Способ комплексного измерения физико-технических свойств электропроводных материалов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соаетскнх

Социалистических

Республик (»> 1 004838 (61) Дополнительное к авт. саид-ву— (22) Заявлено 01. 07. 81 (21) 3308915/18-25 (51) М. Кл.з с присоединением заявки ¹â€”

6 01 М 25/18

Государственный комитет

СССР по деЛам - изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 150383, Бюллетень №10 (53) УДК 536.6 (088.8) Дата опубликования описания 15.03.83

f ( (72) Авторы изобретения

В.А. Рыков и В.А. Самолетов

1 т

Ленинградский технологический институт хол диль нЬЙ (71) Заявитель промышленности (54) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИКОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ

MATEPHAJI0I3

Изобретение относится к теплофиэическим измерениям и может быть использовано в материаловедении при изучении свойств электропроводных материалов.

Известен способ измерения теплопроводности металлов, заключающийся в том, что образец нагревают пропускаемым через него электрическим током и измеряют распределение температуры вдоль образца при постоянной мощности нагрева (1).

Основным недостатком способа является длительность снятия температурной зависимости теплопроводности в широком диапазоне температур. Данным способом нельзя измерить температуропроводность и теплоемкость исследуемого образца.

Наиболее близким к изобретению является способ. измерения теплопроводности и электропроводности, эа= ключающийся в том, что испытуемый образец в виде тонкого .стержня, концы которого помещают в среду с постоянной температурой, и нагревают пропускаемым через него электрическим током. После установления стационарного температурного поля в стерж не измеряют температуру в среднем и двух равноудаленных от него крайних сечениях стержня, силу тока, идущего через образец, и падение напря5 жения на его рабочем участке и известным формулам рассчитывают тейлопроводность и электропроводность(2j.

Недостатком известного способа является длительность снятия температурной зависимости искомых параметров, обусловленная ступенчатым характером перехода от одного температурного уровня к другому и длительностью создания требуемого температурного режима опыта, которая

15 измеряется часами. Кроме того, сог.ласно этому способу определяется только один теплофизический параметр — теплопроводность.

Цель изобретения — повышение точности при увеличении числа измеряе.мых теплофизических характеристик и увеличение производительности при независимом измерении коэффициента . температуропроводности, теплоемкости и теплопроводности в широком диапазоне температур.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения фиэи". ко-технических свойств электропроводных материалов, заключающемуся в

1004838

Скорость изменения температуры среды определяется по показаниям тер мопар, которые измеряют температуру торцов стержня, которая совпадает с температурой среды.

Если теперь, когда температурное поле стержня носит квазистационарный характер, подать на-образец мгновенный импульс электрического тока, то температурное поле стержня описыва1О ется выражением . йа . 4 «y e я.„

t- .-(Ь -1) игр (2) - ()(, „ СсgS

5g(12) <) где

А = ((-В)/а

I том, что образец в виде тонкого стерж ня, концы которого помещают в среду с постоянной температурой, разогревают электрическим током и измеряют распределение температуры по длине стержня, падение напряжения на нем и силу тока, идущего через образец, и по полученным данным определяют искомые параметры, монотонно измеряют температуру, среды, образгц дополни.тельно разогревают мгновенным импульсом электрического тока, изме1 яют изменение температуры образца о времени в трех сечениях, несимметричных друг другу относительно среднего сечения стержня, и температуру его торцов.

На чертеже изображена схема, пояснякщая предлагаемый способ.

Схема содержит калориметр 1, тем пература которого меняется с посто- Э1 янной скоростью, испытуемый образец 2, термопары 3, изменяющие тем» пературу торцов стержня, теркопару

4, измеряющую температуру калориметра (среды), вольтметр 5, ампер- р5 метр б, термопары 7, измеряющие температуру в трех сечениях стержня, несимметричных друг другу относительно среднего сечения.

Анализ температурного поля стержня, концы которого помещаются в сре. ду, температура которой изменяется с постоянной скоростью, и который разогревается электрическим током, показывает, что, начиная с некоторого момента времени, в стержне устанавливается кваэистационарное состояние.

Если теплообмен образца-с окружаей средой носит поправочный харак. .тер, Может быть получена следующая 40 .расчетная формула для теплопровод- . ности.

- диаметр стержня, м,"

- сила тока, A 56

- длина рабочего участка стержня, м; — падение напряжения на рабочем участке стержня, В, температурный перепад меж- 55 ду средним и крайними сечениями рабочего участка стержня, К; коэффициент теплопроводности материала стержня, В Щ

-1 Кл.

