Устройство для измерения коэффициента теплопроводности электропроводных материалов

 

Союз Советсиик

Социалистическик

Республик

ОП ИСАНИ Е („,765712

ИЗОБРЕТЕНИЯ

J

< ° .г

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l) Дополнительное к авт. свид-ву (22)за d1«î 15.11.78(2l) 2685466/18-25 (51)M. Кд.

6 01 Й 25/18 с присоединением заявки ле

Гоаударственнмй комитет (23) Приоритет ао делам нэобретеннй н открытий

Опубликовано 23.09.80. Бюллетень РЙ 35

Дата опубликования описания 26;09,80 (53) УДК 536. .2 (088.8) С. E. Буравой, Н. В. Годвинская, Е. С. Платунов и B. Г. Карпов (72) Авторы изобретения «

1э

"« - 1

Ленинградский технологический институт холодильной промышленности (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

Т ЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЭЛ ЕКТРОПРОВОДНЫХ

МАТЕРИА ЛОВ

Изобретение относится к теплофизическому приборостроению и предназнач но преимущественно для использования в материаловедении при изучении свойств электропроводных материалов.

Известны экспериментальные устинов5 ки, предназначенные для измерения коэффициента теплопроводности методом Кольрауша, состоящие из нагревателя с помещенным в него образцом, по которому

О

10 пропускается электрический ток (lj, Известна установка Г. Е. Иванчихина, предназначенная для измерения коэффициента теплопроводности электропроводных материалов 2). Устройство реализует

l5 метод Кольрауша, заключающийся в том, что используемый образец нагревается проходящим через него электрическим током в среде, температура которой задается нагревателем. Температурное поле среды (нагревателя) может быть либо равномерным, либо параболическим, но температура среды и образца не сов падают, и имеющийся боковой теплооб2 мен учитывается в расчетной форме системой поправок Егера и Диссельхорста.

Расчетная формула для коэффициента теплопроводности имеет вид ! л (1)

BSe где А — коэффициент теплопроводности стержня, сила проходящего по стержню тока, 0 — падение напряэкения на рабочем участке стержня между двумя крайними термопарами, — длина рабочего участка стержня, — площадь поперечного сечения стержня, 9 - температурный перепад на .стержне между его средним и крайним сечениями, который мог бы сформироваться в условиях адиабатической изоляции стержня.

765

О=а- ЕS+ — Е + „

Ь

60 (2) температурный перепад на образце между его средним и крайним сечениями в условиях опыта, введенные обозначения комплекгде сов.

15 (3) 2 п = — —; п2= — > 2 с Я tot

8 >> 4г xr з

Температурный перепад на образце, который мог бы сформироваться в условиях адиабатической изоляции, связан с температурным перепадом на образце в условиях опыта следующей зависимостью:

Vо =1(ЬЬ > (5) 712 4 полнительная термопара, причем термопара охранного нагревателя и дополнительная термопара образца включены дифференциально, и введена система автоматического регулирования, которы управляет работой охранного нагревате>.я, поддерживая нулевую разность температур между соответствующими точками охранного нагревателя и стержня.

Поддержание нулевой разности температур между охранным нагревателем и стержнем в сечении, находящемся на расстоянии 1/5 длины его рабочего участка от середины, обеспечивает выполнение условия где Ф где Y+ — температурный перепад между

20 средой и стержнем в его среднем сечении.

При соблюдении условия (5) поправка на боковой теплообмен в первом приближении равна нулю, и расчетная формула для коэффициента теплопроводности имеет вид: (4) с о Ь > где tq — температура окружающей среды (н агр еват еля ), t p — температура стержня в его с реди ем с еч ении.

Величина Е определяется из опыта, что более целесообразно, путем измерения стационарного распределения температур на образце при включенном токе.

Таким образом, расчет поправок требует исследования температурного

35 поля вдоль образца, усложняет процесс измерения и снижает его точность.

11елью изобретения является повышение точности и упрощение процесса измерения коэффициента теплопроводности

40 электропроводных материалов.

