(54) КОМПАРАТОР ДЛЯ ЭКСПРЕСС-ИЗМЕРЕНИЙ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ
1
Изобретение относится к теплофизическому приборостроению, а более конкретно к приборам для экспрессизмерений коэффициента теплопроводности материалов тел произвольной форглы, и может быть использовано в тех отраслях народного хозяйства, где требуются скоростное определение коэффициента теплопроводности материалов реальных тел, в том числе готовых изделий без нарушения их целостности.
Известны приборы для измерения коэффициента теплопроводности материалов, основанные на зондировании поверхнЬсти исследуемого объекта с помощью зондов с последующим сопоставлением с результатами испытаний на стандартных эталонных материалах fl Недостаток известного устройства для измерения коэффициента теплопроводности состоит в необходимости проведения процесса измерения в течение длительного промежутка времени.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является компаратор для экспрессизмерений коэффициента теплопроводг ности материалов, содержащий два МАТЕРИАЛОВ
выносных стержнеобразных зонда, блок создания и подцёрхсания постоянной разности температур между неконтактирующими с поверхностью испытуемого материала концами зондов, схему измерения разности температур между контактирующими с поверхностью испытуемого материала концами зондов.
С помощью известного устройства
10 может быть измерен коэффициент теплопроводности материалов, имеющих полированную горизонтальную поверхность 2 .
Недостатки известного устройства
15 состоят в том,что при многократных измерениях нарушается конфигурация контактирующих с поверхностью испытуемого материала концов зондов и, следовательно, изменяется площадь кон20такта зондов с исследуемым телом. Это, в свою очередь, приводит к нарушению градуировочной характеристики прибора и возникновению дополнительной погрешности измерений. При
25 измерениях же эластичных, например резины, и дисперсных, в частности сыпучих и волокнистых материалов, площадь контакта варьирует в больишх пределах и может сильно отличаться
30 от той, которая была при градуировке прибора на твердых стандартных образцах, из-за частичного внедрения термсзондов в такие материалы. Это приводит к низкой точности измерений теплопроводности эластичных и дисперсных материалов.
Целью изобретения являeтqя уменьшение погрешности измерения коэффициента теплопроводности за счет автоматического учета рельефа поверхности.
Поставленная цель достигается тем, что в компараторе для экепресс измерений коэффициента теплопроводности материалов, содержащем два выносных стержнеобразных зонда, одни концы которьгх контактируют с поверхностью исследуемого материала, блок создания и поддержания постоянной разности температур между неконтактирующими с поверхностью испытуемого материала концами зондов, схему измерения разности температур между контактирующими с поверхностью испытуемого материала концами зондов, зонды дополнительно снабженьл наконечниками с плоскими основаниями, соединенными с зондами шаровыми.шарнирами так, что внутренними частями шарниров являются контактирующие с поверхностью- испытуемого материала концы зондов, выполненные в форме шаров с диаметром, превышающим диаметр зондов, а наружными частями шарниров являются сами наконечники, причем зонды и наконечники имеют параметры определяемые из условий
ЬТ) , , Л„ S
(1)
(2)
где L S
длина зонда,
площадь поперечного сечения зонда;
D диаметр основания наконечника;
З/икоэффициенты теплопроводности материалов зонда и наконечника/АО - ориентировочное значение
коэффициента теплопроводности испытуемого материала. Такое решение задачи позволяет стабилизировать площадь KOHTiaKTa зондов с материалами, сохраняя ее равной площади оснований наконечников при измерениях на твердых, эластичный и дисперсных материалах. Погрешность измерений предлагаемым компаратором становится минимальной, когда выполняется соотношение (1), которое получено на основании экспериментально-расчетных исследований и должно служить критерием выбора параметров термозондов и наконечникрв для заданного диапазона измеряемых значений коэффициента теплопро
водности. При этом за АО берется i среднее из этого диапазона. Низкое термическое сопротивление шаровых шарниров, вместе с условием (2), способствуют регистрации температур,
близких к температурам поверхности материала в точках зондирования, и следовательно повышению чувствительности прибора.
На чертеже изображена схема теплового компаратора для экспрессизмерений коэффициента теплопроводности материалов.
Компаратор имеет два зонда 1 в форме круглых стержней, которые
5 неконтактирующими с поверхностью исследуемого материала концами закЕ еплены в медные пластинки 2, установленные у полупроводниковой термоэлектрической батареи 3. Контактирующие с поверхностью испытуемого материала концы зондов 1, выполненные в форме шаров 4 с встроенными в них спаями дифференциальной термопары 5, соединены шаровыми шарнираC ми с наконечниками б, имеющими,
например, коническую форму. Наконечники 6 плоскими основаниями приводятся в тепловой контакт с поверхностью исследуемого материала 7. Автоматический регулятор тока 8 с подключенной к нему дифференциальной термопарой 9 и термобатарей 3 поддерживают разность температур между пластинками 2 и следовательно между неконтактирующими с поверхностью
5 испытуемого материала концами зондов постояной. Милливольтметр 10 с подключенной к нему дифференциальной термопарой 5 регистрируют разность температур между нижними концами
0 термозондов, по которой судят о
коэффициенте теплопроводности материала 7.
Процесс измерений с помощью компаратора сводится к тому, что термозонды основаниями наконечников прижимают к поверхности исследуемого материала и после установления стационарного теплового режима
( 2-3 мин) производят отсчет показаний милливольтметраЮ. Затем по градуировочной кривой данных, полученной в результате таких же измерений на стандартных образцах коэфс фициента теплопроводности, находят искомую величину. I .
Предлагаемый теп/уовой компаратор опробован на твердых, эластичных (резине) и дисперсных (порошке) материалах. В экспериментальном образце, прибора термозонды и наконечники имели параметры L S 2 10 10 м; Д-х 100 Вт/(м.К) (латунь), Дц
5 400 Вт/(мК) (медь).
