Способ экспрессного измерения теплофизических свойств материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1980 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к способам и технике измерения теплофизических свойств веществ и может быть использовано в теплофизическом приборостроении. Известные способы комплексного измерения теплофизических характеристик разработаны в основном для динамических режимов. Так, комплексное измерение темпераггуропроводности, теплопроводност теплоемкости 1 проводится в монотонном режиме. Абсолютные и относительные стационарные способы измерения теплопр водности, адиабатические, импульсные способы измерения теплоемкости, способы, основанные на регулярном тепловом режиме, позволяют за один опыт измерит только одну тепяофизическую характеристику. Ближайшим техническим решением к предложенному является способ измере НИИ тепяопроводности 23 , ааключаощи ся в том, что плоский образец и ковтактиру1стаий с ним тепломер помешают между двумя массивными теплопроводящими блоками, причем один из них, например, верхний, предварительно перегрет на несколько градусов Через некоторое время через образец начинает протекать практически постоянный тепловой поток. Измерив перепады температур в образце Л)о.и тепломере - теплопроводность рассчитывают по формуле: Х- bJL . А - сV S о где j- тепловая проводимость тепломера (Вт/К), S - толщина и площадь образца (мм). Тепловая проводимость тепломера определяется в гргщуировочных опытах на стандартньтх образцах. Описанный способ измерений прост в реализации, производителен и точен, но этим способом можно измерять только теппопроводнооть. Время измерения 2-3 жн, большая часть его занимает период ввода в квазистационарный режим. 3 .74 Целью изобретения является обеспечение измерения в одном опыте теппопро- водности и теплоемкости. Поставленная цель достигается тем, что в начале опыта образец принимает температуру нижнего, более холодного, блока и после контакта с верхним блоком во время выхода в квааистационарный режим измеряется количество тепла, поглощенного образцом, путем регистрации входящего и выходящего переменных тепловых потоков. Схема устройства для осуществления предлагаемого способа представлена на фиг.1 Образец 1 перед началом опыта помещают на тепломер 2 нижнего блока 3. . После выравнивания температуры образца и нижнего блока, что определяют по отсутствию сигнала тепломера 2, на обра- , зец устанавливают предварительно перегретый на верхний блок 4 с тепломером 5. Теплоемкость и чувствительност (термоэдс на единицу удельного теплового потока) тепломера верзашго блока равны теплоемкости и чувствительнося и тепломера нижнего блока. На фиг. 2 изображены графики входящего QQ в образец со стороны горячего блока и выходящего Оц тепловых потоков Теплоемкость образца определяется по интегральной разности этих потоков и перепаду температур на образце )з и тепломере ОтН нижнего блока в квазистационарной стадии: С-Г )(Ст1уЬта ЧнЬтн в-с() где С, С теплоемкость верхнего и нижнего тепломеров (Дж/К), Чв- тн - скорости охлаждения верхнего и разогрева нижнего тепломеров (К/с). Выполнение условия равенства тепло- 45 ёмкости и чувствительности тепломеров, а также использование соотношений В- ТВ ТвЯн-Чн Н -i) ---ЕК. , )о.-0ть , J - перепады темТпператур на об- 50 разце и тепломерах (К), t--Eo,E - сигналы TepMCkбаггарей (мкВ): - чувствитель-. 55 ность термопар К - ) ; 40 6 приводит к упрощению расчетной формулы ): МА тв:Ь:« ()(з; где К - коэффициент, учитывающий количество спаев термобатарей. Измерение интегральной разности сигналов верхнего и нижнего тепломеров заканчивается в момент равенства их сит налов, что соответствует выходу устройства в квазистационарный режим, в котором измеряются сигналы термобатарей, характеризующие перепад температур на образце и нижнем тепломере. Расчет, теплопроводности и теплоемкости проводится по формулам (1), (3). Независимое изменение теплопроводности и теплоемкости позволяет по известному соотношению рассчитывать температуропроводность образца: Изобретение дает возможность, практически не увеличивая времени измерения, получать более полную информацию о теплофизических свойствах исследуемого вещества. Формула изобретения 1. Способ экспрессного измерения теплофизичёских свойств материалов на плоском образце, расположенном вместе с контактирующим с ним тепломером между двумя массивными холодным и горячим тегепопроБооящими блоками, включающий измерение теплопроводности в квазистационарном режиме, отличающийся тем, что, с целью ускорения эксперимента при комплексности измерений, выравнивают температуру холодного блока и образца, после чего последний приводят в контакт с горячим блоком, а затем определяют теплоемкость образца путем регистрации входящего и выходтцего переменных тепловых потоков за время выхода на квазистационарный режим. 2. УстЕОйство для осуществления спсь соба по п. 1, содержащее массивные тепгюпроводящие блоки с образцом между ними, тепломер, расположенный в холодном блоке, и термобатарей, отличающ е е с я тем, что в горячем блоке расположен тепломер, одинаковый по чувствительности и теплоемкости с ниж