Способ измерения коэффициента теплопроводности

 

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<>748208 (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 300378 {2f) 2597339/18-25 с присоединением заявки Но (23) Рриоритет

Опубликовано 150780. Бюллетень М 26 (51)М. Кл.

С 01 М 25/18

3 осударственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 536. 2 (088.8) Дата опубликования описания 150780 (72) Авторы изобретения

Л.М.Бучнев, А.A.Äìèòðèåâ, A.È.Cìûñëoâ и И.A ° ÄìèòpèåB (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

Изобретение относится к области теплофизического эксперимента и может быть использовано для определения коэффициентов теплопроводности 5 широкого круга материалов и для контролирования качества заготовок и изделий °

Создание новых конструкционных материалов, вопросы контроля качества иэделий из них ставят задачу разработки метода измерения коэффициента теплопроводности, позволяющего достаточно быстро, точно и просто измерять теплопроводность как на специально изготовленных образцах, так и непосредственно на изделиях.

Существующие способы измерения коэффициентов теплопроводности можно 0 разделить на две группы †стационарные и нестационарные способы.

Стационарные способы основаны на наблюдении за температурным полем и тепловым потоком в образце в условияхз5 когда темературное распределение в нем остается неизменным. Эти способы характеризуются простыми и надежными расчетными уравнениями, но связаны со значительными затратами времени, требуют сложных схем электрического контроля и регулировки установок.

Образцы должны иметь определенную геометрическую Форму и определенные для каждой установки размеры t1).

Нестационарные способы основаны на экспериментальном нахождении температурного поля в теле заданной формы, когда температурное распределение в нем меняется. Эти способы позволяют избежать необходимость измерения тепловых потоков, но требуют значительного времени на предварительную выдержку образцов нри определенной температуре. Обработка результатов в этих способах весьма сложна, в ряде случаев необходимо иметь данные о плотности и теплоемкости материала образца, точность этих способов невелика (2).

Известен способ измерения коэффициентов теплопроводности твердых тел при помощи плоского зонда постоянной мощности.

Зонд предствляет собой металлическую коробку, заполненнуто опилками и кусочками меди, с наклеенной на нее электрообмоткой, служащей одновре748208 õ=Ó(аЦ о) (-о) d

Формула изобретения менно и нагревателем и термометром сопротивления.

3 онд приводится в соприкосновение с образцом, имеющим форму плиты.

3 онду сообщается мгновенный импульс тепла и на некотором расстоянии от него фиксируется время наступления максимума температуры Ф„ . Затем образец переворачивается, снова приводится в соприкосновение с зондом, которому сообщается мощность, поддерживаемая определенное время постоянной. Снимается зависимость р =С("), где — время экспериментами 1 — температура зонда. Тангенс угла наклона этой зависимости представляет собой коэффициент теплоусвояемости — Ь.

Коэффициент Л„теплопроводности материала образца определяется из соотношения (3) х = Ьх(2 м)

Этот способ по технической сущности и достигаемому эффекту наиболее близок к предлагаемому.

Однако этот способ требует длительного времени и многократных измерений, что приводит к значительным погрешностям определения Л . Размеры зонда, приводимые автором, (5к5 1 см). таковы, что образец должен быть весьма большим. Необходима установка датчика температуры на образце.

Целью изобретения является повышение точности измерения и создание возможности измерения коэффициента теплопронодности непосредственно на иэделиях или заготовках любой формы без нарушения их целостности и установки на них датчика температуры.

Цель достигается тем, что измеряют начальную температуру и температуру, установичшуюся через заданное время, блока нагрева и по разности тещператур определяют искомый коэффициент.

Если на блоке нагрева имеется нагреватель постоянной мощности и датчик температуры, то уравнение теплового баланса для такого блока нагрева запишется в виде

Решение этого уравнения имеет вид

1= - (g- 8 ) где

6 „.и„R

Измеряя At=t-t на эталонных образцах с различной теплопроводностью строят градуировочную кривую

В отличие от прототипа определение коэффициента теплопроводности сводится к замеру двух показаний прибора, регистрирующего температуру блока

15 нагрева, и определению искомого значения по градуировочной криной.

Способ прост, не требует сложного приборного оборудования и высокой

20 квалификации оператора. Время эксперимента составляет 3-5 мин, что важно при массовом контрбле образцов, изделий или заготовок.

Возможность изготовления блока нагрева необходимых размерон и кривизны контактной поверхности позволяет исследовать объекты практически любой формы, при этом градуировку блока надо производить на эталонных образцах той же формы.

Использование предлагаемого сгособа определения коэффициента теплопроводности обеспечивает по сравнению с прототипом следующие преимущества: значительное сокращение времени проведения эксперимента (н 5-10 раз), что особенно важно при массовом контроле образцов; простота проведения эксперимента не требует высо40 кой квалификации оператора и уменьшает вероятность ошибки; способ не требует сложного приборного оборудования и может быть осуществлен непосредственно на производстне или

45 технологической линии р возможность определейия коэффициента теплопроводности на иэделиях значительно расширяет область его применения и исключает расход времени и средств на изготовления специальных образцов. где Q — мощность нагревателя, — начальная температура блока нагрева и массива, R< — термическое сойротивлеййе массива тепловому потоку от блока нагрева;

R< — термическое сопротивление контакта;

R — термическое сопротивление окружающей среды тепловому потоку от блока нагрева, Ср вЂ,теплоемкость блока нагрева.

Способ измерения коэффициента теплопроводности, по которому пропускают тепловой поток постоянной,мощности от блока нагрева к исследуемому объекту с последующей регистрацией температуры, отличающийся

60 тем, что, с темью повышения точности, измеряют начальную температуру и температуру, установившуюся через заданное время, блока нагрева и по разности температур определяют

65 коэффициент теплопроводности.

748208

Составитель В.Гусева

Техред M.Ïåòêî Корректор E.Ïàïï

Редактор М.Батанова

Эаказ 4224/29 . Тираж 1019 . Подписное .

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.. Ужгброд, ул. Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Петухов Б.С. Опытное изучение процессов теплоотдачи. M., 1972, с. 12.

2. Осинова В.A. Экспериментальное исследование процессов теплообмена.

М., Энергия, 1964.

3. Чудновский A.Ô. Теплофиэические характеристики дисперсных материалов.

5 М., ГФМЛ,1962,с.224-225 (прототип),