Способ определения теплопроводности материалов
Изобретение относится к теплофизическим измерениям. Цель изобретения - расширение возможностей способа и класса исследуемых материалов путем определения степени анизотропии теплопроводности ориентированных тонкослойных материалов с одновременным определением среднеобъемной теплопроводности , а также нормальной и тангенциальной ее составляющих. Для этого градуировку и определение градуировочной зависимости осуществляю с помощью адекватных полупространсгн в теплопом отношении ичотропньх стандартных образцов теплопроводности, а последующие измерения проводят на одном образце дважды. Для этого при первом i-пмерении тонкослойный образец размещают на поверхности теплоизолирующей подложки, теплопроводность которой , много менъп°е теплогроводности образца, а при втором измерении образец наклеивают на поверхность массивной (адекватной полупространству) изотропной подложки, теплопроводность которой много больше теплопроводности образца.Искомые степень анизотропии теплопроводности тонкослойного .образца , среднеобъемную теплопроводность; нормальную и тангенциальную ее составляющие находят из системы соотношений , связывающих искомые параметры с полученными результатами зондирования , а также с толщиной образца и радиусом контактирования зондов с образцом . 2 ил. «ЈВЩ§Э 4M-.no
союз сонетсних соаелистичесних
РЕСПУБЛИН щ) G 01 N 25/l8
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОтнРьзтиям
ПРИ П1НТ СССР (61) 1057830 (21) 4708375/25 (22) 27.03.89
-(46) 23.04.91 . Бюл. Р 15 (71) Научно-производственное объединение "Сибирский государственный научно-исследовательский институт метtf рологии (72) А.Н.Калинин (53) 536.6(088;8) (56) Авторское свидетельство СССР
ll 1057830, кл. G Îl N 25/18, 1982. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к тепло-. физическим измерениям. Цель изобретения - расширение возможностей спосо-. ба и класса исследуемых материалов путем определения степени анизотропии теплопроводности ориентированных тонкослойных материалов с одновременным определением среднеобъемной теплопроводности, а также нормальной и тангенциальной ее составляющих. Для этого градуировку и определение градуировочИзобретение относится к теплофизическим измерениям, может быть использовано в тех отраслях, где требуется определение степени анизотропии теплопроводности ориентированных тонкослойных материалов с одновременным определением среднеобъемной теплопроводности, а также нормальной и тангенциальной ее составляющих, и является усовершенствованием способа по авт.св. h 1057830.
„.SU„,1fi44013 А2 ной зависимости осуществляют с помощью адекватных по.1упространству в теп— лалом отношении иэотропных стандартных образцов теплопроводности, а последующие измерения проводят на одном образце дважды. Для этого пр1л первом и. 1мерении тонкослойный образец, размещают па повер .ности теплопзолирующей подложки, теплонроводность 1<о торой. много мень1пе тепле проводпости образца, а при втором измерении образец наклеивают на поверхность мас— сивной (адекватной полупространству) изотропной подложки, теплопроведность которой много больше теплоправодности образца, Искомые степень анизотропии теплопроводности тонкослойного .образ-ца, среднеобъемную теплопроводность, нормальную и тангенциальную ее сocTBB ляющие находят из системы соотношений, связывающих искомые параметры с полученными результатами зондирования, а также с толщиной образца и радиусом контактирования зондов с образцом. 2 ил.
Цель изобретения — расширение возможностей способа и класса исследуемых материалов путем определения сте" пени анизотропии теплопроводности ориентированных тонкослойных мате1иа1. лов с одновременным определением 1 р среднеобъемной теплопроводности, а также нормальной и тангенцпальной ее составляющих.
На фиг ° 1 изображена схема устройст- ва, реализующего способ, в режиме ис=1644013
И
Nl Й
1п(1 — — — ); {1) о И следования теплопроводности анизотропных тонкослойных.материалов в условиях низкотеплопроводной. подложки; на фиг.2 — исследуемый образец на высокотеплопроводной подложке.
Устройство содержит два стержнеобразных зонда 1, у которых одни концы специальными наконечниками 2 кон тактируют с поверхностью исследуемого образца 3, Другие концы зондов установлены в медные пластинки 4 и прикреплены к холодной и горячей поверхностям термоэлектрической бата реи 5, включенной в цепь нагрузки автоматического регулятора 6. На вход последнего включена дифференциальная термопара 7, рабочие спаи которой расположены на концах зондов, контактирующих с образцом. В разрыв цепи этои термопары включен встречно зацатчик 8 постоянного компенсирующегс напряжения так, что на вход регулятора 6 поступает нулевой разностный сигнал. Другая дифференциальная термопара 9 со спаями на медных пластинках 4, измеряющая разность температур, создаваемую термобатареей на концаХ зондов, подключена к измерителю
I0 термоЭДС.