Это.достигается тем, что в устройстве для измерения коэффициента тепл проводности электропроводных материа45 лов, имеющем нагреватель с помещенным в него образцом в виде стержня и с тремя термопарами, закрепленными в среднем и крайних сечениях рабочего участка стержня, схему регулирования мощности нагревателя, между стержнем и нагревателем установлен охранный нагреватель с термопарой, закрепленной на его внутренней трубе, выполненной из высокотеплопроводного материала, например меди, а на стержне, в сечении> находящемся на расстоянии 1/5 длины

его рабочего участка от середины.независимо от направления, установлена до1и9

a&ü (6) 30 и

Х = — — > г Вх Ь (7) эффективный коэффициент теплоп еред ачи в з азо ре м ежду стержнем и нагревателем, радиус стержня.

На фиг. 1 показано качественное распределение температур по длине образца (кривая a) и окружающей его среды (кривая б). Выбор сечения Х= Å для закрепления четвертой термопары определяется точкой пересечения кривых а и б, для которой справедливо равенство: где - плотность проходящего по стержню тока, р — удельное сопротивление стержня

Х вЂ” текущая координата, отсчитываемая от среднего сечения стержня.

На фиг. 2 схематически изображено предлагаемое устройство для измерения коэффициента теплопроводности электропроводных материалов.

Оно включает образец 1, выполненный в виде стержня с утолщенными концами

2, помещенный во внутреннюю трубу 3 охранного нагревателя 4, выполненную из высокотеплопроводного материала, например меди, основной нагреватель 5, 7657

5 теплоэа питную оболочку 6, термопары

7 и 8, закрепленные в крайних сечениях рабочего участка стержня, термопару

9, закрепленную в его среднем сечении, сис тему автоматического регулирования

10 и дифферендиально включенные термопары 11 и 12, одна из которых закреплена на внутренней трубе 3 охранного нагревателя 4, а вторая - на стержне, в сечении, находящемся на расстоянии

1/5 длины его рабочего участка от середины.

Температурный уровень опыта задается основным нагревателем 5. центральная зона стержня под дейст» д вием проходящего электрического тока оказывается перегретой относительно коннов 2, играющих роль "холодильников благодаря большому сечению и развитой наружной поверхности. Температурный рр перепад на стержне определяется по показаниям термопар 7-9.

Система автоматического регулирования 10 управляет работой охранного нагревателя 4 и обеспечивает выполнение условия (5), поддерживая нулевую разность температур между внутренней трубой охранного. нагревателя и стержнем в сечении, находящемся на расстоянии 1/5 длины его рабочего участка от gp середины стержня.

Также измеряются падение напряжения на кониах рабочего участка стержня и проходящий через него ток.

Использование новых элементовохранного нагревателя, двух дифференпиально включенных термопар и системы автоматического регулирования - выгодно отличает предлагаемое устройство для измерения коэффипиента теплопроводности электропроводных материалов, так как упрощается пропесс измерения, устраняется необходимость .определения

12 6 величин Е и М, что повышает точность измерения.

Предлагаемое устройство может испольэоватся при изучении влияния химического состава, структуры и режима термообработки на свойства материалов, а также при создании промышленных обраэдов теплофизических приборов.

Формула изобретения

Устройство для измерения коэффипиента теплопроводности электропроводных материалов, содержащее нагреватель с помещенным в него образном в виде стержня и с тремя термопарами, закрепленными в среднем и крайних сечениях рабочего участка стержня, схему регулирования мощности нагревателя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с пелью повышения точности и упрощения пропесса измерения, между стержнем и нагревателем установлен охранный нагреватель с термопарой, закрепленной на его внутренней трубе, выполненной иэ высокотеплопроводного материала, а на стержне, в сечении, находящемся на ресстоянии

1/5 длины его рабочего участка от середины независимо от направления, установлена дополнительная термопара, причем термопара охранного нагревателя и дополнительная термопара включены дифференциально.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Осипова B. А. Экспериментальное исследование процессов теппообмена.

М., Энергия, 1969, с. 195-205.

2. Пелецкий B. Э. и др. Высокотемпературные исследования тепло- и электропроводности твердых тел. — М., Энергия, 1971 с. 66-67.

765712

Фиа1

Редактор Т. Клюкина г

Тираж 1 01 9 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Закаэ 64 96!4 0

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 е

Составитель A. Волков

Техред А. Ач Корректор Г. Решетник