Способ измерения теплофизических характеристик материалов
Назначение: изобретение относится к теплофизическому приборостроению и предназначено для исследования теплофи.- зических характеристик материалов. Сущность изобретения заключается в том, что образец и эталон помещают в одинаковые условия теплообмена с окружающей средой , одновременно нагревают одинаковыми тепловыми импульсами их передние поверхности и измеряют температурное приращение задних поверхностей. Теплофизические характеристики образца рассчитывают учитывая тепловые потери с образца и эталона, которые определяют при идентичных условиях теплообмена на образце и эталоне.
союз советских
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК Ц 175680у А1.
ГОСУДДРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (54) СПОСОБ. ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧ ЕСКИХ ХАРАКТЕРИ СТИ К МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к теплофиэиче- времени t=0, когда тепловые потери также скому приборостроению и предназначено равны нулю. для исследования теплофиэических харак- Недостатком данного способа является теристик(ТФХ) материалов.,низкая точность измерения температуроп- О Известен способ измерения ТФХ, за- роводности, особенно в случае длительно- QQ ключающийся в анализе изменения темпе- сти теплового импульса r>, соизмеримого с (3 ратуры задней поверхности образца, временем прохожденйя тепловой волны чевызванного распространением в нем двух- . рез образец, когда мерного теплового потока от воздействия . t>/z<=100 t» (2). мгновенного теплового импульса на его rie- Наиболее близким к предлагаемому реднююповерхностьсучетом неограничей-" способу является способ, согласно котороных по величине тепловых потерь. Аиалйз му определяют теплоемкость исследуемого заключается в определении совокупности образца путем подачи короткого теплового температуропроводностей а для ряда тем- импульса как на исследуемый образец, так ператур этого изменения вблизи его начала. и на эталон и измеряют повышения их темаппроксимацией ихметодом наименьших квад- . ператур. ратов лногочленомвторогопорядкавида Исследуемый образец и эталон берут a(t)-а +агт (1), малых размеров одинаковой простой фори экстраполяцией его к началу тепловогр мы,например, полудиски,толщйной1-2 мм распространения в образце, т.е. к моменту -и диаметром двух полудисков 10 мм. Для (21) 4734846/25 (22) 17.07.89 (46) 23.08.92. Бюл. М 31 (71) Институт сверхтвердых материалов АН УССР (12) Л.К.Шведов и А,В.Золотухин (56) 8alageas ОЛ. Flashthermal diffusivity measurements with à novel temperature time hlstory analysls, Proc. 8 Symp., 1981, ч.2, New York, 1982. р. 87-93. Авторское свидетельство СССР М 451004, кл. G 01 N 25/20, 1972. (57) Назначение: изобретение относится к теплофизическому приборостроению и предназначено для исследования теплофцзических характеристйк материалов. Сущность изобретения заключается в том, что образец и эталон помещают в одинаковые условия теплообмена с окружающей средой, одновременно нагревают одинаковыми тепловыми импульсами их передние поверхности и измеряют температурное приращение задних поверхностей. Теплофиэические характеристики образца рассчитывают учитывая тепловые потери с образца и эталона, которые определяют при идентичных условиях теплообмена на образце и эталоне. 1756809 Если а Фаэ, изменяют, например, методом половинного деления полученную из расчетов с погрешностью 15 -ную величину максимального приращения температуры задней поверхности эталона — Tmz, если бы тепловые потери с его поверхности отсутствовали и рассчитывают àz до тех пор, пока а не будет равна аэ с пренебрежимо малой погрешностью. Тогда, относительная погрешность определенйя полученного значения Tmz, которое обозначают как Tm, определяется выражением ATms/Т, = -М а /а. 55 равенства поглощаемой тепловой энергии, т.е, стабилизации коэффициента поглощения, на их поверхности наносится тонкое зачерняющее покрытие, например платиновая чернь, со стабильными оптическими ха- 5 рактеристиками в измеряемом диапазоне температур, Расчетные формулы получены без учета теплообмена исследуемого образца и эталона с окружающей средой. Недостатком данного способа является 10 низкая точность измерения особенно при наличии тепловых потерь с поверхности образца. Например, при высокотемпературном измерении теплоемкости полимерно-ком- 15 позиционных материалов рабочий обьем измерительной ячейки необходимо продувать слабым потоком инертного газа для удаления продуктов деструкции, что вызывает большие конвективные потери с повер- 20 хности образца. Поэтому при применении рассматриваемого способа измерение теплоемкости можно проводить для высоких температур только в вакууме с ограничением верхнего предела температуры, когда 25 критерий Био В!