СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕИТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ Советский патент 1968 года по МПК G01N25/18 

Р1звестные способы измерения коэффициента теплопроводности, когда нагрев образца н измерение параметров ведутся контактным способом, мало пригодны для соответствующих измерений в случае тонкопленочных материалов, так как это приводит к разрушению пленок, к потерям тепла через термопары и т. д.

Предложенный способ отличается от известных тем, что для повышения точности измерения для тонкопленочных материалов из двух разнородных исследуемых материалов составляют термопару в виде полоски, облучают известным лучистым потоком сначала всю нолоску, а затем поочередно каждую ее составную часть, измеряют при каждом облучении термо-э. д. с., определяют динамическое сопротивление полоски и по известным формулам находят величину коэффициента теплопроводности.

Сущность изобретения заключается в том, что если из двух разнородных термоэлектрических материалов образовать термопару, например, в виде тонкопленочной полоски, то при облучении лучистым потоком известной величины различных участков термоэлектрической полоски, находящихся на различнь1 х расстояниях от термоспая, горячий спай нагревается за счет определенного значения коэффициента теплопроводности прилегающих

материалов на разную величину, которая может быть определена путем замера величины термо-э. д. с., развиваемой термополоской. Для исключения контактнрования с хорошими проводниками тепла термоэлектрическую полоску помещают в воздушную среду или в вакуум. Концы термоэлектрической полоски, образующие холодный спай, находятся в хорошем тепловом контакте с массивным теплоприемником, имеющим комнатную температуру, не зависящую от степени облучения термоэлектрической полоски лучистым потоком. Составляя соответствующие математические уравнения для термоэлектрической нолоски, определить коэффициент тенлопроводности материала одной части нолоски относительно другой. Иснользуя дополнительно уравнение для динамического сопротивления той же термоэлектрической полоски, практически определяемого при пропускании через термополоску тока, можно определить абсолютное значение коэффициента теплопроводности.

На чертеже изобрал ена термоэлектрическая иолоска, горячий спай / который образован термоэлектрическими материалами 2 и 3. Лучистым потоком известной величины облучают всю поверхность термоэлектрической полоски. При этом место стыка двух термоэлектрических материалов - горячий спай / - нагревается на некоторую добавочную температуру

AT относительно холодного спая, образованного концами термоэлектрической полоски, лежащими на массивном стеклянном теплоприемнике и электрически соединенными с измерительным потенциометром. Так как по всей длине, за исключением концов, образующих холодный спай, термоэлектрическую полоску окружает воздущная среда или вакуумированное пространство, то температура ДГ горячего спая будет определяться интенсивностью поглощенного лучистого потока, а также величиной теплоотдачи с единицы поверхности Я полоски. Величину Е термо-э. д. с., развиваемую термоэлектрической полоской в этом случае, замеряют потенциометром. Затем лучистым потоком той же величины облучают только термоэлектрический материал 2, составляющий половину длины всей термоэлектрической полоски. При этом горячий спай 1 нагревается относительно холодного спая на некоторую добавочную температуру ATi. Эта добавочная температура будет определяться так же, как и в первом случае, интенсивностью поглощенного лучистого потока, величиной теплоотдачи с единицы поверхности Н полоски и оттоком тепла, обусловленного теплопроводностью материала 3. Величину Е термо-э. д. с., развиваемую термоэлектрической полоской в этом случае, также замеряют потенциометром.

Составление и решение дифференциальных уравнений, соответствующих описанным случаям облучения термоэлектрической полоски, позволяет определить величину коэффициента теплопроводности одного материала относительно другого.

Привлечение дополнительного уравнения, связанного с онределением динамического сопротивления той же самой термоэлектрической полоски, позволяет определить абсолютное значение коэффициента К теплопроводности исследуемого материала 2

Г вт j

24,2Т

)vР„г. Е I г/Л J Е L У

где «1,2 - суммарный коэффициент термоэ. д. с. двух термоэлектрических материалов, если они имеют разные знаки, или разность коэффициентов термо-э. д. с. двух материалов, если коэффициенты термо-э. д. с. имеют одинаковые знаки. Размерность xi,2 - вольт/град; Р - периметр сечения термоэлектрической полоски, см; С02 - площадь поперечного сечения части термоэлектрической полоски исследуеiMoro материала 2, Ф - величина лучистого потока, падающего на термоэлектрическую полоску, вт/см2; Е-коэффициент поглощения поверхности термоэлектрической полоски со стороны падения лучистого потока; Е, EI - указанные значения термо-э. д. с., замеренные экспериментально; Kg - динамическое сопротивление, ом.

Коэффициент Е может быть величиной, одинаковой для обоих материалов, если исследуемый термоэлектрический материал наносится равномерно по всей ее длине, т. е. на обе части 2 и 5, и если коэффициент пропускания потока Ф для материалов 2 и 5 равен нулю при условии, что поток Ф с определенным спектральным составом облучает термоэлектрическую полоску со стороны исследуемого материала. Такое положение имеет место в предлагаемом случае, причем необходимо, чтобы электропроводность исследуемого материала 2 была по своему значению меньше электропроводности материала 3.

Динамическое сопротивление Rg замеряется путем измерения величины сопротивления термоэлектрической нолоски на постоянном токе малой величины

g 2 терм, где

1 - сопротивление термоэлектрической полоски, измеренное при одном направлении тока;

- сопротивление термоэлектрической полоски, измеренное при другом направлении тока;

терм- сопротивление термоэлемента, измеренное на переменном токе.

Направление тока, при котором производится замер величины , должно быть такое, чтобы При замерах R и R-i величина измерительного тока должна быть неизменной.

Предмет изобретения

Способ измерения коэффициента теплопроводности путем нагревания образца лучистым потоком, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения для тонкопленочных материалов, из двух разнородных исследуемых материалов составляют термопару в внде полоски, облучают известным лучистым потоком сначала всю полоску, а затем поочередно каждую ее составную часть, измеряют при каждом облучении термо-э. д. с., определяют динамическое сопротивление полоски и по известным формулам находят величину коэффициента теплопроводности.