Способ измерения теплоемкости и малых эффектов при импульсном нагреве Советский патент 1974 года по МПК G01N25/20 

I

Изобретение относится к технической фи зике, а именно к способам измерения тепло физическнх свойств и тепловых эффектов ме таллов и других материалов.

Известен способ измерения тепло шзических свойств металлов, удельной теплоемкости р в дифференциальном калориметре с использованием эталонного образца, в том числе при измерении величины тепловых зффектов ( Ар), связанных со структурными превращениями и фазовыми изменениями в процессе нагрева исследуемого образца.Для измерения Ср и Д „ в таком калориметре исследуемый и Э1-алонный образцы помеищются в один или несколько адиабатических теп- ловых экранов, имеющих равномерное температурное поле и нагревательную обмотку на своей поверхности. С помощью нагревателя на охранном адиабатическом экране и микронагревателей, расположенных внутри исследуемых образцов, выравниваются и в дальнейшем поддерживаются равными тем пературы образцов и окружающих их экранов, чем достигаются адиабатические усло ВИЯ эксперимента. В этих условиях: а)для

определения теплоемкости при заданной температуре измерения через последовательно :соединенные микронагрюватели пропускается электрический ток известной величины В течение известного времени и измеряется тепловая мощность микронагревателей ввталонном и исследуемом образцах. Измеренные в эксперименте превышения температур эталонного и исследуем его обравлов относительно первоначального своего установив- шегося значения (равного температуре измерения), наряду с известными массами образцов и измеренными мощностями микронагревателей позволяют рассчитать значения теплоемкости исследуемо) об}зазца при Э1х)й температуре, б) для Т)пределения величины тепловых э(|)4«ктов в исследуемом образце, реализуемых при его iнагреве, проирводят медленный нагрев всей системы, включающий адиабатический SKjjaH и исследуемые образцы, по линейному закону изменения температуры с pei-истрацией тепловой мощности микронагревателей и снятием термограммы исследуемого образца. При повторном нагреве всей системы подбором MowHOcte К«нкронвгревдтеля но сйедуемом обраэде (а котором i. реауяьтате его -иагрвва теощэвы еффвкт, связав вые ia структурным преврага©ни8|ми в иеМ| ухсе реа/шзовались .и (ш, лршствческя, ре отличается от s anoHHoro образка) побуаакугся совпадения ранее пояуяенной тврмо грамму Измеренная разность тепловых мощностей микронагревателя в исследуе-j MOM образке Б этих двух экспериментах досле соответствующего пересчета дает .возможность получения каК веинчины, таН И . ,рактера (знака) тепловых эффект ов ( Известный способ изкерения /--j иД.Ср трУ доемкий, требует громоздкой и сложной arai( (, силовой и контрольно-измерительной, ЛПЯ обеспечения необходимого режима измер0 iHmi, а результата измерения по/сучаючч я со г Нйштельпой погрешностью. Помимо атВД недрсгатков,в известном способе имеются не« достытки принципиального характера, в/щякк. шив всего на точность результатов намерения малых тепловых эффектов, связанные с цлнтел1: ность о ,самого измерительного Про11всса,ои1уп/мымй oTjujoite Jij iMM в иылар-1 жнианни адиабатич14ско1 о ь процессе Hai-.i«)joHKn и иуобходимостью использования для из1.-10)ония образцоо аначитальиых разме ров, не lipocToiiniefl конфлгУГ йЧ - При изгоjiXiHuHiiij Ttticoinj образца, ciitij-wioinai j в Ним uTijupcTWil и друпос иидах механической обработки, деформирующих ис CJUi/iy Mi-Jit метанл, снимаечся значительная чисгь име-юшихсл или искусстиаШю созданных в нем копряжений. Кроме того, для по- лучении О1иут1 4ых по ьёличине тепловых эф- фок foii образны стремятся сделать но гюзможиостн массивными, что в свою оче- pGAii. ограничивает диапазон возможных ви-. ЗОЙ деформации и их величины, например, с И-:ги)П1ьз11а,и)ием энергии взрыва. Для (гоььнпеиня точности получаемых ре- аулм-атов измерения, сокращения ТрудоемКо«сти иамерителыюго нронесса и его унроще-г ния, а тйкже для раси1ирения возможностей . 