Способ измерения коэффициента теплопроводности Советский патент 1980 года по МПК G01N25/18 

1

Изобретение относится к области теплофизического эксперимента и может быть использовано для определения коэффициентов теплопроводности 5 широкого круга материалов и для контролирования качества заготовок и. изделий.

Создание новых конструкционных материалов, вопросы контроля каче- Ю ства изделий из них ставят задачу разработки метода измерения коэффициента теплопроводности, позволяющего достаточно быстро, точно и просто измерять теплопроводность как jj на специально изготовленных образцах, так и непосредственно на изделиях.

Существующие способы измерения коэффициентов теплопроводности можно 20 разделить на две группы - стационарные и нестационарные способы.

Стационарные способы основаны на наблюдении за температурным полем и тепловым потоком в образце в условия 5 когда текературное распределение в нем остается неизменным. Эти способы характеризуются простыми и надежными расчетными уравнениями, но связаны со значительными затратами времени, JQ

требуют сложных схем электрического контроля и регулировки установок. Образцы должны иметь определенную геометрическую форму и определенные для каждой установки размеры 1}.

Нестационарные способы основаны на экспериментальном нахо)хдении температурного поля в теле заданной формы, когда температурное распределение в нем меняется. Эти способы позволяют избежать необходимость измерения тепловых потоков, но требуют значительного времени на предварительную выдержку образцов при определенной . температуре. Обработка результатов в этих способах весьма сложна, в ряде случаев необходимо иметь данные о плотности и теплоемкости материала образца, точность этих способов невелика 2 .

Извебтен способ измерения коэффициентов теплопроводности твердых тел при помощи плоского зонда постоянной мощности.

Зонд предствляет собой металлическую коробку, заполненную опилками и кусочками меди, с наклеенной на нее электрообмоткой, служащей одновременно и нагревателем и термометром сопротивления. / . . ,;, - :, Зонд приводится в соприкосновение с образцом, имеющим форму плиты. Зонду сообщается мгновенный импульс тепла и на некотором расстоянии от него фиксируется время наступления максимума температуры . Затем образец переворачивается, снова приводится в соприкосновение с зондом, которому сообщается мощность, поддерживаемая определенное время постоянной. Снимается зависимость (, где t - время эксперимента/ t - температура зонда. Тангенс угла наклона ЭТОЙ зависимости представляет собой коэффициент теплОусвояемости - Ь, Коэффициент ЛJ теплопроводности материала образца определяется из соотношения 3j x b f2T-J : Этот способ по технической сущнос ти и достигаемому эффекту наиболее близок к предлагаемому. , Однако этот способ требует длительного времени и многократных измерений, что приводит к значительным погрешностямопределения А. Размеры зонда, приводимые автором, (5х5к1 см таковы, что образец должен быть весьма большим. Необходима установка датчика температуры на образце. Целью изобретения является Повыше ние тОчКостй измерения и создание возможности измерения коэффициента теплопроводности непосредственно на изделиях ИЛИ заготовках любой формы без нарушения их целостности и установки на них датчика температуры. Цель достигается тем, что измеряю начальную температуру и температуру установившуюся через заданноевремя блока нагрева и по разности темпера тур определяют искоМый коэффициент. Если на блоке нагрева имеется на греватель постоянной мощности и дат чик температуры, то уравнение теплЪ вого баланса для такого блока нагре ва запишется в виде V-.., где су - мощность нагревателя; tf) - начальная температура блок нагрева и массива; R) - термичесЙЬе 1ёс51П1рЭЙ1вЗтениё массива т.епловому потоку о блока нагрева; R - термическое сопротивление контакта; RQ - термическое сопротивление окружающей среды тепловому потоку от блока нагрева; Ср - теплоемкость блрка нагрева Решение этого уравнения имеет вид vf(f;, О Измеряя на эталонных обазцах с различной теплопроводностью троят гра уировочную кривую Л(л1) в отличие от прототипа определение оэффициента теплопроводности сводитя к замеру двух показаний прибора, егистрирукяцего температуру блока агрева, и определению искомого знаения по градуировочной кривой. Способ прост, не требует сложного приборного оборудования и высокой квалификации оператора. Время эксперимента составляет 3-5 мин, что важно при массовом контроле образцов, изделий или заготовок. Возможность изготовления блока нагрева необходимых размеров и кривизны контактной поверхности позволяет исследовать объекты практически любой формы, при этом градуировку блока надо производить на эталонных образцах той же формы. Использование предлагаемого способа определения коэффициента теплопроЕодиости обеспечивает по сравнению г лрототиПом следующие преимущества:значительное сокращение времени проведения эксперимента (в 5-10 раз), что особенно важно при массовом контроле образцов; простота проведения эксперимента не требует высокой квалификации оператора и уменьшает вероятность ошибки , способ не требует сложного приборного оборудования и может быть осуществлен непосредственно на производстве или технологической линии; возможность определения коэффициента теплопроводности на изделиях значительно расширяет область его применения и исключает расход времени и средств на изготовления специальных образцов. Формула изобретения Способ измерения коэффициента тёплопроводйости, по которЬму пропускают тепловой поток постоянной .мощности от блока нагрева к исследуемому объекту с последующей регисграцией температуры,отличающийся тем, что, С ЦГелью повышения .точности, измеряют начальную температуру и температуру, установившуюся через заданное время, блока нагрева и по разности температур определяют коэффициент теплопроводности.

57482086

Источники информации,2, Осинова В.А. Экспериментальное

принятые во внимание при экспертизеисследование процессов теплообмена.

1. Петухов B.C. Опытное изучение3. Чудновс1 ий А.Ф. Теплофизические

процессов теплоотдачи. М., 1972,характеристики дисперсных материалов.

с. 12.5 М., ГФМЛ,1962,с.224-225 (прототип).

М., Энергия, 1964,