Способ определения теплои температуропроводности материалов

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОИ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, включающий воздействие на термостатируемый при постоянной температуре образец несколькими линейньпии источниками тепла, находящимися в исследуемом образце на одинаковом расстоянии и расположенными симмет-рично относительно одного датчика температуры, регистрацию изменения температуры в образце, по которому судят об искомых параметрах, о т лич ающи и с я тем, что, с целью уменьшения времени и повышения точности определения искомых теплофизических характеристик, осуществляют однократное импульсное тепловое воздействие на образец всеми источниками тепла с постоянной и одинаковой для каждого из них мощностью, величина которой выбирасл ется из условия, что температура исследуемого образца при тепловом воздействий будет на 10-15% меньше температуры фазового перехода исследуемого материала.

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(52) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3568145/18-25 (22) 28.03.83 (46) 23.03.84. Бюл. Р 11 (72) В.П. Чернышов, Ю.Л. Муромцев, Т.И. Рожнова и Е.И. Глинкин (71) Тамбовский институт химического машиностроения (53) 536.629.7(088.8 ) (56) 1. Осипова В.A. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. N ° "Энергия", 1979, с.119.

2. Вишневский Е,Е. Методы определения термических характеристик неметаллических материалов, — В кн .:

Тепло- и массоперенос в процессе испарения. М., АН СССР, 1958, с.236.

3. Авторское свидетельство СССР Р 859893, кл.G 01 N 25/18, 1979 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОИ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ, включающий воздействие на термоста1 тируемый при постоянной температуре образец несколькими линейными источниками тепла, находящимися в исследуемом образце на одинаковом расстоянии и расположенными симметрично относительно одного датчика температуры, регистрацию изменения температуры в образце, по которому судят об искомых параметрах, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью уменьшения времени и повышения точности определения искомых теплофизических характеристик, осуществляют однократное импульсное тепловое воздействие на образец всеми источниками тепла с постоянной и одинаковой для каждого из них мощностью, величина которой выбирается из условия, что температура исследуемого образца при тепловом воздействии будет на 10-15% меньше температуры фазового перехода исследуемого материала.

1081507

Изобретение относится к технической физике, а именно к области исследований теплофиэических свойств веществ материалов, и может найти широкое применение в народном хозяйстве при производстве искусственных Материалов, Известен способ определения теплофиэических характеристик материалов, основанный на использовании начальной стадии теплового возмущения в теле. Способ состоит в том, что исследуемое и "эталонное" тела термостатируют при различных температурах, а затем приводятся в контакт по плоскости, после чего регистрируется температура в плоскости контакта (1 J.

Недостатком данного способа является низкая точность, обусловленная невозможностью строгого выполнения граничных условий при его реализации, Известен также способ определения теплофиэических характеристик материалов, состоящий в том, что образец термостатируют при постоянной температуре, воздействуют на него источником тепла постоянной мощности по линии, проходящей в теле образца на заданном расстоянии от этой линии 2 .

Недостатком данного способа является также малая точность обусловления неучетом погрешности, связанной с изменениями материала иэ-эа температурного воздействия на него и температурозависящими потерями тепла.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ определения тепло- и температуропроводности материалов, включающий воздействие на термостатируемый при постоянной темнературе образец несколькими источниками тепла,находящимися в исследуемом образце на одинаковом расстоянии и расположенными симметрично относительно одного датчика температуры, реги:страцию изменения температуры в образце ГЗ 3.

Недостатком известного способа является длительное время проведения эксперимента, связанное с необходимостью многократного термостатирования и поочередного подключения увеличивающегося от опыта к опыту количества источников тепла, а также ограниченная точность, вызванная необходимостью измерения малой по величине избыточной температуры, значение которой в каждом опыте постоянно и ограниченно, так как с увеличением количества источников тепла мощность каждого из них уменьшается пропорционально их числу и равна значению для случая теплового воздействия одного источника.

Целью изобретения является уменьшение времени и повышение точности определения искомых теплофизических

5 характеристик.

