Способ измерения температуропроводности
Изобретение касается тепловых испытаний, а именно измерений теплофизических свойств материалов. Цель изобретения - повышение точности за счет снижения влияния теплообмена образца с окружающей средой и уменьшение времени измерения. Используют исследуемый и контрольный образцы в виде пластин. Одновременно подвергают их одностороннему тепловому импульсному воздействию. Измеряют температуры поверхностей образцов, противоположных нагреваемым. Испытание ведут до момента достижения заданного соотношения приращений температур. В отличие от известных способов, требующих регистрации изменения температуры вплоть до достижения равновесного значения, время испытания может быть ограничено начальной стадией изменения температуры поверхности. Это обеспечивает сокращение времени испытаний. Уменьшения времени испытания и относительный принцип регистрации обеспечивают повышение точности, вследствие снижения влияния теплообмена образца с окружающей средой на результат расчета искомой величины.
СОЮЗ СОВЕТЕНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
403 А1 (19) (11) (g1)g G 01 N 25/18
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ ССО
:(21) 4473304/31 -25 (22) 27.05,88 (46) 23.06.90. Бюл. Р 23 (71) Московский авиационный" институт им. Серго Орджоникидзе и Киевский государственный педагогический институт им. А.M.Ãoðüêoão (72) Л.К.Шведов, В;М.Барановский и В.Н.Кестельман (53) 636.06 (088.8) (56) Клименко М.М, и др. Импульсный метод определения температуропроводности — ТВТ, 1979, т. 17, ¹ 6, с. 1216- 1223.
Parker M.J. et al Flash method of
determining thermal diffisivity, heat
capacity апй thermal сопс1исс1ч су.
J.Appl. Phys, 1961, v. 32, K 9, р. 1679-1684, (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ (57) Изобретение касается тепловых испытаний, а именно измерений теплофизических свойств материалов. Цель
Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к области измерений теплофизических свойств материалов.
Цель изобретения — повышение точности за счет снижения влияния теплообмена образца с окружающей средой и уменьшение времени измерения.
Способ осуществляют следующим образом.
Исследуемый образец выбирают в форме пластины. Используют также
2 изобретения — повышение точности эа счет снижения влияния теплообмена образца с окружающей средой и уменьшение времени измерения. Используют исследуемый и контрольный образцы в виде пластин. Одновременно подвергают их однос) ореннему тепловому им.пульсному воздействию. Измеряют температуры поверхностей образцов, противоположных нагреваемым. Испытание ведут до момента достижения заданного соотношения приращений температур, В отличие от известных способов, требующих регистрации изменения температуры вплоть до достижения равновесного значения, время испытания может быть ограничено начальной стадией изменения температуры поверхности. Это обеспечивает сокращение времени испытаний. Уменьшения времени испытания и относительный принцип регистрации обеспечивают повышение точности, вследствие снижения влияния теплообмена образца с окружающей средой на результат расчета искомой величины. контрольный образец в виде пластины иэ материала с известными теплофизическими свойствами. Одновременно подвергают образцы импульсному тепловому воздействию при известном соотношении тепловых энергий, вводимых в образцы, Источником информации об искомой величине являются температурновременные изменения поверхностей образцов, противоположных подвергнутым тепловому воздействию. Задают отношение значения приращений температур, 1573403 при достижении которых испытания прекращают. Расчет искомой величины осу-!!11ествляют по приведенным соотношениям, в которых индекс 1 указывает на !
Принадлежность к исследуемому образцу, индекс 2 — к контрольному образЦу а — — — <- 1п — -(1 — — -)
+ л 2 ° и !
I (, 1 г ,+ — — ехр(- --; а ) п, 11, ! г
Сг К
С! dm f5!
П ! (!! де а
d
11
Т температуропроводность; толщина образца; отношение толщин;
20 регистрируемая температура образца; интервал времени от момента теплового импульса до момента достижения заданного . 25 приращения температуры; соотношение заданных приращений температур; отношение объемных теплоемкостей образцов;
30 отношение тепловых энергий, введенных в исследуемый и контрольный образцы.
