Способ градуирования измерителей теплопроводности Советский патент 1993 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к тепловым методам исследования вещества, в том числе определения теплопроводности методом стационарного теплового потока.

Известен способ, согласно которому градуирование измерителя производят по одному эталону. Градуирование сводится к нахождению градуировочного коэффициента и позволяет исключить приборные ошибки в окрестности теплопроводности эталона. Недостатком способа является то, что градуирование справедливо в узком диапазоне теплопроводности.

Известен способ, в котором градуирование измерителя производят по нескольким эталонам различной теплопроводности. При этом для каждого эталона находят соответствующий градуировочный коэффициент. Для промежуточных значений теплопроводности градуировочный коэффициент находят интерполированием. Этот прием позволяет скомпенсировать ошибку измерений в более широком (по сравнению

с предыдущим способом)диапазоне теплопроводности. Недостаток данного способа состоит в том, что такая компенсация не может быть полной. Это происходит потому, что для определения градуировочного коэффициента, зависящего от теплопроводности, необходимо заранее знать теплопроводность испытываемого материала. Но она неизвестна, ее определение является целью испытаний. Таким образом, градуировочный коэффициент определяется по неизвестной величине теплопроводности испытываемого материала. Следовательно, градуировочный коэффициент не может быть определен точно.

Общим недостатком известных способов является то, что градуировочный коэффициент зависит от теплопроводности. Причина этого состоит в следующем. Принцип действия измерителей теплопроводности методом стационарного теплового потока основан на законе Фурье, т. е. на линейно-пропорциональной зависимости

СП

С

vi

00

о о

Ј

теплового потока от градиента температуры при неизменной теплопроводности. В процессе испытаний искомые тепловой поток и перепад температуры (градиент температуры) определяют по величине термоЭДС преобразователей (термопар, тепломеров) этих величин. Значит, чтобы не нарушался закон Фурье, .дол ф${;сЪ.$р8НЈться пропорционально-линейна., зависимость между изме-. ренными значениями те р моЭДС преобразователей темп%р1зт уТэ ы и тфлового потока. Однако в действительности этого не происходит по ряду причин, например из-за приборной ошибки измерения термоЭДС, неидеальности граничных условий на поверхности образца и др.

Целью изобретения является повышение точности измерений теплопроводности на основе достижения линейно-пропорциональной зависимости междутермоЭДС преобразователей перепада температуры и теплового потока и упрощения измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в способе градуирования измерителей.теплопроводности, включающем создание постоянного теплового потока через эталонные образцы (эталоны) известной геометрии и теплопроводности, измерение установившихся значений термоЭДС преобразователей теплового потока и перепада температуры, вычисление градуировочных коэффициентов, согласно изобретению, со-, здают последовательно несколько значений теплового потока через эталоны известной геометрии и теплопроводности, измеряют установившиеся термоЭДС преобразователей, корректируют передаточную функцию каждого преобразователя для приведения ее к линейно-пропорциональному виду, рассчитывают градуировочный коэффициент измерителя.

Пример. Для градуирования стацио- парного измерителя теплопроводности плоских образцов используют два эталона теплопроводностью AI 0,1 Вт/(м К) и Аа 0,2 Вт/(м К) и толщиной di. d2 0,05 м. -.

В материале теплопроводностью AI создают последовательно три разных по величине тепловых потока, в результате чего определяют три пары установившихся значений термоЭДС преобразователей перепада температуры Uti и теплового потока Uqi, которые записывают в табл. 1.

Аналогично испытывают эталон с теплопроводностью Аг, в результате чего получают три пары термоЭДС теплового потока Uq2 и перепада температуры Ut2, которые записывают в табл. 2.

Из табл. 1 видно, что термоЭДС Uqi и Uti изменяются линейно-пропорционально. При испытании эталона с теплопроводностью АЗ условие линейной пропорционэльности между Uq2 и Ut2 не выполняется. Значит, необходимо произвести коррекцию передаточных функций преобразователей. С этой целью строят декартову систему координат, на оси ординат которой откладыва0 ют шкалу термоЭДС преобразователя теплового потока Uq, а на оси абсцисс - перепада температуры Ut. В построенной системе координат отмечают, точки, соответствующие сведенным в табл. 1 трем па5 рам термоЭДС (Uqi, Uti), а именно (0,55; 0,55), (1,05; 1,05), (1,55; 1,55). Через точки проводят линию, которая в данном случае является прямой. Аналогичное построение делают по трем точкам (Uq2, Ut2), а именно

0 (0,45; 0,25), (0,85; 0,45), (1,25; 0,65). Видно, что и в этом случае точки легли на прямую линию.

Построенные прямые пересекаются в точке (0.05; 0,05). Согласно закону Фурье этой точке должны, соответствовать нулевые

5

5

0

5

значения теплового потока и градиента температуры в образцах (эталонах). Обозначают соответствующие этой точке значения. термоЭДС через Uqo и Uto. Тогда коррекция передаточных функций датчиков сведется к

0 тому, что вместо Uq в последующих измерения нужно будет использовать величину Uq.- Uqo, а вместо Ut - величину Ut - Uto.

Преобразуют с учетом полученного результата данные табл. 1, 2 и сводят их соот5 ветственно в табл. 3,А.

Согласно изложенному формула расчета теплопроводности будет иметь вид

и где d-толщина образца, м;

К - градуировочный коэффициент, определяемый из формулы

-Uto)

k ..vvt w(21 d(Uq-Uq0) . . . W Подставляют в формулу (2) теплопроводность AI , толщину di и пару чисел первого столбца табл. 3: .

k 0,050,5

Убеждаются, что полученное по формуле (2) значение градуировочного коэффициента не зависит ни от теплового потока через образец, для чего следует использовать оставшиеся две пары чисел табл. 3, ни от теплопроводности эталонов, для чего нужно вместо AI и di подставить соответственно А2 и d2, а также вместо Uqi - Uqo и Uti-Uto подставить Uq2 - Uqo и Ut2 - Uto из табл. 4.

Формула изобретения Способ градуирования измерителей теплопроводности, включающий создание постоянного теплового потока через эталонные образцы известной геометрии и теплопроводности, измерение установившихся значений термоЭДС преобразовате- лей теплового потока и перепада температуры, вычисление градуировочных коэффициентов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения измерений, создают последовательно несколько значений теплового потока через два эталонных образца и измеряют установившиеся значения термоЭДС преобразователей теплового потока и перепада

температур для каждого значения теплового потока, после чего рассчитывают градуи- ровочный коэффициент по формуле

Д (Uti - Uto)

di (Uqi - Uqo)

где i 1,2

Ai - теплопроводность 1-го эталона; di - толщина эталона iLro; Uti, Uqi - установившееся значение термоЭДС преобразователей перепада температуры и теплового потока соответственно, при испытании i-ro эталона

UtO, UqO И Uq2 (Ut2) - КООрДИНаТЫ ТОЧКИ

пересечения зависимостей Uqi (Uti).

Изобретение относится к тепловым методам исследования вещества. С целью повышения точности измерений теплопроводности измерители градуируют с помощью двух эталонов различной теплопроводности, на которых последовательно создают несколько значений теплового потока, и измеряют установившиеся значения термо- ЭДС преобразователей для потока и перепада температур. Преобразуют передаточную функцию каждого преобразователя к линейно-пропорциональному виду и рассчитывают градуировочный коэффициент. 4 табл.

Таблица 1

20

Таблица 2

Т а б л и ц а 3

Таблица 4