Способ градуирования измерителей теплопроводности
Изобретение относится к тепловым методам исследования вещества. С целью повышения точности измерений теплопроводности измерители градуируют с помощью двух эталонов различной теплопроводности , на которых последовательно создают несколько значений теплового потока, и измеряют установившиеся значения термо- ЭДС преобразователей для потока и перепада температур. Преобразуют передаточную функцию каждого преобразователя к линейно-пропорциональному виду и рассчитывают градуировочный коэффициент. 4 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУ6ЛИК (я)5 G 01 N 25/18
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР
{ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
В (21) 4880855/25 (22) 25.09.90 (46) 23.01.93. Бюл. Nã 3 (75} С, M. Сер гуни н (56) Материалы и изделия строительные:
Метод определения теплопроводности.
ГОСТ 7076-87, Авторское свидетельство СССР
М 1057830, кл. 6 01 N 25/18, 1982. (54) СПОСОБ ГРАДУИРОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЕЙ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ (57) Изобретение относится к тепловым методам исследования вещества, С целью поИзобретение относится к тепловым методам исследования вещества, в том числе определения теплопроводности методом стационарного теплового потока.
Известен способ, согласно которому градуирование измерителя производят по одному эталону. Градуирование сводится к нахождению градуировочного коэффициента и позволяет исключить приборные ошибки в окрестности теплопроводности эталона, Недостатком способа является то, что градуирование справедливо в узком диапазоне теплопроводности.
Известен способ, в котором градуирование измерителя производят по нескольким эталонам различной теплопроводности.
При этом для каждого эталона находят соответствующий градуировочный коэффициент. Для промежуточных значений теплопроводности градуировочный коэффициент находят интерполированием. Зтот прием позволяет скомпенсировать ошибку измерений в более широком (по сравнению
Ы2, 1789914 А1 вышения точности измерений теплопроводности измерители градуируют с помощью двух эталонов различной теплопроводности, на которых последовательно создают несколько значений теплового потока, и измеряют установившиеся значения термоЗДС преобразователей для потока и перепада температур. Преобразуют передаточную функцию каждого преобразователя к линейно-пропорциональному виду и рассчитывают градуировочный коэффициент. 4 табл, с предыдущим способом) диапазоне теплопроводности. Недостаток данного способа состоит в том, что такая компенсация не может быть полной. Зто происходит потому, что для определения градуировочного коэффициента, зависящего от теплопроводности, необходимо заранее знать теплопроводность испытываемого материала. Но ОО она неизвестна, ее определение является О целью испытаний. Таким образом, градуи- Q ровочный коэффициент определяется по неизвестной величине теплопроводности ф испытываемого материала, Следовательно, градуировочный коэффициент не может быть определен точно.
Общим недостатком известных спасо° Ъ бов является то, что градуировочный коэффициент зависит от теплопроводности.
Причина этого состоит в следующем, Принцип действия измерителей теплопроводности методом стационарного теплового потока основан на законе Фурье, т, е, на линейно-и роп орционал ьной за висимости
1789914 теплового потока ат градиента температуры при неизменной теплопроводности. В процессе испытаний искомые тепловой поток и перепад температуры (градиент температуры) определяют по величине термаЭДС преобразователей (термапар, тепломеров) этих величин. Значит, чтобы не нарушался закон
Фурье, должФф;:сЪфрэняться пропорциональноо-линейная., зависимость между измеренными значениями термоЭДС преобразователей температуры"и теЪлового потока. Однако в действительносТи этого не происходит по ряду причин, например из-за приборной ошибки измерения термоЭДС, неидеальности граничных условий на поверхности образца и др.
Целью изобретения является повышение точности измерений теплопроводнасти на основе достижения линейно-пропорциональной зависимости междутермаЭДС преобразователей перепада температуры и теплового потока и упрощения измерений.
Поставленная цель достигается тем, что в способе градуирования измерителей теплоправодности, включающем создание постоянното теплового потока через эталонные образцы (эталоны) известной геометрии и теплапроводности, измерение установившихся значений термаЭДС пре. образователей теплового потока и перепада температуры, вычисление градуировачных коэффициентов, согласна изобретению. создают последовательна несколько значений тепловога потока через эталоны известной геометрии и теплоправодности, измеряют установившиеся термаЭДС преобразователей, корректируют передаточную функцию каждого преобразователя для приведения ее к линейно-пропорциональному виду, рассчитывают градуиравочный коэффициент измерителя.