1=Т, /T
С,/С
Пример Используют устроист 35 ! ! во, содержащее импульсный источник тепла — лазер типа ЛГН-701 с прерывателем и оптическим расщепителем теплового импульса, нагревающий поверхности исследуемого образца, термопары, регистрирующие изменения температур поверхности образцов, противоположные нагреваемым, сигналы термопар усиливаются усилителями постоянного тока типа Ф136 и регистрируются само- 45 писца типа 3030-2. Регистрируются только начальные части температурновременных зависимостей. Определяют температуропроводность политетрафторэтилена 1,ПТФЭ} при 310 К; в качестве контрольного образца используют плавленный кварц. Образец и эталон берут диаметром 10 м и одинаксвой толщины 1 = 1 z 5 10 м, т.е. d = 1, Данные по плотности (P ), удельной теплоемкости (С ) и температуропро55 водности (аг) для кварцевого стекла з 3. берут: Рг. = 2,2 .10 кг/м ; С =
0,761 ЕДж/кг К; а = 8,25 10 м /с.
Укаэанные параметры для ПТФЭ получены в процессе дополнительных измерений. Плотность измеряют методом гидростатического взвешивания, а удельную теплоемкость — с помощью динамического калориметра с погрешностью 3%. Эти данные для 310 К такие:
2, 1. 1О кг/м; С „= 1 КДж/кг К. тобы не измерять энергии тепловых импульсов при каждом опыте подбирается такая оптическая схема расщепителя, состоящего из зеркал, что К = 1 °
При этом энергии тепловых импульсов подбираются такой величины (около
5 Дж), чтобы приращения температур задних поверхностей образца и эталона, измеряемых хромель-алюмелевой термопарой с чувствительностью
41 мкВ/К, не превышала 3-5 К для исключения перегрева передних поверхностей.
Температурные приращения поверхностей образцов выбираются равными:
Т = Т = 1 К (m = 1), Из экспериментальных температурно-временных зависимостей определены интервалы времени t < = 23,8 с, t< = 3,1 с. Экспериментальное значение а = 1,!8!!
110 7 М2-/с.
Предлагаемый способ в отличие от известного (" метода вспышки") обеспечивает сокращение времени испытания, так как используется только начальный участок температурно-временных изменений. Уменьшение времени испытаний и относительный принцип регистрации обеспечивают повышение точности вследствие снижения влияния на расчет искомой величины теплообмена испытуемого образца с окружающей средой. Способ может найти применение при технологическом контроле образцов материалов.
Формула и з о б р е т ения
Способ измерения температуропроводности материалов, заключающийся в том, что воздействуют тепловым импульсом на поверхность образца в виде пластины и получают информацию о температурно-временных изменениях на противоположной поверхности образца, на основании чего вычисляют температуропроводность, о т л и ч а ю — . шийся тем, что, с. целью повышения точности за счет снижения влияния теплообмена образца с окружающей
1573403 следуемому и контрольному образцам соответственно; толщина образца;
1
2
Т отношение толщин; а
d lt 1 1 а х . 1п (1 ) + и, 2 и л
+ и ехр(- — — а )
lz г ь
C(/Cz
С К и = — — — — —, С d»m где а — температуропроводность;.
l,2 — индексы, относящиеся к исСоставитель В.Вертоградский
Редактор Н.Яцола Техред А.Кравчук Корректор В.Кабаций
Заказ 1640 Тираж 499 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðîä, ул. Гагарина, 101
5 средой и уменьшения времени измерения, одновременно подвергают испытанию контрольный образец, испытание образцов проводят до моментов достижения заданных приращений температур поверхностей образцов, а искомую величину рассчитывают по формулам регистрируемая температура поверхности образца; интервал времени от момента теплового импульса до момента достижения заданного приращения температуры; соотношение заданных приращений температур, отношение объемных теплоемкостей образца;. отношение тепловых энергий, введенных в исследуемый и контрольный образцы.
