Способ измерения теплопроводности Советский патент 1981 года по МПК G01N25/18 

1

Изобретение относится к теплозвым испытаниям материалов, а именно к исследованию теплопроводности материалов .

Известен способ измерения теплопроводности, например в стационарном методе пластины,- заключающийся в том, что после установления стационарного состояния в калориметре измеряют перепад температуры на образце и мощность электрического нагревателя, а затем по формуле рассчитывают теплопроводность 11.

Недостаток этого способа - наличие случайной погрешности при измерении перепада температуры на образце за счет неидентичности градуировок и паразитных термо-ЭДС термопар.

Наиболее близким к предлагаемому является способ,заключающийся в том,, что плоский образец монотонно разогревают и в процессе нагрева измеряют перепад температуры на образце,и показания тепломера, находящегося вконтакте с образцом. Поправка определяется из 3-5 градуировочных опытов с медным образцом 2.

Недостатком известного способа является большая длительность определения поправки на термическое сопротивление контакта поверхностей и заделки термопар. На проведение 3-5 опытов в интервале - 100-4&G С требуется порядка 8-10 ч рабочего времени. Особ,енно этот недостаток сказывается при промышленном выпуске приборов, сильней усложняя процесс настройки и периодической проверки приборов. При замене одной из термопар

10 указанную градуировку необходимо проводить заново.

Цель изобретения - упрощение настройки прибора, повышение точности измерения теплопроводности.

15

Поставленная цель достигается тем, что согласноспособу измерения теплопроводности, заключающемуся в монотонном нагреве П.ЛОСКОГО образца, измерении перепада температуры на

20 образце и теплового потока на одной из граней с последующим расчетом искомой величины по известной формуле, на образце периодически устанавливают равные, но противоположные по знаку

25 перепады температуры порядка (10-20) К. Измерения в очередной точке проводят через время, большее времени регуляризации поля в образце, и по измеренным параметрам определяют

30 искомую теплопроводность. На фиг.1 показан характер измен ния температуры на поверхности образца в зависимости от времени на фиг.2 -г- принципиальная схема измер ния перепада температуры на образце, поясняющая сущность способа. Схема содержит образец 1, верхн контактную пластину 2, нижнюю контактную платину (тепломер) 3, верх нюю термопару 4, нижнюю термопару основание б, термостолбик тепломера 7. Температура нижней поверхности ми . меняется линейно, а температура верхней поверхноЪти tg(,(th риодически меняется относительно т пературы tj(r) , На графике (фиг показан характер изменен-ия перепад температуры на образце v (Т) и на тепломере v. if) , Поменты измерения С, выбираются через интервалы, бол шие времени регуляризации поля в образце СрегСпособ осутаествляется следуюии-гм образом. Образец 1 зажимается между конт ными пластинками 2 и 3. Пластинки выполнены из меди,- поэтому перепады температуры в них нет. Толщина разца выбирается такой, чтобЕз тепл вое сопротивление образца было зна чительно больше теплового сопротив ления контакта, т.е. Р,.,5-р РК Для измерения перепада температу на образце 1 используют термопары 4 и 5, вмонтированные в контактные пластины 2 и 3. Неидентичность градуировки термопар может достигать значительной величины. Так, для хро мельалюмелевой термопары на уровне .1300с допускаемое отклонение составляет - 9 К. В случае, если термопары 4 и 5 сделаны из одной партии термоэлектродов, то разбрс j градуировок достигает половины указанной величины, т.е. составляет - 4,5 К. При измерении перепадов температуры порядка 10-40 К величина погрешност достигает 5-10%, поэтому приходится путем трудоемкой градуировки исключать эту ошибку. Кроме указанной имеет место погрешность за счет пар БИТНЫХ термо-ЭДС, возникающая при изгибах (иаклепе) термоэлектродов при монтаже их в горячей зоне. Обе погрешности имеют случайный характер для разных термопар, но для каж дой, конкретной термопары при жестком монтаже ее погрешности являются систематическими, и поэтому могут быть учтены экспериментальными поправками. Диалогичный характер имеет динамическая погрешность TeNm ратуры, проявляющаяся при разностных измерениях за счет разной инерционности термопар. При постоянной скорости нагрева динамическая погрешность становится для каждой конкретной термопаре систематической и может учитываться градуировкой в совокупности с двумя первыми. Рабочая расчетная формула для теплопроводности имеет вид д:, где Я - теплопроводность образца; S,h- площадь сечения и толщина образцги К-г - проводимость тепломера, определяемая экспериментально в градуировочном опыте; V .,v.-.- сигнал тепломера при потоках в Различных направлениях; . V - перепад температур на образце. В расчетной формуле исключены погрешности за счет неидентичности термопар, паразитных термо-ЭДС и динамическая погрешность. В расчетную формулу не входят также теплоемкость образца и пластинки тепломера, что позволяет дополнительно повысить точность измерений и исключить- серию градуировочных опытов по определению теплоемкости пластинки тепломера. В предлагаемом способе исключается также одна из составляющих теплового потока на боковую поверхность образца. Однако, полученные преимущества способа реализуются при хорошей порядка 1% воспроизводимости и скорости нагрева образца на различных участ ках нагрева. Предлагаемый способ может быть использован для создания промышленных теплофизических приборов, при этом трудоемкость градуировки прибор ра снижается вдвое,аналогичный выигрыш достигается и при проверке прибора , Формула изобретения Способ измерения теплопроводноси, заключающийся в монотонном нагрее плоского образца, измерении переада температуры на образце и тепового потока на одной из граней с оследующим расчетом искомой величиЫ по известной формуле,о т л и ч а щ и и с я тем,что,с целью повышеия точности измерений,на образце ериодически устанавливают равные, о противоположные по знаку перепаы температуры порядка (10-20)К, змерения проводят через время,больее времени регуляризации поля в бразце, и по измеренным параметрам пределяют искрмую теплопроводность. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Кондратьев Г.М. Тепловые измеения. М. -Л. , Машгиз, 1957, с.121. 2.Авторское свидетельство СССР 168500, кл.. G 01 N 25/18, 1964 (прототип).