Способ определения теплоемкости материала

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ МАТЕРИАЛА на полубесконечном в темСпособ e/ fffaicm ловом отношении образце, включающий введение на его теплоизолированной поверхности теплового импульса вдоль отрезка прямой и измерение температуры образца, о тличающийс я тем, что, с целью упрощения способа и уменьшения погрешности определения теплоемкости , измеряют среднюю температуру участка поверхности, имеющего форму треугольника. вершина которого находится на отрезке введения теплового импульса, основание параллельно отрезку, а высота равна требуемой глубине определения теплоемкости, после чего искомую величину рассчитывают по соответствующей формуле. теплоf amepi of oSg (Л со сд 4;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1043540

3(51) G01 N 25/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3329201/25 — 18 ловом отношении образце, включающий введе (22) 17;08.81 ние на его теплоизолированной поверхности теп(46) 23.09.83. Бюл. Р 35 лового импульса вдоль отрезка прямой и изме(74) В. Я. Хаин рение температуры образца,о т л и ч а ю щ и й(71) Днепропетровский институт инженер с я тем, что, с целью упрощения способа и железнодорожного транспорта им. М. И. Кали. уменыпения погрешности определения теплоемнина кости, измеряют среднюю температуру участка (53) 536.6 (088.8) поверхности, имеющего форму треугольника, (56) 1. Авторское свидетельство СССРР 17903 веРшина котоРого находитсЯ на о тРезке введекл. G 01 N.25/18, 1964. ния теплового импульса, основание параллельно

2. Авторское свидетельство СССР Х 381009, отрезку, а высота равна требуемой глубине опрекл. G 01 N 25/20, 1969 (прототип). деления теплоемкости, после чего искомую ве(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОЕМ- личину рассчитывают по соответствующей форКОСТИ МАТЕРИАЛА на полубесконечном в тем- муле.

Crrocod определения merz eel ости pramepua o8 где

Н ср оо 2 Т(()» Я»

Н (4) 1 1043

Изобретение относится к тенлофиэическим измерениям, в частности к способу определения объемной тенлоемкости материала; и может быть использовано в химической, полупроводниковой и др, промьннленностях, Известен способ определения тенлоемкости материалов, основанный на измерении температуры поверхности образца исследуемого материала в квазистационарном режиме, причем образцы в виде пластин укладывают один над другим в тенлоизолированную камеру вместе с проложенными между ними электронагревателями одинаковой мощности, устанавливают между средними образцами дифференциальную термопару и термонару с постоянной температурой холодного сная. На основании измеренных в опыте параметров но известным соотношениям рассчитывают искомые величины (1).

Недостатком известного способа является то, что необходимо специальное изготовление образцов исследуемого материала, т.е, требуется нарушать целостность объекта изучения.

Наиболее близким ио технический сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения теилофизических характеристик материала, на п в тепловом отношении образце, включающий введение на его теилоизолированной поверхности теплового импульса вдоль отрезка прямой и измерение температуры образца (2) .

Йедостатками известного способа являются его методическая сложность и значительная погрешность определения тенлоемкости материала.

Целью изобретения является упрощение способа и уменьшение определения теплоемкости, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения теплоемкости материала на полубесконечном в тепловом отношении образце, включающему введение на его тенлоизолированной поверхности теплового импульса вдоль отрезка прямой и измерение температуры образца, измеряют среднюю температуру участка поверхности, имеющего форму треугольника, вершина которого находится на отрезке введения теплового импульса, основание параллельно отрезку, а высота равна требуемой 45 глубине определения теилоемкости, после чего искомую величину рассчитывают по соответствующей формуле.

На чертеже представлена схема реализации предлагаемого способа. 50

На плоской поверхности 1 образца исследуемого материала 2, на отрезке 010 прямой линии 3 осуществляют кратковременный ввод энергии в материал, например, от нагревателя в виде нихромовой проволоки, питаемого электр рическим током. Потери энергии от поверхности материала предотвращаются с помощью слоя теплоизоляции ч. Измерение температуры иро540 1 изводится известными способами, например термопарами, s ряде точек треугольного участка 5 поверхности 1 (й АОВ). Вершина 0 треугольника АОВ лежит на отрезке 3, основание

АВ параллельно отрезку 3. Среднее значение температуры Т треугольного участка А08 можно получить, например, путем электрического суммирования сигналов термопар, Зная количество энергии на единицу длины 8/Ф, вводимое в материал, можно определить объемную тенлоемкость С по формуле

2Q/1 (1)

С у2у где Н вЂ” высота треугольного участка.

