Способ комплексного измерения теплофизических свойств твердых материалов Советский патент 1982 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к измерениям теплофизических свойств твердых материалов и предназначено для использования в материаловедении при изучении свойств металлов/ сплавов, полупроводников, диэлектриков.

Известен способ измерения теплофизических свойств исследуегФах материалов/согласно которому подают тепловой импульс на одну сторону образца, изготовленного в виде составной пластины, и измеряют зависимость температуры от времени наего противоположной стороне 1.

Однако этот способ требует изготовления сложного образца из исследуемого материала и материала с известными теплофизическими свойствами (теплоемкостью-;., и коэффициентом температуропроводности) и не позволяет определить температуропроводность с погрешностью меньше 10 %.

Наиболее близким к предлагаемому является способ комплексного измерения теплофизических свойств твердых материалов, заключающийся в том, что тепловой импульс, энергия которого известна, подают на одну сторону плоского образца и измеряют изменение температуры во времени противоположной стороны и по полученным данным определяют коэффициент температуропроводности, и теплоемкости 12 .

Однако этот способ не позволяет экспрессно воспроизвести результаты измерений, получить температурную зависимость теп.тэфизических свойств исследуемого материала в ходе одного эксперимента и не обладает внутренним контролем, т. е. не позволяет независимым образом измерить теплоемкость, теплопроводность и коэффициент температуропроводности.

Целью изобретения является сокращение времени при определении темпе ратурной зависимости теплофизических СВОЙСТВ, экспрессное воспроизведение результатов и независимое опре20деление теплопроводности, теплоемкости и коэффициента температуропроводности.

Поставленная цель -достигается тем, чтосогласно способу комплексного измерения теплопроводности, теплоемкости и температуропроводности твердых материалов, заключающемуся в том, что тепловой импульс подают на одну сторону плоского образца и измеряют изменение температуры во времени противополозкной стороны, два противоположных края пластины непре рывно дополнительно разогревают с постоянной скоростью, измеряют изме нения перепада температур между цен ром образца и его краем, подвергаемым дополнительному разогреву, и по полученным данным определяют теплоемкость , теплопроводность и коэффициен температуропроводности. .Из анализа аналитического выраже ния температурного поля пластины, н поверхность которой подают тепловой импульс, а два противоположных края непрерывно разогревают, получим, что если d/M 1/3, то коэффициент температуропроводности и теплоемкость образца определяются по известным расчетньм формулам 1,38 d/ -It2 -тЩа . f niax- -S где . время достижения половины максимального значения функции в Т - ()+ДТо в точке измерения, с; d - толщина образца, м; Q - энергия теплового импульс ° поглощенная поверхностью образца, Дж; f - плотность материала образ ца, S - плсйцадь поверхности образ ца, подвергаемой импульсному воздействию, ®vnax максимальное значение фун ции в центре образца; Т - температура образца в цент ре, К г Т - темйература непрерывно разогреваемых краев образца перед подачей первого теплового импульса. К; дТо - температурный перепад межд краем образца и его центро перед подачей теплового им пульса, К; . - время, с b - скорость изменения темпера туры двух непрерывно разог реваемых краев пластины, Если выполняется неравенство IQltr me oL 4 + btr) ; /I - коэффициент теплопро воднос ти образца, Вт м . М - длина образца, м; (Fo - постоянная Стефана-Больцма на, Вт- м, К Е - степень черноты поверхности образца, справедлива следующая расчетная формула для определения теплопроводности1, d-Slt Q . где q 4v dr;(5) t - момент подачи теплового импульса, с; Ср - время подачи следующего теплового импульса, с; А - числовой параметр, который определяют из выражения-,,. Время Тр , через которое подается следующий тепловой импульс, определяется неравенством tr-t/. (7) Из формул (1), (2) и (4). независимым образом определяют в ходе эксперимента коэффициент температуропроводности, теплоемкость и теплопрюводность исследуемого материала, а из неравенства (7) находят время, через которое подается следующий тепловой-импульс. Изменение температуры двух краев образца во времени позволяет снять температурную зависимоть измеряемых теплофиэических величии в ходе одного эксперимента и тем самБпл сократить время |измерений. Если поддерживать температуру двух краев образца постоян|ной (чему соответствует Ь 0), то , предлагаелалй способ дает возмож- ность экспрессно воспроизвести результаты измерений. При малых значениях скорости разогрегва измерения можно производить через достаточно малые интервалы температуры, что важно в области сильной зависимости таплофиэических свойств от температуры. Предлагаемый способ может использоваться при изучении свойств диэлектриков, полупроводников, металлов к сплавов, а также при создании промышленных образцов теплофизических приборов. Формула изобретения Способ комплексного измерения теплофизических свойств твердых материалов, заключающийся в том, что тепловой импульс подают на одну сторону плоского образца и измеряют изменение температуры во времени противоположной стороны, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени измерения и обеспечения независимости определения теплопроводности, теплоемкости и коэффициента температуропроводности, два противоположных края пластины непреЕялвно дэполнительно разогревают с постоянной скоростью, измеряют изме- нение перепада температур между центром образца и его краем, подвергаемым дополнительному разогреву и по полученным данным определяют искомые параметры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Исследования в области тепловых измерений. М,, Изд-во,стандартов, 1971, с. 34-47.

2.Филиппов Л.П. Измерение тепловых свойств твердых и,жид1ких металлов при высоких температурах, МГУ, 1967, с. 98 (прототип).