Способ определения теплои электропроводности электропроводных материалов

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что образец в виде тонкого стержня нагревают электрическим током, концы образца поддерживают при температуре, равной температуре среды, изменяющейся монотонно, измеряют распределение температуры по длине образца, падение напряжения на нем, силу тока, идущего через образец, и скорость измЪнения температуры среды, по которым судят об определяемых величинах, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса определения теплопроводности , электропроводности и расширения функциональных возможностей способа за счет определения температуропроводности, среднее сечение образца поддерживают при температуре среды, в обе стороны от среднего сечения пропускают не равные между собой токи, измеряют разность температур между двумя сечениями, расположенными по разные стороны от среднего сечения и равноудаленными от концов образца и от среднего сечения , разность температур между концом образца и сечением, расположенным на равном расстоянии от среднего сечения и одним из концов образца, по S с которым судят о распределении температуры по длине образца, силу тока измеряют по разные стороны от среднего со сечения образца, a падение напряжения определяют на одинаковых по длине сд участках образца по разные стороны оо от среднего сечения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУВЛИН

„SU„„996548

З(50 G 01 N 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;1

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТБУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

nO PZWM ИЗОБРЕТЕНИЙ V ОТНРЫТИЙ (2 1) 3580080/18-25 (22) 20.04.83 (46) 07.06.84. Бюл. Р 21 (72) В.А.Самолетов, С.Е.Буравой, Г.С.Петров и Е.С.Платунов (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени технологический институт холодильной промышленности (53) 536.6(088.8) (56) 1. Пелецкий В.Э., Тимрот Д.Л. и Воскресенский В.Ю. Высокотемпературные исследования тепло- и электропроводности твердых тел. М., 1961, с. 6. t-68.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 913199, кл. G 01 N 25/ 18, 1980 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХ

МАТЕРИАЛОВ, заключающийся в том, что образец в виде тонкого стержня нагревают электрическим током, концы образца поддерживают при температуре, равной температуре среды, изменяющейся монотонно, измеряют распределение температуры по длине образца, падение напряжения на нем, силу тока, идущего через образец, и скорость изменения температуры среды, по которым судят об определяемых величинах, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью ускорения процесса определения теплопроводности, электропроводности и расширения функциональных возможностей способа за счет определения температуропроводности, среднее сечение образца поддерживают при температуре среды, в обе стороны от среднего сечения пропускают не равные между собой токи, измеряют разность температур между двумя сечениями, расположенными по разные стороны от среднего сечения и равноудаленными ф от концов образца и от среднего сечения, разность температур между концом образца и сечением, расположенным на равном расстоянии от среднего сечения и одним из концов образца, по которым судят о распределении температуры по длине образца, силу тока изме- ряют по разные стороны от среднего сечения образца, а падение напряжения C© определяют на одинаковых по длине Cb участках образца по разные стороны от среднего сечения. ьР

1096548

Изобретение относится к теплофиэическим измерениям и может быть использовано в материаловедении при определении свойств электропроводных материалов °

Известен способ определения тепло- и электропроводности электропроводных материалов, заключающийся в том, что образец в виде стержня, l0 концы которого имеют одинаковую температуру, помещают в среду с постоянной температурой, и разогревают электрическим током. После включения электрического тока в стационарном состоянии измеряют распределение темt5 пературы по длине образца, падение напряжения на нем и силу тока идущего через образец (1

Недостатком этого способа является длительность снятия температурной

20 зависимости искомых параметров, обусловленная ступенчатым характером перехода от одного температурного уровня к другому и длительностью создания

25 требуемого температурного режима опыта, а также то, что определяются только два параметра: теплопроводность и электропроводность.

Наиболее близким техническим

30 решением к предлагаемому является способ определения тепло- и электропроводности электропроводных материалов, заключающийся в тоМ, что образец в виде тонкого стержня нагревают электрическим током, концы образца З5 поддерживают при температуре, равной температуре среды, изменяющейся монотонно, измеряют распределение температуры по длине образца, падение напряжения на нем, силу тока, идущего 40 через образец и скорость изменения температуры среды по которым судят об определяемых величинах (2).

Недостатком этого способа является ограниченная производительность, так как величину скорости изменения температуры среды приходится ограничивать таким образом, чтобы в расчетной формуле для теплопроводности

50 комплекс, содержащий скорость разогрева, носил поправочный характер и не превышал 0,1-0,2. В этот комплекс входит также и коэффициент температуропроводности исследуемого материала (либо теплоемкость), 55

Который должен быть определен из независимых экспериментов, либо по литературным данным. Операция измерения скорости не может быть достаточно точной; для новь1х, неизученных материалов коэффициент температуропроводности не известен, а литературные данные для изу-ченных часто не являются достоверными. В связи с этим увеличение скорости разогрева, необходимое для увеличения производительности, приводит к возрастанию роли укаэанного комплекса и снижению точности.

Недостатком известного способа .явля ется также возможность определения только двух параметров: теплопроводности и электропроводности.

