СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ КОНСТАНТМАТЕРИАЛОВ Советский патент 1969 года по МПК H01B19/00 G01K17/16 

Известен способ определения теплофизических коистант материалов, в частности электроизоляционных покрытий кабельных изделий, расположенных аксиально симметрично вокруг токопроводяш:его элемента. Этот способ заключается в измерении сопротивления токопроводящего элемента при пропускании по нему электрического тока. На концах нити и внешней поверхности исследуемого вещества поддерживают постоянную темнературу.

Способ основан на подборе тока, при котором увеличеиие притока тепла, вызванное увеличением сопротивления нагретой проволоки, будет равно потерям тепла с поверхности проводника. Подобрав нужный ток, измеряют сопротивление проволоки, после чего определяют теплопроводность исследуемого вещества.

Основными недостатками этого способа являются: трудность нодбора необходимой силы тока и высокая температура проволоки при указанном токе, что не позволяет применять данный способ для исследования материалов, имеющих невысокие температуры фазовых переходов или деструкции (например льда, полимеров и т. д.).

Предлагаемый способ отличается от известных тем, что сопротивление токопроводящего элемента, например проволоки, измеряют при различных значениях силы тока и по величине его относительного изменения, отнесенного

к квадрату силы тока, определяют теплофизические константы. Поскольку каждое измерение проводят при строго фиксированной силе тока, вместо сопротивленпя можно измерять

иадение напряжения.

Это упрощает определение теплофизических констант.

Для определения коэффициента теплопроводности материалов измерение сопротпвления токоироводящего элемента при различных значениях силы тока производят при поддержании постоянной температуры на внешне-й поверхности образца. Для определения степени черноты поверхности материала измерение сопротивления токопроводящего элемента при различных значениях силы тока про 1зводят, помещая образец в вакуумную камеру, температуру внутренних стенок которой поддерживают постоянной.

При использовании предлагаемого способа отпадает необходимость в тепловых и температурных измерениях, а измерения сопротивления (падения напряжения) можно проводить при минимальных токах (при которых становится заметным изменение измеряемых величин).

