Способ измерения коэффициента температуропроводности твердых конструкционных материалов Советский патент 1982 года по МПК G01N25/18 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

1

Изобретение относится к изме- рению теплофизических свойств твердых конструкционных мапериалов и предназначено для использования в материаловедении при изучении свойств металлов, сплавов и т. п. Известен способ определения коэффициента температуропроводности материалов при котором на одну сторону плоского образца подают тепловой импульс и измеряют температуру в одной точке на его противоположной стороне и по полученным данным определяют коэффициент температуропроводности С1 .

Однако данный способ не позволяет учесть погрешность измерения, вызванную неравномерным распределением энергии теплового импульса по поверхности образца.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ, согласно которому тепловой импульс

подают на торец образца, выполненного в виде стержня, и измеряют температуру в двух точках на его боковой поверхности , расположенных на одной образующей, и по полученным данным определяют коэффициент температуропроводности .

Недостатком данного способа является отсутствие возможности получитьтемпературную зависимость тепло,10 физических свойств исследуемого материала в ходе одного эксперимента (чтЬбы измерять температуропроводность при другой температуре, необходимо разогреть до нее образец, и калориISметр и дождаться, когда температурное поле в образце выравняется, на что уходит значительно больше , чем на непосредственное измерение).20

Целью изобретения является повышение скорости измерений в широкой области температур. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения коэффициента температуропроводности твердых конструкционных материалов, заключающемуся в том,что тепловой импульс подают на торец образца, выполненного в виде стержня с постоянным поперечным сечением, и измеряют температуру в двух точках на его боковой поверхности, расположен ных на одной образующей стержня, боковую поверхность стержня дополнительно нагревают до совпадения изотермических линий с его образующ , а после подачи теплового имИУль са измеряют перепад температур 9 дв точках относительно третьей, расположенной на той же образующей , и п полученным дзнным определяют коэффи циент температуропроводности. На чертеже показана схема реализации предложенного способа. На схеме обозначены направление, воздействия теплового импульса 1, термопары 2, массивный металлический блок 3, температура которого ме няется во Времени, образец иссле дуемого материала. Анализ температурного поля стерж ня t t(x,y, z,T) с постоянным по перечным сечением, на поверхность торца которого при .подают тепло вой импульсj распределенный по этой поверхности производным образом, И1 который дополнительно разогревают так, чтобы его образующие были изотермическими линиями, показывает что коэффициент температуропроводности может быт ь найден по формуле Ч;(,)-(Хз,У.2,) . , г,|:и)-ьС xj, y,i, t „) ,«p(--fe)-e«f(fa) (Л .«К-)(-те) где Си - время, прошедшее с момента подачи импульса до измерения коэффициента температуропроводности;x,y,z - координаты; (Х Х-« У Z), (х Хд,, у, z), .(х Ху у, z) - координаты трех точек, в которых измеряется температура.. При выводе формулы (1) считалось что теплрпотери с переднего торца пренебрежимо малы (В.{ л6 0,05), по этому данный способ рекомендуется использовать при пониженных температурах (ниже комнатных, например, в области 150 - 300 К), когда теплообменом образца с .окружающей средой можно пренебречь. Если имеет место неравенство - (2) 8 ( хз расчетная формула (1) упрощатогдаа определяют по формуле ется л 1Гр -4.z..xz,g; i;, и L t(x--x2,4.-fc()(x3,v,z,r;J Время , через которое подают следующий тепловой импульс, находят из неравенства где d - толщина образца. Итак, из формулы (1) или (З ) по данным эксперимента находят коэффициент температуропроводности, а из неравенства И) находят время, через которое подают следующий тепловой импульс. Непрерывный дополнительный разогрев образца 4 через его боковую поверхность позволяет получить температурную зависимость коэффициента тёмпературогфоводности в ходе одного эксперимента и тем саьшм повысить экспрессность измерений в широкой области температур. Предлагаемый способ может использоваться при изучении свойств твер-. дых конструкционных материалов (металлов, сплавов), а также при соадаНИИ промьшшенных образцов теплофизических приборов. Формула изобретения С пособ измерения коэффициента температуропроводности твердых конструкционных материалов, заключа щийся В том, что тепловой импульс подают на торец образца, выполненного в виде стержня с постоянным поперечным сечением, и измеряют температуру в двух точках на его боковой поверхности, расположенных на одной образующей, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения скорости измерений, боковую поверхность стержня допбл1«1тельно нагревают до совпадения изотермических . линий с его образующими, а после подачи теплового импульса измеряют перепад температур в двух точках относительно третьей, расположенной на той же образуюи ей, и по п6луче1нным данным определяют коэффициент температуропроводности.

ИСТОЧЖ1 ки°информации, принятые во внимание при эксперти е

т. 17, с. 1216-1223

тур.

1Э7Э, (прототип).