Устройство для измерения теплопроводности" твердых образцов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii) 542945

Сс:оз Советских

Социалистических

Ресдуолик

/ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 10,12.73 (21) 1975303/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.01,77. Бюллетень № 2

Дата опубликования описания 02.02.77 (51) М. Кл.- G OIN 25/18

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 53G.2(088.8) (72) Авторы изобретения

В. С. Заволженский, А. А. Колобов, Г. С. Петров, Д. А. Тайц и А. В. Шекланов

Государственное специальное конструкторское бюро теплофизического приборостроения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ ОБРАЗЦОВ

Изобретение относится к области измерепий теплофизических свойств твердых тел.

Известны установки, в которых для определения величины теплового потока через образец применяется термоэлектрический тепломер, а разность температур на образце находится с помощью термопар (1). Недостатком установок такого рода является необходимость измерения перепадов температур, сложность и трудоемкость заделки термопар.

Известны установки для измерения коэффициента теплопроводности, в частности установки, в которых образец сравнивается с эталоном, содержащие источник тепла в виде контактного джоулева нагревателя и систему термопар, позволяющую измерять перепады температур на образце и эталоне (2). В этих установках эталон служит для определения теплового потока через образец. Ошибки в измерении температуры из-за некачественной заделки термопар или неточно измеренного между ними расстояния резко снижает точность измерений, и, кроме того, на точность измерения влияют контактные тепловые сопротивления, особенно при измерении образцов с высокими коэффициентами теплопроводности.

Для исключения контактных сопротивлений, упрощения и повышения точности процесса измерений, В предлагаемом 1 стройстве ме?1 ду эталоном и образцом установлены тепломеры нулевых сигналов, причем эталон и образец установлены на теплоприемник через тепломеры таким образом, что тепломеры нулевых сигналов подключены к регулятору, управляющему нагревателем образца, а тепломер эталона — к регулятору нагревателя эталона.

Работа устройства основана на следующем свойстве.

Если на концах эталона и образца, имеющих одинаковую высоту, действует одна и та же разность температур, то плотности установившихся тепловых потоков через эталон и образец пропорциональны их коэффициентам теплопроводности.

На чертеже схематично изображено предлагаемое устройство.

Эталон 1 и образец 2 устанавливают на медное основание 3, в которое заложены полупроводниковые тепломеры 4. Между эталоном

1 и образцом 2 (по высоте) установлены два тепломера 5 и 6 нулевых сигналов.

Сверху на эталон 1 и образец 2 устанавливают два маломощных джоулевых нагревателя 7 и 8 соответственно. Эталон 1, образец

2, основание 3 с тепломерамп 4, тепломеры 5 н 6 и нагреватели 7 и 8 накрывают, охранным ко?кухом 9. Основание 3 и охранный кожух 9 регулятором 10 температуры поддерживаются

542945

20

40 при необходимой для измерения коэффициента теплопроводности температуре.

Устройство работает следующим образом.

Регулятор 10 с помощью датчика температуры 11 поддерживает заданную температуру основания 3 и охранного кожуха 9 (поддержание температуры может осуществляться, например, при помощи термоэлектрических батарей 12). Сигнал от тепломера 4, расположенного под эталоном 1, поступает на регулятор 13 теплового потока. Регулятор 13, изменяя напряжение на нагревателе 7, поддерживает величину сигнала на тепломере 4, расположенном под эталоном 1, постоянной.

Сигналы от тепломеров 5 и 6 нулевых сигналов поступают на регулятор теплового потока 14, который воздействует на нагреватель 8 так, чтобы сигнал от тепломеров 5 и

6 были равны нулю.

После этого сигнал от тепломера 4, расположенного под образцом 2, регистрируется прибором 15.

Так как сигналы от тепломеров пропорциональны теплопроводностям эталона 1 и образца 2, то можно записать выражение

1 7 Л э где Ло — коэффициент теплопроводности образца, Вт/м С;

Лэ — коэффициент теплопроводности эталона, Вт/м С;

Уц — сигнал, снимаемый с тепломера, расположенного под образцом, В; U,— сигнал, снимаемый с тепломера, расположенного под эталоном, В.

Таким образом, установив соотношение между о, можно определить Ло образца, э при этом не требуются заделка термопар, градуировка тепломеров, измерение температуры по высоте эталона и образца, учет контактных тепловых сопротивлений на границе образец — нагреватель (эталон — нагреватель) и образец основание (эталон — основание).

При поддержании на тепломере эталона определенного постоянного значения сигнала У, регистрирующий прибор 15 (потенциометр) может быть отградуирован сразу по величине Ло.

Достоинством установки является также и то, что для измерения нет необходимости в точном измерении поперечного сечения образца, так как тепломер измеряет лишь тепло потока, пронизывающего образец.

Устройство позволит определять теплопроводность материалов с Л)10 Вт/м С с высокой точностью и найдет применение в приборах для измерения теплопроводности, преимущественно, металлов.

Формула изобретения

Устройство для измерения теплопроводности твердых образцов, содержащее эталон, нагреватели образца и эталона, теплоприемник и тепломеры, отличающееся тем, что, с целью исключения контактных сопротивлений, упрощения и повышения точности процесса измерений, между эталоном и образцом установлены тепломеры нулевых сигналов, причем эталон и образец установлены на теплоприемник через тепломеры таким образом, что тепломеры нулевых сигналов подключены к регулятору, управляющему нагревателем образца, а тепломер эталона — к регулятору нагревателя эталона.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. О. А. Геращенко «Основы теплометрии», Киев, 1971, стр. 154 — 155.

2. А. Ф. Иоффе «Полупроводниковые термоэлементы», М-Л., 1960 г., стр. 54 — 55, 542945

Составитель В. Гусева

Техред И. Карандашова

Редактор И. Шубина

Корректор Н. Аук

Типография, пр, Сапунова, 2

Заказ 34/19 Изд. № 110 Тираж 1054 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5