Способ определения температуропроводности твердых материалов

 

. СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) З(5)) 6 01 Й 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

f :. Д ) ,) Во

t ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21): 3359091/18-25 (22) 27 ..11 ° 81 (4б) 15 .10.83. Бюл. )) 38 (72) В.A.Ðûêîâ и В.A.Ñàìîëåòîâ (71) Ленинградский технологический институт холодильной промышленности (53) 536.6(088.8) (56) 1. ПарпХаладзе К.F. В сб. Исследования в.области тепловых из»,. мерений, М, Изд.-во Стандартов, 1971, с 35-37 .

2.Клименко.М.М.,Кржижановский P..Е.

Шерман В.Е. Импульсный метод йредейения темнературопроводйости.-.. ТеплоФизика высоких температур", i-:-!.

17, В 16,.1979, с.. 1216 1223

; (прототип) . (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ TENGEPA ;:„

ЪУРОПРОВОДНОСТИ ЙЧЗЕРДНХ МАТЕРИАЛОВ ю, заключаюшийся в воздействии: тепловыми, / импульсом на торец образца, выполнен- . ного в виде стержня, и измерении температуры в двух точках. на -erî боковой поверхности, расположенных на одной образующей, о т л и ч а юшийся тем, что,. с целью повышения экспрессности определения температуропроводности в широком дианазоне .температур, боковую. поверхность стержня непрерывно разогревают.с сох-. ранением симметричности температурного поля относительно плоскости, проходяшей через чентр стержня и па-. раллельной его торцам, при отсутствии.теплового импульса, а после подачи теплового импульса дополнительно измеряют температуру s двух точках, попарно сймметричных.с двумя первыми .точками относительно этой плоскости, и по полученным даннЫм определяют искомую величину.

1048387

Изобретение относится к измерениям теплофиэических свойств твердых конструкционных материалов и предназначено для использования в материалове . дении при изучении свойств металлов, . сплавов. 5

Известен способ определения температуропроводности материалов, в ко» тором подают тепловой импульс на одну сторону плоского образца и измеряют температуру в выбранной точке 1О на его противоположной стороне и по полученным данным определяют иско- . мую величину jlJ .

Однако этот способ не позволяет определить температурную зависимость 15 температуропроводности в ходе одного эксперимента, а также учесть погрешность измерения, вызванную неравномерным распределением энергии теплового импульса по поверхности образца.20

Наиболее близким к изобретению по

1 технической сущности и достигаемому езультату является способ определе1 ия температуропроводности твердых атериалов, заключающийся в воэдейст-g5 вии тепловым импульсом на торец образца, выполненного в виде стержня, и измерении температуры в двух точках ía его боковой поверхности, расположенных на одной образующей, и расчете по полученньм данным температуропроводности (2$ .

Основным недостатком даиного способа является невозможность получить температурную зависимость теплофиэических свойств исследуемого материала в ходе эксперимента. Действительно, чтобы измерить температуропроводность при другой температуре, необходимо разогреть до нее образец и калориметр и дождаться, когда тем- 40 пературное поле в образце выравкяется, на что уходит значительно больше времени, чем на непосредственное измерение.

Белью изобретения является повышение экспрессности определения температуропроводности в широком диапа. зоне температур.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения температуропроводности твердых материалов, заключающемуся в воддействии тепловым импульсом на торец образца, выполненного в виде стержня, и измеРении темпеРатуРы в двух точках на его боковой поверхности, расположейных на одной образующей, боковую поверхность стержня непрерывно разогревают с сохранением симметричности температурного поля относительно плоскости, проходящей через 60 центр стержня и параллельной егб торцам, при отсутствии теплового . импульса, а после подачи теплового импульса дополнительно измеряют тем пературу в двух точках, попарно сим- 65 метричных с двумя первыми точками относительно этой плоскости.

На чертеже показана схема устройства, пояснякщая предлагаемый способ.

Схема содержит Тепловой .импульс

1, термопары, 2; дополнительные термопары 3; массивные металлические блоки 4, температура которых непрерывно меняется во времени; испытуемый образец 5,.

Анализ температурного поля 1 (х, у, Z, с ) стержня длиной с,, имекщего постоянное сечение, на поверхность торца )t =О которого подают тепловой импульс, распределенный по этой поверхности произвольным образом, и боковую поверхность которого дополнительно разогревают так, чтобы его температурное поле в отсутствии теплового импульса было. симметрично относительно плоскости, проходящей через центральную точку стержня и параллельную его боковым торцам, показывает, что температуропроводность может быть найдена по

Формуле . 2. 2

Е«P 4а ЕХР 4 л

6(ь) =(1 (Х УК 1)- (Х,У Z +))/((Х у Z )

1(х4 Y,2, )) х ахъ4хэсхф) х =L-х,х4 = (-хя з и (ц - время, прошедшее с момента подачи импульса до измерения температуропроводности, С у

Х,у, 4 - координаты, м у (Х„>Y,Z) (Х1 Y )>(Х,Y,2,),(Х4,Y,Q)координаты точек, в котОрых измеря ется температура; а - температуропроводность, м с, )

Иэ (1) можно получить для расчета (с погрешностью 4%) температуропроводности следующее выражение: а = — „(3п 6())

Непрерывный разогрев образца через боковую поверхность позволяет. получить температурную зависимость температуропроводности в ходе одного эксперимента и:.тем самым повысить, экспрессность измерений в широком диапазоне температур.

То, что дополнительное тепловое воздействие осуществляют таким образом, что температурное поле стержня симметрично относительно плоскости, проходящей через центральную точку стержня и параллельной его торцам, и измеряют температуру в двух точках, попарно симметричных двум точкам, в которых осуществляется измерение IIQ известному способу, позволяет учесть влияние теплообмена образца с окружакщей средой на точность определения температуропроводности, 1048387

Составитель В.Битюков

Редактор М.Петрова Техред,N.Êîñòèê Корректор A.Тяско

Заказ 7923/50 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ,Государственного комитета СССР. по делам изобретений.и открытий:

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.435

Филиал ППП Патент, г.ужгород, ул.Проектная;4 что дает возможность приводить измерения .в области высоких температур (до 1500 K) при использовании теплового импульса (в частности, лазерного3 с произвольны4 пространствеиньм распределением энергии.

Так как. расчетные формулы имеют место при произвольной зависимости дополнительного теплового воздействия от времени, а также при больших скоростях (О, 5-1 К/с) нагрева, способ рекомендуется испольэовать при изучении теплофизических свойств конструкционных материалов непосред», / ственно в ходе специальной терюобработки например при термоциклировании. Скорость нагрева в 1 К/с принята за максимальную, при которой рекомендуется использовать данный метод, так как время измерения предлагаемым способом для широкого круга металлов и сплавов на образцах в виде стержней, длина которых a 10 см, не превышает 10 с. Погрешность измерения предлагаемьз4 .способом состав" яяет 6-7% и определяется в основном погрешностью определения координат термопар (т.е. значении х„х,2,x ы х4).,