Устройство для измерения коэффициента теплопроводности твердых тел

 

(!11731365

Союа Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.10.78 (21) 2710078, 18-25 (51) M. Кч

G 01N 25/18 с присоединением заявки №

Государственный комитет (23) Приоритет по делам наобретений (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень № 16 (53) УДК 536.6 (088.8) и открытий (45) Дата опубликования описания 30.04.80 (72) Авторы изобретения Л. М. Бучнев, А. А. Дмитриев, A. И. Смыслов и И. А. Дмитриев (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЬ1Х ТЕЛ

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения коэффициентов теплопроводности широкого круга материалов во многих отраслях народного хозяйства для контролирования качества материалов и изделий.

Известны устройства для измерения коэффициента теплопроводности, в состав которых входят нагреватели постоянной мощности и датчики температуры (1).

В одной модификации образцы выполнены в виде квадратных плит. Плиты укладываются одна на другую. Между плитами устанавливаются одинаковые по мощности плоские тонкие нагреватели. В плите испытуемого материала и в нагревателях устанавливаются дифференциальные термопары. Для измерений с применением такого устройства требуются образцы строго определенной формы и размера. Недостатком этого устройства является длительность эксперимента.

Ближайшим к изобретению техническим решением является устройство для измерения коэффициента теплопроводности, включающее зонд с нагревателем постоянной мощности. Зонд представляет собой металлическую коробку, заполненную опилками и кусочками меди, с наклеенной на нее электр ообмоткой, служащей одновременно и нагревателем, и термометром сопротивления (2).

Размеры зонда (5Х5Х1 см) таковы, что образец;î,ëæåí быть весьма большим и иметь плоские поверхности. Для измерения коэффицисн-,а теплопроводности с применением этого устройства требуется установка термопары на испытуемом материале, что 0 приводит к доголнитсльным погрешностям и затратам времени.

Целью изобретения является повышение точности и экспрсссности измерений, создание устройства, позволяющего измерять коэфапцпент тсплопроводности материалов непосредственно на пздел1ях или заготовках произвольной формы без нарушения их целостности без установки на II!!x датчиков тем пер атур ы.

Ука"-аппая цель достигается тем, что измерительный зонд выполнен в виде стержня с утолщением на одном конце, служащим в качестве теплоприемника, имеющего

25 постоянное тепловое сопротивление, с утолщсиием и с упруго-эластичным элементом на друго.,, конце, выполненным пз высокотеплопроводного материала, причем нагреватель и датчик температуры размещены на

30 средней части стержня.

73!365

?Типография, пр. Сапунова, 2

Расположение элементов представлено на чертеже.

В средней части зонда 1 расположены нагрсвательнь|й элемент 2, выполненный из материала с минимальным температурным коэффициентом электросопротивления, например, из константана, и датчик (датчнки) температуры 3. Питание нагревателя осуществляется от источника стабилизированного напряжения 4, а измерение температуры — с помощью измерителя температуры 5 потенциометра, измерительного моста.

Нижняя часть зонда 6 представляет собой упругий элемент, который под действием веса массивной верхней части зонда принимает форму поверхности испытуемого материала 7.

Для измерения коэффициента теплопроводности зонд устанавливается на испытуемом образце, измеряется исходная температура, включается питание нагревателя и через заданное время (1 — 2 мин) измеряется новое значение температуры зонда.

Разность измеренных значений температуры характеризует коэффициент теплопроводности испытуемого материала, который определяют по градупровочным характеристикам, полученным в предварительных экспериментах на образцах с известной теплопроводностью, Для уменьшения величины термического сопротивления контакта между зондом и испытуемым материалом и улучшения воспроизводимости получаемых результатов место контакта следует смазывать высокотеплопроводной смазкой. Применялась для этой цели жидкометаллическая смазка пз эвтектики индий-галлий.

Использование устройства для определения коэффициента теплопроводности обесп" чпвает следующие преимущества.

Значительно сокращается время проведения измерения (в 10 — 50 раз), что особенно важно при массовом контроле материалов.

Г1ростота проведения измерений не требует высокой квалификации оператора и уменьшает вероятность промахов.

Установка может быть использована непосредственно на производстве или технологической линии.

Возможность определения коэффициента теплопроводности на изделиях значительно расширяет область применения метода и исключает расходы времени и материалов па изготовление специальных образцов.

Намечено внедрение установки для конт15 роля качества углеродных материалов.

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффициента

20 теплопроводности твердых тел, содержащее измерительный зонд с нагревательным элементом и датчиком температуры, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и экспрессности измерения, а также

25 для измерения коэффициента теплопроводности тел, поверхность которых отличается от плоской, измерительный зонд выполнен в виде стержня с утолщением на одном конце, служащим в качестве теплоприемнн30 ка, имеющего постоянное тепловое сопротивление, с утолщением и с упруго-эластичным элементом на другом конце, выполненным из высокотеплопроводного материала, причем нагреватель и датчик температуры

35 размещены на средней части стержня.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Коротков П. А., Лондон Г. Е. Динамические контактные измерения тепловых веl0 личин. Л., «Машиностроение», 1974, с. 142, 2. Чудновский А. Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов.

М., 1962, с. 224 †2 (прототип).

Составитель В. Гусева

Редактор Н. Коляда Техред А. Камышникова

5 Корректор E. Ласточкина

Заказ 53874 Изд. Ке 270 Тираж 1033 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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