« 1 и теплообмен образца с окружающей средой можно не учитывать в расчетах. Целью изобретения является повышение точности особенно при наличии тепло- 30 вых потерь с поверхностей образца и эталона. Поставленная цель достигается тем, что образец и эталон помещают в одинаковые условия теплообмегга с окружающей сре- 35 дой. одновременно нагревают одинаковыми тепловыми импульсами их передние поверхности и измеряют температурное приращение задних поверхностей. В случае мгновенного теплового им- 40 пульса, когда не выполняется для образца и эталона неравенство (2) рассчитывают температуроп роводность эталона (аг) согласно известной методике и сравнива1от с его паспортным значением (аз). 45 Считая, ITa изменение величины Т 2 по отношению к Tm> в реальном случае вызвано исключительно тепловыми потерями с поверхности эталона, а их величина одинакова для образца и эталона, так как создают для них идентичные условия теплообмена с окружающей средой и изменяют значение Tmi, полученное для образца, на ту же вели-. чину, на которую отличается Тп2 и Т э. Новое значение Tm1, обозначенное как Tmo,. является величиной максимального приращения температуры задней поверхности образца, если бы тепловые потери с его поверхности отсутствовали. Погрешность определения ТП1р при равенстве тепловых потерь образца и эталона и инструментальных погрешностей измерения их температур равна погрешности определения" Tms Используя полученное таким образоьгзначение Тпо, рассчитываем согласно известных выражений температуропроводность образца ао. Кроме того, если принять, что энергии тепловых импульсов, поглощенные переднимй поверхностями образца и эталона одинаковы, то можно определить величину этой энергии Q, а, зная Q и Tmo, рассчитать теплоемкость и теплопроводность образца. Если же длительность теплового импульсаТ соизмерима с временем прохождения тепловой волны через образец и выполняется неравенство (2) для образца и эталона, то температуропроводность, рассчитанная согласно приведенной методике, имеет дополнительную погрешность, вызванную конечной длительностью ти. Исключение этой погрешности, достигающей 20 /, необходимо проводить всякий раз, когда рассчитывается температуропроводность обоазца и эталона согласно выражению: а=0,7а t<*n*/tc, где t*1/2- время достижения температурного приращения образца половины своего максимального значения для адиабатиче ского случая без учета длительности теплового импульса, с > ао, ао* — температуропроводйость образца с учетом и без учета длительности теплового импульса, м"/с; tc — характеристическое время, определяемое выражением т2= z/(z а) jc), где l — толщина образца. Формула изобретения Способ измерения теплофизических характеристик материалов, заключающийся в одновременном импульсном нагреве передних поверхностей образца и эталона, из1756809 Яо=ао Срэ фЪ(э/ о)(Твэ/Тво) Составитель Л. Шведов Техред М.Моргентал Корректор И. Муска Редактор Н. Рагулич Заказ 3085 Тираж .; . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета. по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва; Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул.Гагарина, 101 мерении температурного приращения их задних поверхностей и измерении его максимального значения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, особенно при наличии тепловых потерь с поверхностей образца и эталона, на образце и эталоне обеспечивают одинаковые усло-. вия теплообменв с окружающей средой, причем максимум Т®э температурного приращения эталона определяют путем подбора, начиная с его измеренного значения Тп эгдо значения Твэ, когда обеспечивается совпадение паспортной и расчетной величин температуропроводности эталона, затем определяют уточненное значение максимума Тп10 температурного приращения образца введением поправки, учитывающей одинаковый теплообмен эталона и образца, равной разности между расчетной и измеренной величинами максимума температурного приращения эталона I Tmi-Т®э11, а затем, йспольэуя уточненные зчачения максимумов Т» и Т „, определяют температуропроводность halo известным выражениям, а удельную теплоем кость и теплопроводность рассчитывают по форму5 лам С,.=С,.(р,/pp)(ls/tp)Pms/Tmo): 10 где а<>, Срр, ро, 4 температуропроводность, удельная теплоемкость, плотность и толщина образца соответственно м /с, Дж/кг-К, кг/мз, м; Срэ. р, 4 — удельная теплоемкость, плот-, 15 ность и толщина эталона соответственно Дж/кг К, кг/м, м; Тво. Тмэ — максимумы температурных приращений образца и эталона с учетом тепловых йотерь, К. 