Согласно известному способу градуировку и определение градуировочной зависимости осуществляют с помощью объемных (адекватных полупространств) и изотропных стандартных образцов теплопроводности, а после35 дующие измерения проводят на анизотропных тонкослочных образцах, причем на каждом образце измерения выполняют дважды так, что при первом измерении образец размещают на поверхности теплоизолирующей подложки, теплопроводность которой много меньше теплопроводности образца, а при втором измерении образец наклеивают с низким термическим сопротивлением контакта на поверхность массивной {имитирующей полупространство) и изотропной подложки, теплопроводность которой много больше теплопроводности образца. Искомые же степень анизотропии теплопроводности 3y /ф, среднеобъемную тепI
4 0 I. лопроводнОсть Я, нОрмальную и тангенциальную ф " составляющие теплопроводности тонкослойного образца находят с помощью системы следующих соотношений:
QoQ -(4а) где Ч, М вЂ” величины, полученные по результатам зондирования поверхности образца соответственно в условиях теплоизолируюшей подложки и в условиях высокотеплопроводной подложки с использованием в. обоих случаях градуировочной зависимости, найденной с помощью изотропных объемных стандартных об1разцов, Вт/(м К); толщина исследуемого образца, м;
R — радиус контактирования зондов с поверхностью; л О
Я, Я, д †.тангенциальная, нормальная и среднеобъемная теплопроводности, Вт/ (м. К) .
Ироцесс измерения предлагаемым способом включает двухточечное зондирование поверхности образца 3 сначала в условиях теплоизолирующей подложки, реализуемых, например, подвешиванием его в воздухе с помощью опор 11 (фиг.1) или размещением на поверхности какого-либо теплоизоляционного материала с теплопроводностью, много меньшей теплопроводности образца, а затем повторное двухточечное зондирование поверхности этого же образца, но в условиях высокотеплопроводной подложки 12, теплопроводность которой много больше теплопроводности образца. На фиг.2 это изображено стрелкой, указывающей на поверхность образца, наклеенного на поверхность высокотеплопроводной подложа ки 12. Величины N1» и N< в этих двух независимых опытах определяются по показаниям измерителя 10 с использованием зависимости величины термоЭДС от теплопроводности, найденной ап.". проксимацией результатов градуировочных опытов на наборе изотропных объемных стандартных образцов.
Величины N1 и N g по физическому смыслу могут рассматриваться как некоторые эффективные значения коэффициента теплопроводности составного полупространства (образец + подложка) в задаче с локальным источником-тепла на поверхности в.случаях соответствен5 164401 но с теплоизолирующей и высокотеплопроводной подложками, Предлагаемый способ опробован измерениями на тонкослойных образцах из дерева, как наиболее изученного ма«5 териала, обладающего анизотропией теплопроводности. Йпя измерений ис— пользовалось известное устройство, реализующее способ. Полученные резуль- 1ð таты, в том числе по степени анизотропии,подтверждают эффективность предлагаемого способа в том случае, когда исследуемые образцы имеют толщину 3 меньше некоторой критической 3 „, т.е. когда образцы неадекватны полупространству в тепловом отношении. Эта критическая толщина не зависит от среднеобъемной теплопроводности образца и определяется ра- 20 диусом R контакта зондов с образцом, а также степенью анизотропии тепло проводиости образца. При слабо выраженной анизотропии критическая толщина g p приблизительно равна 4R. 25
Разрешающая способность предлагаемого способа по мере уменьшения толщины образца, особенно по отношению к степени анизотропии и к отдельным составляющим теплопроводности, рас- 30 тет.
Технико-экономическая эффективность предлагаемого способа заключается в возможности получения с помощью известного устройства практически
35 всей информации о теплопроводности ориентированных анизотропных тонкослойных материалов, а также в повышении производительности измерений и в возможности их осуществления непосред- ственно на тонкослойных изделиях без нарушения их целостности.
Формула изобретения
Способ определения теплопроводности материалов по авт.св. У 1057830, отличающийся тем, что, где N И
Ь о ) N 6 с целью расширения возможностей способа и класса исследуемых материалов путем определения степени анизотропии теплопроводности ориентированных тонкослойных материалов с одновременным определением среднеобъемной теплопроводности, а также нормальной и тангенциальной ее составляющих, тонкослойный образец, при первом измерении размещают на теплоизолирующую подложку, теплопроводность которой много меньше теплопроводности образца, а при втором измерении — наклеивают с низким термическим сопротивлением контакта на поверхность массивной и изотропной подложки, теплопроводность которой много больше теплопроводности образца, искомые же характеристики находят с помощью системы следующих соотношений:! 644013 Составитель Н.Грищенко Техред д.Олийнык Корректор О.Ципле Редактор Н.Лазаренко ° Ю Заказ 1236 Тираж 395 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101