Т

- площадь поперечного сечения стержня, м, - скорость измерения температуры среды, К С где (в = — О <, 1 а — коэффициент температуропро. ВОДНОСТИ у М C

Я вЂ” полная энергия, которая выделяется в образце в результате действия мгновенного импульса электрического тока,Дж, Из выражения (3) лолучим следующую расчетную формулу для теплоемкости образца С:

С= (И авм где

I тиоч = н () - с И ) l i и "(н="1 (4 >

- перепад температуры между средним сечением стержня и торцами стержня перед подачей импульса, К, Q (V„) — перепад температуры между средним сечением стержня и торцами стержня в момент времени С „ К; — момент начала подачи дополнительного импульса электрического тока, с,"

- время окончания дополнительного импульса электрического тока

ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ДОПОЛНИТЕЛЬного импульса электрического тока, c, Коэффициент температуропроводиости определяют по формуле (""") ) (Здесь врекя Г, находится из эксперимента. Это время, при котором наступает следующее равенство:

fe (т)-e,„()) Jte ()-e-,„()l=A (6) где @ii(%зЮ м(> - значения 9„(ц) в сечениях стержня с координатами х, х з в момент времени (v- С;) .

Параметр A находят из следующего выражения:

1004838

Величина а вычисляется по формуле(5) и, как видим, не зависит от 4., т.е. интенсивность теплообмена образца с окружакщей средой через зазор между ними на точность измерения температуропроводности не сказывается.

Влияние тепловых потерь на точность измерения теплоемкости по формуле (4) за счет теплообмена образца с окружающей средой через зазор между

10 ними пренебрежимо мало,так как оно пропорционально длительности дополнительного импульса электрического тока, которая много меньше 1 =. Bce, это и приводит- к повышению. точности

15 измерения при определении 1 предлагаемым способом при дополнительном измерении двух теплофизических параметров: теплоемкости и коэффициента температуропроводности.

Предлагаемый способ может использоваться при изучении теплофизических свойств металлов и сплавов, а также при создании промыаленных теплофизических приборов.

25 где — -Мз 1 Х2 х1- 2.

Параметр &А в формуле (5) определяют ллэ следующего равенства: и . II 1 ИыЛ K л а( ю - +

Ом-s

exp<-(ü-1) м)

-А ви-era

Так как время 7р, составляет несколько секунд, а для того, чтобы на точность измерения а не сказывалась конечная длительность и временная форма дополнительного импульса электрического тока, необходимо удовлетворять неравенству Си/ Г 0,02, длительность дополнительного импульса составляет около 0,1 с.

При наступлении квазистационарного режима измеряют падение напряжения О на рабочем участке стержня и сиду тока I и рассчитывают коэффициент электропроводности исследуемого материала по формуле оь

Итак, по формулам (1), (3), (5) и(7) определяют теплопроводность, теплоемкость, коэффициент температуропроЬодности и электропроводность исследуемого материала в широком диапазоне температур в ходе одного эксперимента.

Таким образом,изменение температуры средыпозволяет увеличиь экспрессность при независимом измерении коэффи циента температуропроводности, те плоемкости и теплопроводности в широком интервале температур, что повышает производительность измерений и увеличивает надежность полученных данных. Дополнительный периодический разогрев образца импульсом электрического тока, измерение изменения температуры образца во времени в тре точках, несимметричных относительно среднего сечения стержня, и температуры торцов стержня позволяет повысить точность комплексных измерений при увеличении числа теплофиэических свойств, а точность определения коэффициента температуропроводности, теплоемкости и теплопроводности увеличивается, особенно когда теплообме образца с окружающей средой играет существенную роль, и формулой (1) для определения теплопроводности пользоваться нельзя. В этом случае коэффициент теплопроводности рассчитывается по формуле.

Формула изобретения

45 х

55 н

60

) =a с.у (й) Ь= (4-Ми „) f (4- ъь „ ) Способ комплексного измерения фи-

:зико-технических свойств электропроводных материалов, заключающийся в том, что образец в виде тонМого стержня, концы которого помещают в . среду с постоянной температурой, разогревают электрическим током и измеряют распределение температуры по длине стержня, падение напряжения на нем и силу тока, идущего через образец, и по полученным данным определяют искомые параметры, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности при увеличении числ», измеряемых теплофизических характе ристик и увеличения производительности при независимом измерении коэффициента температуропроводности, теплоемкости и теплопроводности в широком диапазоне температур,.монотонно измеряют температуру среды, образец дополнительно разогревают мгновенным импульсом электрического тока,измеряют изменениетемпературы об .разца во времени в трех сечениях,несимметричных друг другу относительно среднего сечения стержня, и темпера-. туру его торца.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Пелецкий В.3., Тимрот Д.Л., Воскресенский В.Ю. Высокотемпературные исследования тепло- и электропроводности твердых тел. И., "Энергия", 1971, с. 61-68.

2. Филиппов Л.П . Измерение тепловых свойств твердых и жидких метал.лов при высоких температурах, ИГУ, (1967, с. 232-240 (прототип), 1004838

Тираж 871 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1870/53

Филиал ппп "патент", r. Ужгород, ул. проектная, 4

Составитель В. Гусева

Редактор М. Бандура Техред A,д г КоРРектоР Г. Решетник