;лзготоЕлемн;-; обрэзэц2 и фиксируют

Паоемй цают источник 1 тепла вдоль исследуемого образца таким образом. :то5ы в стационарном тепловом режиме сигнгл дифференциальной термопары 9 озвнрлся нулю. В результате по положению источника 1 тепла относительно эталонных образцов 3 и 4 судят в величине коэффициента т е г. л о п р о в с д нести.

Измерение коэффициента теплопроводности исследуемого образца осуществляется в стационарном тепловом режиме, когда епловь е потоки, проходящие через зталочныэ образцы 3, 4 соответственно.. оззнь; мажду собой. Тепловые потоки, про- ХОДЯЩИЕ через эталонные образцы 3 и 4, измеряются с помощью двух одинаковых по тепловому сопротивлению образцов 7, одни i3 торцов которых контактируют с поверхностью стока 6 тепла, а другие торцы - с гемперзтуро-зыравнивающими пластинами ii н котооые вмонтированы спаи дифФерен0

5

П

О

цизльной термопары 9. Пс температурным переиздам на образцах 7 судят об измеряемых тепловых потоках. Равенства этих тепловых потокоа достигают перемещением источника : тепла вдоль оси исследуемого образца 2 - фиксируют его по равенству нулю сигнала дифференциальной термопары 9, поскольку в зтст момент перепады температур на образцах 7 равны между собой.

При м е р. Произведены измерения теплопроводности материалов с А от 10 до 400 Вт/(м.К) в диапазоне температур 270- 320 К. В качестве источника тепла использован л и н е и н hi и источник энергии, выполненный с возможностью перемещения едоль оси исследуемого образца. Образцы для измерения равенства тепловых потоков в различных ветвях теплопроводя- щей цепи Быполнены из сплава ВТ-6 толщиной 5 мм и диаметром 15 мм и приклеены к стоку таплз. В C.UOIG очередь, к зтим образцам приклеены пластины диаметром 15 мм и толщиной 2 мм, а которые вмонтировано по спаю дифференциально / хромель-копе- левой термопары, подключенной к нуль-индикатору - бполу АК от потенциометра Р-353 с минимальней ценой деления шкалы 10 В. Эталонные образцы изготовлены из нержавеющей стали 12х ЗН10Гс Д 14,64 Вт/{м.К) при 300 К д пиде дисков диаметром 15 им и высотой 4 У 1.5 мм соответственно. Исследуют теплопроводность пластины, изготовленной /is исследуемого материала при 390 К размерами 3x15x60 мм.

В результате измерения получено значение: 21,95 мм. По формуле, учитывая УТО Ss 4, м2, 5э к о п р е д е л я ю т и с к о м у ю вел и ч и н у 60-2 21.95

чг

U К

Лх

-и - 1 К

4,5 (-- -- --)

14,64 - 1.77 -

5

Предлагаемый г.посоо позволяет повысить точность измерения за счет искл;оче- ния погрешности от влияния контактных термических сопротивлений между элементами теплопроводящей цепи и других аддитивных возмущений на результат измерения и тем самым расширяет диапазон измерений, э именно позволяет проводить измерения с высокотеплопрсаодными ма- теризлами А 10 Вт/м.К. в том числе, в виде пластин и пленок.

Формула изобретения Способ измерения-, теплопроводности материалов, заключающийся в создании теплопроводящей цепи из двух эт алойных и

исследуемого образцов, а также задании. температур на концах этой цепи отличающийся тем, что, с целью повышения точности, расширения диапазона и упрощения измерения, воздействуют тепловым потоком на ограниченную зону исследуемого образца и перемещают место воздействия до тех пор, пока тепловые потоки, проходящие через эталонные образцы, не будут равны, между собой, а искомую величину определяют по формуле

L-2I1

а

Ах

Sxf

VAJS:

la ,

0

5

где Ах Лэ M - коэффициенты теплопроводности исследуемого одного и другого эталонных образцов соответственно;

L - расстояние между эталонными образцами;

- расстояние от середины места воздействия тепловым потоком к одному из эталонных образцов;

з, э толщины одного и другого эталонных образцов соответственно;

Sx, 5э, 5э площади поперечного сечения исследуемого, одного и другого эталонных образцов соответственно.

Изобретение относится к теплофизиче- ским измерениям и может быть использовано для определения теплопроводности различных материалов, особенно высокотеплопроводных, в виде пластин и пленок Цель изобретения - повышение точности, расширение диапазона и упрощение измерения. В способе, заключающемся в создании теплопроводящей цепи из двух эталонных и исследуемого образцов, а также задании температур на концах этой цепи, согласно изобретению, воздействуют тепловым потоком на ограниченную зону исследуемого образца и перемещают место & воздействия до тех пор, пока тепловые по- гл токи проходящие через эталонные образцы не будут равны между собой, а затем рассчи- L. тывают искомую величину 1 ил.Q

6