Способ определения теплофизических константматериалов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

235823

Сева Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 02.Х.1967 (№ 1187748/24-7) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 24.1.1969. Б|оллетень № 6

Дата опубликования описания ЗО.VI.1969

К,л. 21с, 2/32

421, 12,102

Комитет по делам иаобретемий и открытий при Совете Мимистрое

СССР,Ч1IK, Н Olb

G 011

4 ДК 621.317.39т 536.2 (088.8) Авторы изобретения

В. А, Маковский, А. Л. Гольдберг, А. Г. Наголова, В. М. Карасев и В. П. Иноземцев

Заяви гель

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ КОНСТАНТ

МАТЕРИАЛОВ

Известен способ определения теплофизических констант материалов, в час "hOcTH электроизоляционных покрытий кабельных изделий, расположенных аксиально симметрично вокруг токопроводящего элемента. Этот способ заключается в измерении сопротивления токопроводящего элемента при пропускании по нему электрического тока. На концах нити и внешней поверхности исследуемого вещества поддерхкиватот постоянную температуру.

Способ основан на подборе тока, при котором увеличение притока тепла, вызванное увеличением сопротивления нагретой проволоки, будет равно потерям тепла с поверхности проводника. Подобрав нужный ток, измеряют сопротивление проволоки, после чего определяют теплопроводность исследуемого вещества.

Основными недостатками этого способа являются: трудность подбора необходимой силы тока и высокая температура проволоки при указанном токе, что не позволяет применять данный способ для исследования материалов, имеющих невысокие температуры фазовых переходов или деструкции (например льда, полимеров и т. д.) ..

Предлагаемый способ отличается от известных тем, что сопротивление токопроводящего элемента, например проволоки, измеряют при различных значениях силы тока и по величине его относительного изменения, отнесенного к квадрату силы тока, определяют теплофизические константы. Поскольку каждое измерение проводят при строго фиксированной силе тока, вместо сопротивления можно измерять падение напряжения.

Это упрощает определение теплофизических констант.

Для определения коэффициента теплопроводности материалов измерение сопротивле10 ния токопроводящего элемента при различных значениях силы тока производят при поддержании постоянной температуры на внешней поверхности образца.

Для определения степени черноты поверх15 ности материала измерение сопротивления токопроводящего элемента при различных значениях силы тока производят, помещая образец в вакуумную камеру, температуру внутренних стенок которой поддерживают посто20 янной

При использовании предлагаемого способа отпадает необходимость в тепловых и температурных измерениях, а измерения сопротивления (падения напряжения) можно прово25 дить при минимальных токах (при которых становится заметным изменение измеряемых величин).

Авторами изобретения была установлена зависимость между скоростью увеличения со30 противления проволоки при возрастании про235823

2-,. К

aj I - а -=, 2-ОК!

6, К, и— а1

20 () К7. 111 zzl

1 .:: — To(j+7J V)

Г, 7

П О С К О Л Ь К 77 а =H — аК; К=

2 22К

< th а! а!

II — a2 т(-.) =

30 (z!!2 V — — а V= — К а1и а =P H, выбирая l ! а а! ((1, можно

zzl (2) При т= 0; столь большим, чтобы где

2 2JI 11Р а .оК! пол чить

-.=о II ""-ol(z

" "ОК1 и при определении Н для х = 0

b, o jln а1

Г

2-..А где

R = <(! + 7Vldx, О

Ка (th а (а )- (а — К!2

3 а = — (а )-2<0

R — Ro

1!1 =

Ro а = О (3) а2) О тскающего тока и потерями тепла с ес поверхности. Это легло в основу предлагаемого способа.

1хак известно, распределение температуры вдоль тонкой проволоки, нагреваемой постоянным током I, в стационарном режиме определяется уравнением:

К, d 2 I- (/ ! 7

С! .1 1!х2, С1,2 !7 С! 27 - oo, + =-О, С1, 1 "Go где Г(х) — температура проволоки в точке х; 1(!C,о! коэффициент теплопроводности, тсплосмкость и плотность материала, из котого изготовлена проволока; р — периметр сечения проволоки;

Предполагается, что удельное сопротивление проволоки изменяется от температуры по закои7у:

1 где у! — — — удельное сопротивление при нулевой температуре.

Иначе уравнение (1) записывается в виде

lip!I граничных условиях V = 0 х =2!.

Сопротивление проволоки может быть найдено как: где а — температурный коэффициент изменсиия электрического сопротивления; V — pv шение уравнения (1).

В конечном счете были получены выражения для относительного изменения сопротивления:

Если проволока окружена полым цилиндром, выполненным из материала, теплопроводиость которого К, а на внешней поверхности этого цилиндра поддерживается нулевая температура, то плотность потерь тепла проволокой в точке х выражается в виде г;1(, b, In а! где а!и 6! — внутренний и наружный радиусы цилиндра соответственно.

