СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНЫХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ Советский патент 1951 года по МПК G01N27/18 

Предлагается способ определения теплопроводных свойств материалов в условиях их естественного залегания с использованием источника тепла, принятого за образцовый и помещенного в исследуемый материал. Определение теплопроводных свойств материалов производят по величине разбаланса неравновесного измерительного моста с двумя термометрами сопротивления, один из которых помещается в нагревателе, а второй - на определенном расстоянии от него; причем определение теплопроводности ведут при определенной силе тока в нагревателе и при предварительно установленном равновесии в условиях помещения устройства в среду, принятую за образцовую.

Сущность способа, для осуществления которого применяется устройство, имеющее электрическую схему, заключается в следующем.

Предположим следующую схему теплового потока: от малого источника (зонда) тепло распространяется в среде, преодолевая внутреннее сопротивление теплоперехода изоляции, а затем внешнее сопротивление теплоотдачи в среде. Пусть внутри зонда температура t₁, во внешней среде температура t₀ и поток тепла q. Тогда схематическое представление о потоке тепла можно получить, рассматривая следующую формулу:

где α - внутреннее сопротивление теплоперехода; δ - расстояние от поверхности зонда; λ - теплопроводность среды.

Таким образом, связь температурного скачка с теплопроводностью среды может быть использована для целей измерения значений λ.

Электрическая схема устройства для осуществления способа включает следующие части (см. чертеж): r₁ - сопротивление первого плеча мостика, помещаемого вместе с нагревателем в изучаемой среде; r₂ - сопротивление второго плеча мостика, помещаемого на некотором расстоянии от нагревателя в той же среде; r₃ и r₄ - балластные сопротивления; H - нагревательный элемент; Г - гальванометр; О - реохорд; R - реостат и Б - батарея или аккумулятор.

Работа, устройства заключается в следующем. Предположим вначале, что сопротивления r₁, r₂, r₃ и r₄ подобраны для получения нулевого значения тока в мостике при отсутствии нагрева. При пуске тока в нагреватель H сопротивление r₁ увеличивается по сравнению с сопротивлением; r₂. Показание гальванометра при этом пропорциональна разности температур t₁-t₀ и величина его соответствует этой разности в вышеуказанной формуле с точностью до постоянного коэффициента. Перемена положения точки реохорда О позволяет компенсировать неравенство сопротивлений r₁ и r₂ и устанавливать стрелку гальванометра на нуль. При нулевом показании гальванометра положение реохорда соответствует нагреванию зонда в среде, принимаемой по теплопроводности за эталонную. После того как устройство установлено, изменение теплопроводности среды отмечается гальванометром. Необходимо отметить, что установка нулевого положения на реохорде и отсчеты по гальванометру находятся в зависимости от силы тока в нагревателе. Для установки нормальной силы тока целесообразно в качестве контрольного прибора применить гальванометр с шунтом.

Способ определения теплопроводных свойств материалов в условиях их естественного залегания, с использованием источника тепла, принятого за образцовый и помещенного в исследуемый материал, отличающийся тем, что определение теплопроводных свойств материалов производят по величине разбаланса неравновесного измерительного моста с двумя термометрами: электрического сопротивления, - одним, помещенным в нагревателе, а другим на определенном расстоянии от него - при определенной силе тока, подаваемого в нагреватель и при предварительно установленном равновесии в условиях помещения устройства в среду, принятую за образцовую.