Пример. Для градуирования стационарного измерителя теплапроводности плоских образцов используют два эталона теплопроводностью Л1 = 0,1 Вт/(м К) и
Л2 = 0,2 Вт/(м К) и тОлщинОЙ с31 = 02 = 0,05 м.
В материале теплопроваднастью Л создают последовательно три разных по величине тепловых потока, в результате чего определяют три пары установившихся значений термоЭДС преобразователей перепада температуры Vtt и теплового потока
Uq<, которые записывают в табл. 1, Аналогично испытывают эталон с теплоправаднастью Л2, в результате чего получают три пэры термоЭДС теплового потока
Uq2 и перепада температуры Utp, которые записывают в табл. 2, термоЭДС через Uqo и 0а. Тогда коррекция а передаточных функций датчиков сведется к
30 тому, что вместо Uq в последующих измерения нужно будет использовать величину
Uq — Uq0, а вместо Ut — величину Ut - Ut0, Преобразуют с учетом полученного результата данные табл. 1, 2 и сводят их соответственно в табл. 3, 4.
Согласно изложенному формула расчета теплаправодности будет иметь вид
Л I, d L4U O
Ut — Uto
40 где d — толщина образца, м;
К- градуиравочный коэффициент, определяемый из формулы
٠— Uio1
d(uq — яо)
Подставляют в формулу (2) теплопроводность Л1 толщину dt и пару чисел первого столбца табл, 3:
К- 0" 05-20
0,05 0,5
Убеждаются, что полученное по формуле (2) значение градуировачного коэффициента не зависит нй от теплового потока через образец, для чего следует испольэовать оставшиеся две пары чисел табл. 3, ни от теплопроводности эталонов, для чего нужно вместо ilt u dt подставить соответственна 4 и d2, а также вместо Uql - Uqo u
Ut1 Ut0 подставить Uq2 - Uqo и Оа - UtO из табл. 4. (2) Из табл, 1 видно, что термоЭДС Uqt u
Ut> изменя ются линейно-пропорционально.
При испытании эталона с теплопроводностью,4 условие линейной пропорциональности между Uqz u Utz не выполняется.
Значит, необходимо произвести коррекцию передаточных функций преобразователей.
С этой целью строят декартову систему координат, на оси ординат которой откладыва10 ют шкалу термоЭДС преобразователя теплового потока Uq, а на оси абсцисс— перепада температуры Ut, В построенной системе координат отмечают точки, соответствующие сведенным в табл. 1 трем па-.
"5 рэм термоЭДС (Uq<, Utt), а именно (0,55;
0,55), (1,05; 1,05), (1,55; 1,55). Через точки проводят линию, которая в данном случае является прямой. Аналогичное построение делают по трем точкам (Uq2, Ut2) а именно
20 (0,45; 0,25), (0,85; 0,45), (1,25; о,б5), Вид, -о и в этом случае точки легли на прямую линию.
Построенные прямые пересекаются в точке (0.05; 0,05). Согласно закону Фурье этой точке должны соответствовать нулевые
25 значения теплового патока и градиента температуры в образцах (этэлонах). Обозначают соответствующие этой точке значения
1789914 температур для каждого значения теплового потока, после чего рассчитывают градуировочный коэффициент по формуле
Таблица 1
Таблица 2
Таблица 3
Таблица 4
Составитель С.Сергунин
Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор С.Юско
Редактор Г.Бельская
Заказ 346 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
Формула изобретения
Способ градуирования измерителей теплопроводности, включающий создание постоянного теплового потока через эталонные образцы известной геометрии и 5 теплоп роводности, измерение установившихся значений термоЭДС преобразователей теплового потока и перепада температуры, вычисление градуировочных коэффициентов, отличающийся тем, 10 что, с целью повышения точности и упрощения измерений, создают последовательно несколько значений теплового потока через два эталонных образца и измеряют установившиеся значения термоЭДС преобразо- 15 вателей теплового потока и перепада где i 1,2
k — теплопроводность i-го эталона;
d — толщина эталона i-го;
Up, Uqi — установившееся значение термоЭДС преобразователей перепада температуры и теплового потока соответственно, при испытании i-го эталона
U