В этом случае распределение температуры вдоль проволоки определяется тем же уравнением (2), ио

Введем следующие обозначения:

2-,. 1(2

12. Н

b, К, 1п а1

Согласно выражению (3) для малых токов

А= (5)

Если мы хоп!м измерить степень черноты поверхности изолирующего материала, то следует учесть, что плотность потерь тепла проволокой в точке х выражается:

1-+- zb, tn — а1 где 6 — тсплоотдача излучением с поверхно55 сти тела, деленная на коэффициент теилопроводности.

Мощность теплового потока ое(Т1 — T«), где T — абсолютная температура излучающего тела; Т, — абсолютная температура окру60 жающего пространства; о — постоянная Стефана-Больцмана; в — относительная нзлучательная способность поверхности или степень черноты.

В том случае, когда разность температур

65 Т вЂ” To невелика, мощность теплового потока

235823 (6) где f(U) = U.- (1 — U), (9) с достаточной точностью выражается в виде

4овТ Р(Т вЂ” 1p), так что коэффициент теплоотдачи h можно принять р-вным 4оеТ,: .

В результате

2-, И, К ь, к, и

Поскольку теперь нельзя считать al столь большим, чтобы можно было пренебречь члеth al ном пооядка, в рассматриваемом слуnl чае

А dm j P (1

d-. —.=a "-к,н k /й ) поэтому, вводя новые обозначения:

Я =А " К1 1;.01

yH получаем, что, находя графически нли численно U из уравнения

А = f(U), (8) мы находим величину Н из определения Н

Н К, 3

8-- -..То

Основными стадиями процесса измерения теплофнзическнх констант, таким образом, явля ются следующие.

Одновременное измерение сопротивления отрезка провода, аксиально симметрично покрытого испытуемым материалом, и силы тока, протекающего по проводу н нагревающего его.

Расчет изменения относительного сопротивления проводника по отношению к относительному сопротивлению его прн нулевой температуре.

Определение скорости изменения относительного сопротивления проводника по отношению к квадрату силы тока.

Определение коэффициента теплопроводности испытуемого материала по формулам (4). (5), а степени черноты по формулам (6) — (9).

Предлагаемый способ осуществляется с помощью установки, принципиальная схема ксторой изображена на чертеже.

Она имеет трубу, в которую помещают испытываемый образец провода. ь1ерез трубу пропускают поток хладагента, например масла, что обеспечивает постоянство температуры

55 на поверхности провода и концах проводника.

3,ля определения коэффициента теплопроводности изоляции проводов и кабелей берут провода 1 дсишой 2 л и закреп IIIIQT в трубе 2.

Образец через выводы 8 присоединяют к зажимам 4 моста б для измерения сопротивления.

Затем в трубу подают хладагент, включают генератор б постоянного тока и в результате регулирования тока обмотки 7 возбуждения устанавливается м|шимальной ток Ip, проходящий через образец. Величину тока 1, выбирают такой, чтобы было заметно отклонение нуль-индикатора. При этом токе измеряют сопротивлен:е R, образцов провода, После этого измеряют сопротивление R образцов провода при токах I. Максимальную величину тока 1 определяют условием сохранения пропорциональности величин Лт и Лт.

Затем вычисляют коэффициент теплопроводности покрытий.

Трубу 2 при определении степени черноты заключают в рубашку, по которой пропускают хладагент, причем поток его омывает контакты в местах закрепления образца. При этом в трубе 2 создается вакуум.

Предмет изобретения

1. Способ определения теплофизическнх констант материалов, в частности электроизоляционных покрытий кабельных изделий, расположенных аксиально симметрично вокруг токопроводящего элемента, заключающийся в измерении сопротивления токопроводящего элемента при пропускании по нему электрического тока и поддержании постоянной температуры на его концах, от.шчающийся тем, что, с целью упрощения определения теплофизических констант, сопротивление измеряют при различных значениях силы тока и по величине его относительного изменения, отнесенного к квадрату силы тока, определяют теплофизические константы.

2. Способ по Il. 1, отличающиися тем, что для определения коэффициента теплопроводности материалов измерение сопротивления токопроводящего элемента при различны.; значениях силы тока производят ири поддержании постоянной температуры на внешней поверхности образца.

3. Способ по п. 1, отяи IïþùIII1ñÿ тем, что для определения степени черноты поверхности материала измерение сопротивления токопроводящего элемента при различных значениях силы тока производят, помещая образец в ваку мную камеру, температуру внутренних стенок которой поддерживают постоянной.

235823

8oda

I

Г 5

Составитель Ю. Цибульиикова

Редактор Э. Рубан

Корректор С. М. Сигал

Тскрсд Т. П. Курилко

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 805, 5 Тираж 480 Подписное

LII1И11ПИ Когинтстя Ilo делам изобретений и открытий прп -OIIc!c Министров С(ХР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4