Устройство для измерения теплопроводности и температуропроводности материалов Советский патент 1982 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к исследованию теплопроводности и температуропроводности твердых материалов.

Известно устройство для измерения теплопроводности и температуро проаодности твердых материалов без изгбтозвления специального образца и без внедрения щупа внутрь материала. Термозовд для .измерения теплопроводности и температуропроводности в шозгмен в виде теплоизолирующей пластины, иа контактной поверхности которой смонтирован линейный проволочный нагреватель и батарея дифферейциальных термопар/ рабочие спаи которой расположены по обе стороны вдоль нагревателя на одном и расстоянии от него 111 ,

Недостатком устройства является большая ошибка измерения свойств теплоизолирующих материалов, так как при их исследовании поток тепла, поглощенный зондом за время опыта, сравним с потоком, поглощенным исследуемым телом за это же время.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для измерения температуропроводности и теплопроводности, соетоящее из термозрнда, выполненного в виде пластины из теплоизолирующе- ; го ма-геркала со встроенньам в него нагрвеватаЛем и те млЬприемником, расположенным в контактной поверхности и включённ1з1М в измерительную схему. Для измерения температуры контакта .служнт термометр сопротивления, вУполненный э виде тонких пленочных покрытий на обоих сторонах тонкой неэлектропроводной пленки/ которая в сбою очередь наклеиваете на контактную поверхность термозонда 2}. г Недостатками данного устройства

f5 является HeBbaitKJHHOctb применения его к исследованию теплофизических характеристик ёплоизоляторЬ8 из-за кекойтррлйруенюго отвода части энергий выделяемой нагрева елем/ в термозЬйд и из-за теплообмена между Чсся&яу&1аым lenoM к зондом вне кругового нагревателя/ что нарушает УСЛОВИЯ в плоскости контакта, положенные в основу расчетных COOTноше25 НИИ метода. Кроме того, сложна технология изготовления склеенных пленочных нагревателя и термометра сопротивления.

Целью изобретения является повышение точности измерения теплопроводности и температуропроводности без нарушения целостности образца.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуропроводности и теплопроводности материалов, состоящее из зонда-теплоприемника со встроенным в него нагревателем и термоприемником, расположенным в контактной поверхности зонда и включенным в измерительную схему, дополнительно введены тепломер с термоприемником в зонде, теплопроводящее кольцо с вмонтированный электрическим нагревателем и термоприемником, обойма, опиракяцаяся на три щупа с термоприемника;ми, и две системы автоматического регулирования температуры, причем на обойме, опирающейся на три щупа, установлены с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль общей оси зонд-термоприемник с вотро енным тепломере и теплопроводящее кольцо, причем термоприемники щупов обоймы, соединенные дифференциально с теплоприемниками кольца, и нагреватель кольца подключены к одной системе автоматического регулирования температурь, а один из тёрмоприемников зонда, соединенный дифференциально- с термоприемником кольца, и нагреватель зонда подсоединены к другой системе автоматического регулирования температуры.

На чертеже изображено предлагаемое устройство.

Устройство состоит из обоймы 1, опирающейся на три щупа 2. В центральном отверстии ot ot№«a помещается с возможностью осевого перемещения корпус термозойда 3. Теплопроводящее кольцо 4 фиксируется на трех щупах и может свободно перемещаться вдоль них. Вблиаи контактной поверхности термоэонда монтируется тепломер типа дополнительной стенки, состоящей иэ металлической пластинки 5 закрепленной к термоэонду через слой теплоизоляции 6 (эпоксидной смолы). В пластинке 5 монтируется термопара 7, а в слое б - термостолбик 8. Внутри корпуса 3 термозомда смонтирован нагреватель 9. Спай дифференциальной термопара 10 монтируются в теплопроводящем кольце 4 и в корпусе 3 те Е юэонда. Термопара 10 и нагревате ь подключены к системе 11 автомати еского регулирования температуры. Внутри, теплопроводящего кольца 4 монтируется нагреватель 12, подключенный к системе 13 автоматического регулирования температу1 а, К этой же системе подключена дифференциальная термопара 14, спаи которой расположены в щупах 2 и в теплопроводящем кольце 4. Термостолбик 8

и термопара 7 включены в измерительную систему 15.

Устройство работает следующим образом.

Обойма 1 устанавливается на трех 5 щупах 2 на поверхность исследуемого материала. В соответствии с сигналом дифференциальной термопары система 13 автоматического регулирования температуры устанавливает температуру o теплопроводящего кольца 4 равной начальной температуре исследуемого материала. Одновременно система 11 автоматического регулирования температуры по сигналу термопары 10

5 устанавливает температуру корпуса зонда на 10 - 20 К выше начальной температуры материала, после чего теплопроводящее кольцо и термозонд приводятся в контакт с исследуемым 0 телом. Измерительная система 15 фиксирует значения температуры Т в месте контакта термозонда с исследуемым материалом и величину теплового потока q(-c), поступающего

5 в материал, как функцию времени. Начиная с некоторого момента времени, зависящего от температуропроводности материала, поток qC-tr) практически перестает изменяться и завип сит только от теплопроводности материала Л

X (Т - То)

(1)

0 стац где Т - температура в плоскости

контакта/

Т - начальная температура материала;г - радиус контактного пятна

термозонда.

Отношение q (t)/q.ц являeтcя функцией безразмерного комплекса Фурье

FO (a.i:)/r , где tr- текущее время; 5 а - температуропроводность материала.

Определение этого отношения в определенные моменты времени позCQ воляет определить значение соответствуквдего комплекса FQ и по нему расчитать значение температуропроводности

FO-I

(2)

а

Оценки показывают, что при размерах контактного пятна зонда Го 2мм время измерения составляет не более 5 мин.

Точность измерения повышается за счет поддержания вокруг зонда температуры, равной начальной температуре материала, что исключает неконтролируемый теплообмен между исследуемым телом и окружающей средой.