Способ определения теплофизических свойств материалов

 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при определении теплофизических свойств материалов, например горных пород, на образцах с любым качеством обработки их поверхностей. Целью изобретения является повышение эффективности. Часть поверхности эталона и исследуемых образцов нагревают подвижным точечным источником тепловой энергии. Температуру тел по линии их нагрева регистрируют датчиком температуры, жестко связанным с источником энергии. Затем изменяют режим работы этого источника , устанавливая гармонический закон изменения его мощности. В процессе нагрева остальной части поверхности образцов и эталонов измеряют разность фаз колебаний мощности источника энергии и регистрируемые датчиком температуры тел, а также амплитуду колебаний этой температуры. 2 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (21) (g2) 4 G 01 N 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4065804/31-25 (22) 25.04.86 (46) 15.01.88. Б)рл. N 2 (71) Московский геологоразведочный институт им. Серго Орджоникидзе (72) В.В. Березин и А.А. Костюрин (53) 536.2(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 1056015, кл. G 01 N 25/18, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Ф 1040992, кл. G 01 N 25/18, 1983. (54). СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ.СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при определении теплофизических свойств материалов, например горных пород, на образцах с любым качеством обработки их поверхностей.

Целью изобретения является повышение эффективности. Часть поверхности эталона и исследуемых образцов нагревают подвижным точечным источником тепловой энергии. Температуру тел по линии их нагрева регистрируют датчиком температуры, жестко связанным с источником энергии. Затем изменяют режим работы этого источника, устанавливая гармонический закон изменения его мощности. В процессе нагрева остальной части поверхности образцов и эталонов измеряют разность фаз колебаний мощности источника энергии и регистрируемые датчиком температуры тел, а также амплитуду колебаний этой температуры, 2 ил.

13б6928

1Г

Изобретение относится к технической физике и может быть использо-вано для определения теплофизических свойств материалов, в том числе горных пород.

Цель изобретения — повышение эффективности способа и увеличение точности определения температуропроводности материалов. 10

На фиг. 1 приведена схема осуществления предлагаемого способа; на фиг. 2 — зависимость мощности источника энергии от времени в пределах каждого из образцов (эталонного и исследуемых).

Эталонный 1 и исследуемые 2 образцы (фиг. 1) расположены последова тельно, над ними размещены точечный источник 3 тепловой энергии и дат- 20 чик 4 температуры. Перемещение источника 3 энергии и датчика 4 температуры происходит в направлении оси Х со скоростью v.

Способ осуществляют следующим об- 25 разом.

Устанавливают исходный режим работы точечного источника 3 энергии— режим с постоянным уровнем его мощности. Источник 3 энергии и датчик 4 g0 температуры, жестко связанные между собой, перемещают с постоянной скоростью относительно расположенных последовательно эталонного 1 и исследуемых 2 образцов (фиг. 1) в выбранном направлении (вдоль оси Х). В процессе перемещения осуществляют нагрев источником 3 первого из последовательно расположенных образцов (образца 1), а датчиком 4 температуры регистрируют предельную избыточную температуру поверхности этого образца по линии его нагрева на фиксированном расстоянии позади источника . После нагрева источником 3 части поверхности образца 1 и регистрации датчиком 4 ее предельной избыточной температуры изменяют режим работы источника 3 энергии, устанавливая гармоническии закон измене : б0 е ния его мощности (фиг. 2). В процес-. се дальнейшего перемещения точечного источника 3 энергии, мощность которого изменяется теперь по гармоническому закону, осуществляют . нагрев источником 3 остальной части поверхности образца 1, измеряют в ее пределах разность фаз колебаний мощности источника 3 энергии и ре гистрируемой датчиком 4 предельной избыточной температуры нагреваемой поверхности образца 1, а также амплитуду колебаний указанной температуры.

Для каждого из последующих образцов 2 осуществляют, нагрев части поверхности образца точечным источником 3 энергии, работающим в режиме постоянной мощности, регистрируют датчиком 4 температуры, жестко связанным с источником 3 энергии, предельную избыточную температуру нагреваемой поверхности образца по линии нагрева на.фиксированном расстоянии позади источника 3, затем изменяют режим работы источника энергии, устанавливая гармонический закон изменения его мощности, и в процессе нагрева остальной части поверхности образца точечным источником 3 энергии измеряют разность фаз колебаний мощности источника 3 и регистрируемую датчиком 4 предельную избыточную температуру нагреваемой поверхности образца, а так :. же амплитуду колебаний указанной

° гемпературы.

При нагреве полубесконечного твердого тела подвижным точечным источником тепловой энергии постоян- ной мощности, перемещающимся по адиабатической поверхности тела с постоянной скоростью, предельная избыточная температура поверхности тела на линии нагрева позади источника, .регистрируемая датчиком температуры, жестко связанным с источником энергии, определяется по формуле

9 = q (2Щ х(),. (1) где 0 — предельная избыточная температура поверхности тела на линии нагрева позади источника;

% — теплопроводность тела;

1х — расстояние от точечного источника энергии до точки регистрации температуры тела; — мощность точечного источни-. а ка энергии, поглощенная телом.