IJåëü достигается тем, что согласно способу Определения гепло- и температуропроводности материалов, включающему воздействие на термостатируемый при постоянной температуре образец несколькими линейными источниками тепла, находящимися в исследуемом образце на одинаковом расстоянии и расположенных симметрично относительно одного датчика температуры, регистрацию изменения температуры в образце, по которому судят об искомых параметрах осуществляют однократное испульсное тепловое воздействие на образец всеми источниками тепла с постоянной и одинаковой для каждого иэ них мощностью, величина которой выбирается иэ условия, что температура исследуемого образца при тепловом воздей25 ствии будет на 10-15Ъ меньше температуры фазового перехода исследуемого материала, после чего искомые характеристики вычисляются по формулам

30 (1 2) T(x,÷,-. ) -. (О О 2) 2.

Ф Г С

1 "2 и

C= h(a

40 где х,у — текущие:координаты; — время;

Т(х,у ф -температуры в точке и Т .УО,2 расположения термопре45 образователя соответственно в момент времени

Т1 и 62

r — расстояние от термопреобразователя до линейных

50 источников;

Л, e. — коэффициенты тепло- и температуропроводности исследуемого материала; количество тепла, выде55 ляемое с единицы длины .линейных источников тепла;

C — удельная теплоемкость.

Таким образом, после одновременного теплового воздействия от всех источников тепла, определив значение температуры в точке, расположенной на одинаковом расстоянии и симметрично источникам в два различных момента времени „ и, и зная мощ65 ность каждого источника по формулам

1081507

tDТ

Т (х,у, ) а в предлагаемом способе как (6) 40

4у хР(- 4 ) (4) Т (х,у, Г) 45

Составитель B. Битюков

Редактор л. Гратилло Техред и.йетелева . Корректор Г. Решетник

Заказ 1538/37 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4 (1 ) — (.З ), можно рассчитать искомые характеристики.

Для реализации предлагаемого способа использовались пластины из полиметилметакрилата толщиной 1 мм, между которыми размещались четыре линей- 5 ных нагревателя из нихромовой проволоки ф = 0,2 мм, симметрично на одинаковом расстоянии т = 2 мм от источника помещался термопреобразователь в виде хромель-копелевой микротермо- 10 пары, электроды которой ф = 0,15 мм сварены встык и расположены параллельно линиям действия источников тепла. При проведении эксперимента на каждый источник одновременно подавалась мощность Q = 78 Вт/м, изглерялась температура в интервале 3540, а с момента подачи теплового импульса погрешность температурно-временных измерений не превышала 3-5%, коэффициент температуропроводности при этом получился а = 1,14 -10 м /с.

2,01 - 10 - -, отсюда погрешность измерений в первом случае 6,2% а во втором случае 4,8%, по сравнению со справочными данными для исследуемого материала. Время проведения эксперимента в предлагаемом способе не более 1 мин (длительность импульсного теплового воздействия

1-2 с ), а в известном способе время эксперимента не менее 5-6 ч, так как время термостатирования образца между циклами измерения 30-40 мин, а число циклов 6-10, то очевидно,что время проведения эксперимента в пред-35 лагаемом способе сократилось более, чем в 300 раз.

В известном способе значение измеряемой температуры определяется как где Q — общая мощность теплового воздействия, которая подается вначале на один источник, затем делится поровну на два источника, три, четыре и т д. до и.

В предлагаемом способе амплитудное значение измеряемой температуры равйо где n — число источников тепла;

Я, — мощность одного источника, равная общей мощности всех источников в известном способе.

Отсюда амплитудное значение контролируемой в процессе эксперимента температуры в предлагаемом способе в и раз больше, чем в известном. Относительная погрешность измерения температуры в известном способе определяется по формуле где +дТ вЂ” абсолютная погрешность измерения в первом и втором случаях.

Из формул (4) и (5) очевидно,что погрешность температурных измерений в предлагаемом способе в и раз меньше, чем в известном, так как

Т (х,у„, т ) в и раз больше, чем

Т (хо,yo, 1,.а время проведения эксперимента сократилось более, чем в 300 раз.

Таким образом, однократное тепловое воздействие на образец и выбор мощности каждого источника из условия, что избыточная температура исследуемого образца при тепловом воздействии будет на 10-153 меньше температуры фазового перехода (это условие с заданным запасом позволяет сохранить структуру и теплофизические свойства исследуемого материала), в отличие от известного способа повышает быстродействие и уменьшает погрешность температурно-временных измерений, что позволяет с большей производительностью и точностью определять тепловые свойства исследуемых веществ материалов и широко применять способ в практике теплофизических измерений.