Jl = 3,14.

Способ осуществляется следующим образом.

После вьщеления за короткое время нагрева телем энергии Q, она оказывается сосредоточенной в нолуцнниндрическом объеме материала очень малого радиуса, примыкающем к нагрс вателю. После этого начинается распространение энергии внутрь материала, путем теплонроводности. Так как потери энергии с поверхности маматериала устранены теплоиэоляцией, то при достаточной длине отрезка 01О> в материале образуется осесимметричное распределение темнературы, т.е. температура различных точек образца зависит только от расстояния г каждой точки до оси 3 и времени+:T=T(r, t-). Это означает, что температура в данный момент времени будет одинакова во всех точках любой иолуцилиндрической поверхности, ось симметрии которой совпадает с осью 3. В элементарном полуцилиндрическом слое высотой h радиусом r толщиной dr температура будет T(r t).

В объеме этого слоя dV = Jhrdr увеличение запаса тепла будет

c3Q„=CT(rt) dV=C J78T(r t)rdr. Ð/ !

В иолуцилиндре радиуса Н увеличение запаса тепла равно

Н

@ =) с7Я =СЛИ) Т(»; с/» с7Г=С 7РЬ вЂ” T (3)

Н

1 ) О сро5 i

Тсроб. — средняя по объему нагретой полуцилиндрической зоны температура материала.

Вдоль произвольной прямой линии 6 на поверхности 1 материала, параллельной оси 3 и удаленной от нее на расстояние r вследствие осесимметричности распределения температуры, температура будет всегда такая же, как и на т 5 т(г, 1165 . ($J

А08

5ЯО =К га = — КН .

Я06"

„г»

61=С 3РЬ Т

Составитель В., Битюков

Техред Т,Фанта Корректор Л. Бокшан

Редактор Г. Волкова

Заказ 7328/46 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 ь

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

3 10435 боковой поверхности иолуцилиндра 7 соответствующего радиуса r, расположенной внутри материала. Поэтому появляется возможность не внедрять измерители температуры внутрь материала, а располагать их на поверхности.

Принимая во внимание, что измерители температуры расположены на поверхности 1 материала 2 в пределах участка 4 треугольной формы АОВ и измеряют среднюю температуру этого участка, т.е. 10

Гак как для треугольника „8 = Кгаг, (e)

15 где К вЂ” числовой коэффициент, зависящий от угла АОВ, то

Подставляя. (6) и (7) в (5) ..получаем

25 к т(; )«

2 g(y;4)rdr=7 5. — КH

2 0 (8)

Сравнивая (8) и (4), замечаем, что средняя температура по участку поверхности АОВ равна средней температуре по объему полуцилиндра радиуса Н и высоты h . Из (8) и (3) получаем

40 4

Так как дополнительный запас тепла в ма- териале О, образовался эа счет вьщеленного источником тепла Q, то 0 — — О. Откуда и получим с 28fh

УНЗ что и требовалось доказать.

Если длительность измерений выбрать такой, чтобы за пределы полуцилиндра радиуса

Н ушло незначительное количество тепла, то в

° в процессе измерений Q> = const и Т conct, т.е. средняя температура на участке АОВ оста. ется постоянной, хотя температуры отдельных точек полуцилиндра и треугольника изменяются во времени. Независимость Т от времени является преимуществом предлагаемого способа и упрощает методику измерений по сравнению с другими нестационарными тепловыми методами измерений (в том числе и с известным способом), в которых необходимо измерять температуру несколько раэ в различные моменты времени.

Точность определения теплоемкости повышается за счет того, что возможная нестабильность теплового контакта одного или даже нескольких датчиков из большого числа всех датчиков, установленных на треугольной площадке, проявляется в суммарном сигнале значительно слабее, чем при использовании измерения температуры в одной точке по известно. му способу. Суммирование сигналов большого числа датчиков, кроме того, приводит к увеличению выходного ситнала измерителя средней

I температуры и увеличению соотношения сигнал/ шум.