Формула (1) справедлива и для образца конечных размеров, если они пре. вышают расстояние (xi от точечного источника энергии до датчика темпе I 366928 ратуры. Для эталонного образца формула (1) принимает вид (2) э =A э g (3) Для амплитуд колебаний предельных избыточных температур поверхностей исследуемого 2 и эталонного 1 образцов s точке регистрации температуры на линии нагрева (фиг. 1) справедливы соотношения (при постоянных с и х/:

20,25

9м= e

2а à Р vIzI

vI х! v) х1 2аъ с э -10а

9 -"6 ех ъ — — — — 1 + ()г (5>

2а 2а v(xI где 9,9 предельные избыточные температуры поверхностей соответственно исследуемого и эталонного образцов в точке регистрации температуры на линии нагрева при постоянной мощности источника 40 энергии; амплитуды колебаний предельных избыточных температур поверхностей соответственно исследуемого и эталон- 45 ного образцов в точке регистрации на линии нагрева при изменении мощности источника энергии по гармо" ническому закону; 50 температуропроводности соответственно исследуемого и эталонного образцов; разность фаз колебаний мощности источчика энергии и предельных избыточных темгератур поверхностей соответственно исследуемого и эталонного образцов. м эм

О,а-,— где 6 — предечьная изй точчая температура поверхности эталонного образца на линии нагрева позади источника; 10 теплопроводность эталонного образца.

Из формул (1) и (2) следует, что при постоянных q и Jx/ теплопроводность исследуемого образца может быть определена из соотношения

Выразив из соотношения (5) комбинацию v(xl через температуропроводность а, предельные избыточные температуры 6,,6э„и разность фаз ц> эта лонного образца 1 и подставив ее в (u), получают формулу для определения температуропроводности исследуегагх образцов 2 д 2 эм 2 „Ьм

ы э, В 8 - (6)

3n — — p 3n

В (1э

Таким образом, осуществляя нагрев части поверхности каждого из последовательно расположенных эталонного и исследуемых образцов подвижным точечным источником тепловой энергии постоянной мощности, измеряя в процессе нагрева предельные избыточные температуры нагреваемых поверхностей по линии нагрева позади источника датчиком температуры, жестко связанным с источником энергии, затем в пределах каждого из образцов, изменяя режим работы источника энергии путем установления гармонического закона изменения его мощ ности и осущест.ляя нагрев остальной части поверхности каждого из образцов гармоническим источником энергии, измеряя в процессе нагрева разность фаз колебаний мощности источника энергии и регистрируемой дат" чиком предельной избыточной температуры поверхности образца, а также амплитуду колебаний указанной температуры, по формуле (3) определяют теплопроводность каждого из исследуемых образцов, а по формуле (6) — из температуропроводность.

Предлагаемый способ характеризуется высокой производительностью определения тепловых свойств материалов (до 450 образцов в смену) и точностью.Погрешность определения теплопроводности и температуропроводности не превышает 1-2Х

Формула изобретения

Способ определения теплофизических свойств материалов, включающий нагрев поверхности последовательно установленных эталонного и исследуемых образцов подвижным точечным источником тепловой энергии постоянной мощности, перемещаемым относительно нагреваемых образцов с постоянной скоростью, и регистрацию датчиком температуры, перемещаемым со скоростью перемещения источника энер1366928

Вэм 2

ln — -Ц э

Вэ

Вм

О бам

Оэ

30 гии на фиксированном расстоянии позади него, предельной избыточности температуры поверхности каждого иэ образцов по линии их нагрева, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности и увеличения точности определения, дополнительно в пределах каждого иэ образцов после нагрева источником части поверхности образца и регистрации датчиком ее предельной избыточной температуры изменяют режим работы источника энергии, устанавливая гармонический закон изменения его мощности, и в процессе нагрева источником остальной части поверхности образца измеряют разность фаз колебаний мощности источника энергии и регистрируемой датчиком предельной 20 избыточной температуры нагреваемой поверхности образца, а также измеряют амплитуду колебаний указанной " избыточной температуры, после чего по результатам измерений,определя- 25 ют температуропроводность и теплопроводность каждого из исследуемых обРазцов по формулам

@э э 8 где %,а

Ply,0 3—

8 этепло- и температуропроводность исследуемого образца; тепло- и температуропроводность эталонного образца; предельные избыточные температуры поверхностей соответственно исследуемого и эталонного образцов на линии нагрева при постоянной мощности источника энергии; амплитуды колебаний предельной избыточной температуры поверхностей соответственно исследуемого и эталонного образцов на линии нагрева при изменении мощности источника энергии по гармоническому закону; разность фаз колебаний мощности источника энергии и предельной избыточной температуры поверхностей соответственно .исследуемого и эталонного образцов.

1366928

Составитель В. Гусева

Техред М.Дндык Корректор M. Лемчик

Редактор А. Лекнина

Заказ 6833/43 Тирах 847 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Уигород, ул. Проектйая, 4