Способ измерения теплопроводности

 

Союз Советских

Социалистическик

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ.Ф

C. (63) Дополнительное к авт. сагид-ву (22) Заявлено 16.1179 (21) 284046 /18-25 (51)м

3 с присоединением заявки Мо (23) Приоритет

G 01 N 25/18

Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 230881, Бюллетень N931

Дата опубликования описания 230881 (53) УДК 53а. бз (088. 8) В.В. Курепин, С.Е.Буравой, В.М.Козин и Г.Н. Кошаровский (72) Авторы изобретения

Ленинградский технологический инст тут И))щр цильной промышл (73) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

Изобретение относится к тепловым испытаниям материалов, а именно к исследованию теплопроводности материалов °

Известен способ измерения теплопроводности, например в стационарном методе пластины, заключающийся в том, что после установления стационарного состояния в калориметре измеряют перепад температуры на образце и мощность электрического нагревателя, а затем по формуле рассчитывают теплопроводность (1).

Недостаток этого способа - наличие случайной погрешности при измерении перепада температуры на образце за счет неидентичности градуировок и паразитных термо-ЭДС термопар.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, заключающийся в том,. что плоский образец монотонно разогревают и в процессе нагрева измеряют перепад температуры на образце.и показания тепломера, находящегося в. контакте с образцом. Поправка определяется из 3-5 градуировочных опытов с медным образцом (2).

Недостатком известного способа является большая длительность опреде.ления поправки на термическое соенности

1 противление контакта поверхностей и заделки термопар. На проведение 3-5 опытов в интервале - 100-400 С трео буется порядка 8-10 ч рабочего времени. Особенно этот недостаток сказывается при промышленном выпуске приборов, сильнб усложняя процесс настройки и периодической проверки приборов. При замене одной из термопар указанную градуировку необходимо проводить заново.

Цель изобретения — упрощение настройки прибора, повышение точности измерения теплопроводности.

15 Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения теплопроводности, заключающемуся в монотонном нагреве плоского образца, измерении перепада температуры иа

20 образце и теплового потока на одной иэ граней с последующим расчетом искомой величины по известной формуле, на образце периодически устанавливают равные, но противоположные по знаку перепады температуры порядка <(i0-20) K. Измерения в очередной точке проводят через время, большее времени регуляризации поля в образце, и по измеренным параметрам определяют

30 искомую теплопроводность.

857825

М (К,(М, +Ъ,,)- Я Я,)

Формула изобретения

Способ измерения теплопроводности, заключающийся в монотонном нагреве плоского o6pa=-öà, измерении пере- пада температуры на образце и теплового потока на одной из граней с последующим расчетом искомой величи ны по известной формуле,о т л и ч а ю шийся тем,что,с целью понышения точности измерений,на образце периодически устанавлинают равные, но прстивоположнье по знаку перепады температуры порядка " (10-20)К, измерения проводят через время, большее времени регуляризации поля в образце, и по измеренным параметрам определяют искомую теплопроводность.

Источники информации, 40 принятые вс внимание при экспертизе

1. Кондратьев Г.N. Тепловые измерения, М.-Л., Иашгиз, 1957, с.121.

2. Авторское свидетельство СССР ,Р 1б8500, кл. С 01 N 25/18, 1964

65 (прототип).

На фиг.1 показан характер измене-, ния температуры на поверхности образца в зависимости от времени) на фиг.2 †. принципиальная схема измерения перепада температуры на образце, поясняющая сущность способа.

Схема содержит образец 1, верхнюю контактную пластину 2, нижнюю контактную платину (тепломер) 3, верхнкпо термспару 4, нижнюю термопару 5, основание б, термостолбик тепломера 7.

Температура нижней поверхности

t„,„ Ю меняется линейно, а температура верхней поверхности t ео„,(0)периодически меняется относительно тем= пературы t „„ (С) . На графике (фиг.1) показан характер изменения перепадон температуры на образце v (ь) и на тепломере у.,(Г). Исменты измерения

Г. выбираются через интервалы, боль1 шие времени регуляриэации поля н образце, рв, .

Способ осуществляется следующим образом.

Образец 1 эажимается между контакт ними пластинками 2 и Э. Пластинки выполнены из меди„ поэтому перепады температуры в них нет. Толщина образца выбирается такой, чтобы тепловое сопротивление образца было значительно больше теплового сопротивления контакта, т.е. Р. <„ оо Р .

Для измерения перепада температуры на образце 1 используют термопары 4 и 5, нмонтиронанные в контактныс пластины 2 и 3. Неидентичность r"радуировки термопар может достигать значительной неличи! ы, Так для хро мельалюмеленой термопары на уровне

1300 С допускаемое отклонение составляет 9 К. В случае, если термопары 4 и 5 сделаны из одной партии термоэлектродов, то разбрс градуировок достигает половины указанной величины, т.е. составляет — 4, К.

При измерении перепадов температуры порядка 10-40 К величина погрешности достигает 5-10%, поэтому приходится путем трудоемкой градуировки исключать эту ошибку. Кроме указанной, имеет место погрешность за счет паразитных термс-ЭДС, возникающая при изгибах (паклепе) термоэлектродов при монтаже их в горячей зоне. Обе погрешности имеют случайный характер для разных термопар, но для каждой.конкретной термопары при жестком монтаже ее погрешности являются систематическими, и поэтому могут быть учтены экспериментальными поправками. Аналогичный характер имеет динамическая погрешность температуры, проявляющаяся при раэностных измерениях за счет разной инерционности термопар.

При постоянной скорости нагрева динамическая погрешность становится. для каждой конкретной термопары систематической и может учитываться градуировкой в совокупности с двумя первьпчи.

Рабочая расчетная формула для теплопроводности имеет вид где — теплопроводность образца;

S h- площадь сечения и толщина

10 образца)

К вЂ” проводимость тепломера, 1 определяемая экспериментально н градуировочном опыте)

v,,ч — сигнал тепломера при потот4 тФ

15 ках в различных направлениях;

v — перепад температур на образце.

В расчетной формуле исключены пог2О решности эа счет неидентичности термопар, параэитных термо-ЗДС и динамическая погрешность. В расчетную

Формулу не входят также теплоемкость образца и пластинки тепломера, что позволяет дополнительно повысить точность измерений и исключить. серию градуировочных опытов по определению теплоемкости пластинки тепломера. В предлагаемом способе исключается также одна из составляющих теплового потока на боковую поверхность образ. ца. Однако, полученные преимущества способа реализуются при хорошей порядка 1% воспроизводимости и скорости нагрева образца на различных участ ках нагрева.

Предлагаемый способ может быть использован для создания промышленных теплофизических приборов, при этом трудоемкость градуировки прибо ра снижается вдвое,аналогичный выиг рыш достигается и при проверке прибора.

Составитель В.Гусева

Редактор О.Малец ТехредА, Бабинец. ° Корректор С.Корниенко

Заказ 7231/71 Тираж 907 Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент . r. ужгород, ул. Проектная, 4