Способ измерения теплопроводности и температуропроводности твердых материалов

 

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к измерениям теплофизических свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности. Используют образец в виде пластины. Воздействуют на поверхность образца тепловым потоком постоянной интенсивности. В момент прекращения воздействия измеряют температуру поверхности образца, не подвергавшейся воздействию. Измеряют также максимальное после воздействия, значение температуры той же поверхности. По полученным данным при известных толщине образца и плотности теплового потока рассчитывают теплопроводность, теплоемкость и температуропроводности. По сравнению со способом-прототипом достигается повышение точности за счет расчета искомых характеристик по новым формулам с использованием более точно известных экспериментальных величин.

союз совятсних социАлистичксних

РЕСПУБЛИК

Al (gl)g G 01 N 25/18! г Е

ГОсудАРстВенный нОмитет по изои ктениям и лнрытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4349472/24-25 (22) 19.10.87 (46) 15.04.90. Бюл. М - 14 (72) В.В.Просветов, Б.Е.Тихонов и В.Н.Шмаков (53) 536.02(088.8) (56) Семенов Л.А. Определение теплофизических коэффициентов материалов при. квазистационарном тепловом состоянии: Труды Ростовского инженерностроительного института, 1955, вып. IV, с. 15 1-174.

Kobayasi К. Simultaneans Measurement of Thermal Diffusivity and Spectfic Heat at High Temperatures by a

Single Rectangula Pulse Heating Method. — International journal of Thermophysics, 1986, vol. 7, У 1, р. 181 t 95. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ И ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к измерениям теплофизических свойств материалов.

Цель изобретения — повьппение точности.

Способ измерения теплопроводности и температуропроводности реализуется на образце в виде пластин. К одной из поверхности термостатированного образца подводят тепловой поток постоянной плотности известной величины в течение заданного времени, на противоположной стороне образца регистрируют температуру в момент прекращения подвода теплового нотока и мак„,ЕВ„„1557498 (5?) Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно измерениям теплофиэических свойств материалов. Цель изобретения — повышение точности. Используют образец в виде пластины. Воздействуют на поверхность образца тецловым потоком постоянной интенсивности. В момент прекращения воздействия измеряют температуру поверхности образца, не подвергавшейся воздействию.

Измеряют также максимальное после воздействия, значение температуры той же поверхности. По полученным данным при известных толщине образца и плотности теплового потока рассчитывают теплопроводность, теплоемкость и температуропроводюсти. По сравнению со способом-прототипом достигается повьппение точности за счет расхода искомых характеристик по новым формулам с использованием более точно известных экспериментальных величин. симальное значение температуры образца после окончания нагрева. Оптимальная длительность подвода тепла соответствует моменту установления в об разце регулярного теплового режима второго рода (что соответствует знаВ чению критерия фреэы порядка 0,5).

Расчет теплофизических характеристик ведется по формулам

Л = ц /6(Тeo „.c То) i а = ТмаксК /б х

-t где Л вЂ” теплопроводность, Вт/м К а — температуропроводность, м с ;

С вЂ” теплоемкость, Дж кг" К 1;.

1557498 ) — ПЛОТНОСТЬ, КГ-М- ;

q — плотность теплового потока, Вт, м

-2, R — толщина образца, М; — длительность подвода теплового потока, с;

Т вЂ” температура образца в моMeHT ",, Т „ - максимальная температура обмакс разца, К.

Пример. Четыре пластинки

70 70 «7 мм из исследуемого материала устанавливают одна на другую, между

1-й и 2-й, а также между 3-й и 4-й

15 размещают ленточный нагреватель. Последовательная нумерация пластин, датчик температуры, например, хромельалюмелевую термопару, устанавливают в предварительно изготовленном пазе

„20 на верхнем торце второй пластины. Да" лее нижний торец первой и верхний торец четвертой пластин обкладывают теплоизоляцией, всю сборку зажимают струбциной и устанавливают в печь. Такая сборка пластин модулирует теплопередачу в бесконечной пластине, с одного торца которой действует постоянный тепловой поток, а другой торец идеально теплоизолирован. В этой сборке измеряемым образцом является вторая пластина. Установка также содержит устройство регулирования температуры образца, устройство ступенчатого подвода потока к образцу и устройство, регистрирующее температуру образца.

После предварительного термостатирования образца в печи при определенной температуре включают ленточный нагреватель.

Момент отключения нагревается мож.но определять, либо используя предварительные оценки свойств исследуемого . материала для вынесения критерия Фурье, либо в процессе проведения опыта, отключая нагреватель после достижения постоянной скорости, возрастания температуры образца. Можно отключить нагреватель и при F C 0,5. Расчеты показывают, что отключение нагревателя, например, при F0 = 0,4 увели- 50 чивает погрешность определения свойств на, 2%. Мощность нагревателя подбирают такой, чтобы разогрев образца можно было фиксировать с достаточной точностью имеющейся в наличии аппаратурой. Например, если в качестве регистрирующего прибора испольэовать цифровой вольтметр Ш-302, достаточно разоГревать образец на доли градуса (при этом необходимо, конечно, измерять не абсолютную величину температуры образца, а ее превышение над начальной, разместив еще одну термопару, например, на стробцине и подсоединив обе термопары к прибору дифференциально. Момент достижения образцом максимальной температуры можно зафиксировать с помощью самопищущего прибора типа. КСП-4 либо с помощью аналогового цифрового преобразователя и вычислительного устройства.

Использование предлагаемого способа обеспечивает повышение точности за счет использования в расчете искомых характеристик более точно измеряемых экспериментальных величин. В частности, исключается из числа таких величин измеряемая со значительной погрешностью скорость изменения температуры образца.

Способ может быть использован для испытания разнообразных материалов в широком интервале температуры.

Формула и э о б р е т е н и я

Способ измерения теплопроводности и температуропроводности твердых материалов, состоящий в том, что на поверхность образца в виде пластины воздействуют тепловым потоком постоянной плотности в течение заданного времени, измеряют температуру поверхности, противоположной нагреваемой в заданный момент времени, а также максимальную температуру образца после воздействия, на основании чего рассчитывают искомые величины, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, заданный момент времени выбирают равным моменту окончания теплового воздействия.