Авторами изобретения была установлена зависимость между скоростью увеличения сотекающего тока и потерями тепла с ее поверхлоети. Это легло в основу предлагаемого способа. Как известно, распределение температуры вдоль тонкой проволоки, нагреваемой постоянным током /, в стационарном режиме определяется уравнеппем; L. ( l-Jp llZl . у ; c7h dx С 1 Ci ,С,1 to 2 0ц где 1/(л ) - температура проволоки в точке х; /CiC) - коэффициент теплоироводности, теплоемкость и плотность матерпала, из котого изготовлена проволока; р - периметр сечеиия проволоки; ы - площадь сечения; Н - коэффициент теилоотдачи с поверхности провода; GO - проводимость. Предполагается, что удельное сопротивление проволоки изменяется от температуры по закону: Г --Т-То( - удельное сопротивление при нулевой температуре. Иначе уравнение ( () записывается в виде --K,(2) о5://ак при граничных условиях 1/ О для х О л- 21. Сопротивление проволоки может быть найдено как: R - -((1 + -V)t/A:, где а - темиературпый коэффициент изменения электрического сопротивления; V - ре HieHiie уравнения (1). В конечном счете были получены выражения для относительного изменения сопротивлення: /, the/ 7г,( ) ft° - (й )0 т 1 :.z .-,.К1 ц2 Q /з RO3 Ч Если проволока окружена полым цилиндром, выполненным из материала, теплопроемиература, то плотность потерь теила проолокой в точке X выражается в виде де 0-1 и Ь - виутренний и наружный радиусы нилиндра соответственно. В этом случае распределение температуры доль проволоки оиределяется тем же уравнеием (2), по 5Ду/22-К; а . - - , -oKl, 1 /Ci Введем следуюндие обозначения: Г2. ГГ . : / , П - Согласно выражепню (3) для малых токов , . ,-. Л til я/ ( 1- а- Vв поскольку а я - а/С; К , thai Прн 1 0; А О и а / Я , выбирая / thai ,, столь ООЛЬШНЛ, чтобыГ С 1 МОЖИО al получить J - 0 H-M ::oKi П при определении Я Если мы хотим измерить степень черноты поверхпостп изолпрующего материала, то следует учесть, что плотность потерь тепла проволокой в точке X выражается: hbi 1+ где h - теплоотдача излучением с поверхностп тела, деленная на коэффициент теплопроводности. хМощность теплового потока ae(7i - Т), где Т - абсолютная температура излучающе° тела; Го - абсолютная температура окружающего пространства; о - постоянная Стефапа-Больцмана; s - относительная излучательная способность поверхности или степень черноты. с достаточной точностью выражается в виде 4сте7о( - о), так что коэффициент теплоотдачи h можно принять равным результате 2- hbi К-г 1+/г 1п«1Поскольку теперь нельзя считать о/ столь большим, чтобы можно было пренебречь члеtha/НОМ пооядка - , в рассматриваемом слуАпоэтому, вводя новые обозначения: Л л.: получаем, что, находя графически или численно f/ из уравнения f(t/), где l(U} №{l-t;), МЕз1 находим величину Я из определения И Осиовными стадиями процесса измерения теплофизических констант, таким образом, являются следующие. Одновременное измерение соиротивления отрезка провода, аксиально симметрично иокрытого испытуемым материалом, и силы тока, протекающего по проводу и нагревающего его. Расчет изменения относительного сопротивления проводника по отношению к относительному сопротивлению его при нулевой температуре. Определение скорости изменения относительного сопротивления проводника по отношению к квадрату силы тока. Определение коэффициента теплопроводности испытуемого материала по формулам (4), (5), а степени черноты по формулам (6) - (9). Предлагаемый способ осуществляется с помощью установки, принципиальиая схема которой изображена на чертеже. Она имеет трубу, в которую номещают испытываемый образец провода. Через трубу пропускают поток хладагента, например масла, что обесиечивает постоянство температуры на поверхиости провода п концах проводника. Для определения коэффициента теплопроводности изоляции проводов и кабелей берут провода / длиной 2 лг и закрепляют в трубе 2. Образец через выводы 3 присоединяют к зажимам 4 моста 5 для измерения сопротивлеиия. Затем в трубу подают хладагент, включают генератор 6 постоянного тока и в результате регулирования тока обмотки 7 возбуждения устанавливается минимальной ток /о, проходящий через образец. Величииу тока /о выбирают такой, чтобы было заметно отклонепие нуль-индикатора. При этом токе измеряют соиротцвлен;;е образцов провода. После этого измеряют сопротивление R образцов ировода при токах /. Максимальную величину тока / оиределяют условием сохранения пропорциональности величин Ат и Дт. Затем вычисляют коэффициент теплопроводностн покрытий. Трубу 2 при определении степени черноты заключают в рубашку, но которой пропускаЮ1 хладагент, причем поток его омывает контакты в местах закрепления образца. При этом в трубе 2 создается вакуум. Предмет изобретения 1.Способ определения теплофизических констант материалов, в частности электроизоляционных покрытий кабельных изделий, расположенных аксиально симметрично вокруг токопроводящего элемента, заключающийся в измерении соиротивления токопроводящего элемента при пропускании по нему электрического тока п поддержаиии иостоянной темиературы на его концах, отличающийся тем, что, с целью уирощения определения теилофизическпх констант, сопротивление измеряют при различных значениях силы тока и по величине его относительного изменения, отнесенного к квадрату силы тока, определяют теплофизические константы. 2.Способ по и. 1, отличающийся тем, что для определения коэффициента теплопроводностн материалов измерение сопротивления токопроводящего элемента при различных значеннях силы тока ироизводят ирп поддержании постоянной температуры па внешне поверхности образца. 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что для определения степенп черноты поверхностп .матерпала измерение сонротивления токопроБодящего элемента при различных значениях силы тока производят, иомещая образец в вакуумную камеру, температуру внутренних стенок которой поддерживают постоянной.

/ г

fiocfo