Цель изобретения — ускорение процесса определения тепло- и электропроводности и расширение функциональных возможностей за счет определения температуропроводности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения тепло- и электропроволности, заключающемуся в том, что образец в виде тон-. кого .стержня нагревают электрическим током, концы образца поддерживают при температуре, равной температуре среды, изменяющейся монотонно, измеряют распределение температуры по длине образца, падение напряжения на нем, силу тока, идущего через образец, и скорость изменения температуры среды, по которым судят об определяемых величинах,,среднее сечение образца поддерживают при температуре среды, в обе стороны от среднего сечения пропускают пе равные между собой токи, измеряют разность температур между дв мя сечениями, расположенными по разные стороны от среднего сечения и раьноудаленными от концов образца и от среднего сечения, разность температур между концом образца и сечением, расположенным на равном расстоянии от среднего сечения и одним из концов образца, по которым судят о распределении температуры го длине образца, силу тока измеряют по разные стороны от среднего сечения образца, а падение напряжения определяют на одинаковых по длине участках образца по разные стороны от среднего сечения.

Искомые величинь1 рассчитывают по следующим формулам:

1096548 1

Ь = — ——

0„5

2 И 2 2 где Л—

6—

U22

В формулу (1) для теплопроводности не входит скорость изменения темпера-4 туры среды, ни температуропроводность образца ° Таким образом, точность определения коэффициента теплопроводности не уменьшилась.

Точность определения электропровод4 ности также не изменилась.

Наличие на образце среднего сечения с температурой равной температуре его концов, пропускание не равных по величине токов прозволяет создать в каждой части образца различное тепловое состояние. Использование дифференциальной схемы измерения позволяет исключить из расчетной формулы для теплопроводности скорость изменения.темпе- теплопроводность, Вт м-" К "; электропроводность, Ом .м ", темнературопроводность, м - с

1О сила тока через одну половину образца, А; падение напряжения на одной половине образца, В; сила тока через другую поло-,15 вину образца, А;

Падение напряжения на другой половине образца, В; длина образца между средним сечением и концом образца, и;20 площадь поперечного сечения образца, м ; разность температур между двумя сечениями, расположенными по разные стороны от среднего сечения и. равноудаленными от концов образца и от среднего сечения, К; разность температур между концом образца и сечением,рас-.ЗО положенным на равном расстоянии от среднего сечения и одним из концов образца, К; скорость измерения температуры среды, К с 35 поправка на боковой теплообмен. ратуры среды и проводить измерения при больших скоростях разогрева. Кроме того, это дает возможность дополнительно определять температуропроводность исследуемого материала.

В известном способе (2 ) для материалов с h =10-100 Вт (и .К), скорость разогрева при токах через образец

100-200 А не должна превышать 0,03 К/с, чтобы оказалось возможным измерение

Л с погрешностью в 2-3%. Такая погрешность получается при следующих условиях: относительная погрешность измерения площади поперечного сечения образца не более 0,5%; относительная погрешность измерения длины рабочего участка образца не более 0,5Х относительная погрешность определения силы тока не более 0,1%, относительная погрешность определения температуры не более 1%, относительная погрешность комплекса, содержащего скорость разогрева среды и температуропроводность не более 1%. Если скорость разогрева среды увеличить н три раза, то погрешность определения Л увеличится на 1,4Х и будет равной 3,44,4Х. При скорости разогрева средьt в 0,03 K/ñ измерения в диапазоне температур 320-1200 К провоцятся в течение 7-8 ч. В предлагаемом способе погрешность равйа 2-2,5% и не зависит от скорости разогрева. Г!ожно увеличить скорость разогрева в три раза, тем самым уменьшая время измерения в три раза, не ухудшая точности определения теплопроводности и электролроводности.

Пример. Опытная проверка способа проводилась на образце из нержавеющей стали 12Х18Н 10 Т диаметром

5 мм и длиной 150 мм. Образец закреплялся в установке так, что температуры концов и средкего сечения были равны температуре среды. Одна дифференциальная термопара крепилась в точках, расположенных по разные стороны среднего сечения и равноудаленных от концов образца и среднего сечения. Вторая дифференциальная термопара крепилась в точке, расположенной на одном конце образца, и в точке, расположенной в сечении, равноудаленном от среднего сечения образца и конца образца. Увеличивают температуру среды монотонно со скоростью 0,13 К/с.

Через половину образца пропускали ток 3 = 19 А. При этом д т = 29,4 К, .М = 19,4 К, и = 49 мВ. Полученные значения теплопроводности отличались от литературных на 2,5%, 1/2%, 6%

1096548

Составитель В. Битюков

Редактор F,. Папп Техред Yi:,Надь Корректор N. Шароши

Заказ 3817/32 Тираж 823

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 соответственно. Процесс измерения температурной зависимости параметров в интервале температур 320-1200 К занял 2 ч, По сравнению с прототипом длительность процесса измерения уменьшилась, а точность определяемых величин сохранилась. Дополнительно появилась воэможность определения коэффициента температуропро > водности.