1ю видам воздойствия и их вешпине на ис слйл.усмы(1 образец, создающих в нем струн- viat.ieHeHHn предлагается измерение Te3s,)f;f,5K4..TU и величины тепловмх эффектов в c.nьиcи ocти от изменения тёмперату рь) с псппаьзованивм эталонного образца про во.циЛ) метопом воздействия теплового ради «iroirfinro импульса. Для исследования испошИ зуют милые образцы, простейшей конфигурас Win (тонкие t-2 мм прямоугольные пласта| ки размером 5ч10 мм или два полудиска толщиной мм и диаметром двух п&лудис ков MM)i облучаемьи4 радиационным импульсом {напрнЛ1ер, излучение оПтичвско« го квантового т енератораЗ короткой прОДояжнтел ьности ( f 1 MCQKI) известной теппог вой мошностн, Йэмеренвое в ахспераментё превышенне температур наследуемого я Л01ШОГО образное отвоснтельно первоначальHofо установавшё гося их значения, равного температуре намерения, в результате поглоffletujs ими ШИШКОВОЙ радиационной облуча|ощего их импульса лазера позволяет ; определить величину С 1. При-равномерном распределение ааяергитГв сечении пучка иаи. пучения лазера или другого импульсного истоо}ннка световой энергии (лампа«-вспышка в щ.) одинаковая величина поглощаемой обравиами внергии достигается созданием оди-н каковой гермеТрин исследуемого и бталонно- ГО образцов и нанесением повержносяь тонкого зачерняющего покрытия, например платиновой черни, имеюшей стабильные оптические характеристики в щнроком температурном интервале. Предварительно определенные взвешиванием массы образнов наряду с измеренными превыщеннямн температур ры образцов в результате поглощения ими импульса радиационной тепловой энергииг позволяют по известной величине С эталонного образца определить величину поглощен-. ; ной им тепловой лучистой энергии, а с испрль зованием последней вычислить р; исследуемого образца при температуре измерения. i Теплоемкость образца С определяется по формула ). где Q in; н, следовательно, С .,. РОто т м+ дТ) где Q .- количество радиационной эцергцм на единицу облучаемой поверхности; Т - максимальный подъем температуры образца эталона, лТ- разность температур образна и эталона при температуре Т t масса образца и эталона соответ CTBUHHOJ Р теплоемкость образца и ara-i лона боответственно. При определении тепловых эффектов С С Р Р гпэ Т о м обр Если Шэ Шф « легко вьтолнить при подготовке дхсперимента, to Измеревне величины в характер тепловых IKTDB, реализующихся в образце, претерг оввакдаюм при нагреве структурные в фазов1йе Ярввраще йш, сводится к регистрации йалых р азностёй температур -исследуемого, и аталоиного образцов {облучаемых коротким ШлаугозСом радиационной энергии), осуществляемой, например, тонкой дифференциа/1ьиой опарой. Серия измерений, провиденных с интервалами через; несколько градусов / ) полученным результат там построить графическую зависимость вепКчнны и характера тепловых эффектов в диапазоне температур измерения. Получен(Иые предлагаемым снособом , и Л|С л буlajft истинными, так как в этом случае при облучений малых образцов вмнуньсом рвдввп ЦИО1ШОЙ М1ергин короткой продолиштельностн преодолевается болышлютво трудностей: отсутствуют тепловые контактные сргфстивления на границах источников и стоков тепла за счет чрезвычайно малой продолжительнотсти нарастания температуры на образцах д0 максимального значения и чрезвычайно малого времени регистрации этого прнраыения температуры образцов, теплообменом обраэгг .цов с окружающей средой можно пренебречь, ia измерительный процесс в первом х.рлбпижении можно считать адиабатическим. Претмет изобретенияСпособ измерения теплоемкости и малых /тепловых эффектов при импульсном нагреве эталона и исследуемого образна по раэирсти температур отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений, эталон и исследуемый образец облучают одним импульсом, например, лазерпо- го излучения, прячем образцы выпопнены в виде плоских тел одинаковой геоме грни и снабжены тонким зачерняющим покрытием со стабильными оптинескими характеристи- ;ками в измеряемом диапазоне температур,