Способ контроля термического контактного сопротивления

 

Союз Советских социалистических

Респубиик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИИЛЬСТВУ

< >864082 (61) Дополнительное к ввт. свид-ву(22) Заявлено 207279 (21) 2858896/18-25 (Я)м. кл.з с присоединением заявки ¹â€”

G 01 и 25/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) ПриормтетОпубликовано 15.09.81 Бюллетень N9 34

Дата опубликования описания 150931 (53) УДК 5.36. 6 (088. 8) (72) Авторы

Ю. В. Ворона Ю.М. Рот нер (54 ) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО КОНТАКТ НОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ

Изобретение относится к тепло физике и может быть использовано для контроля термического контактного сопротивления при теплофизических измерениях.

B известных способах исследования теплофизических свойств непосредственный контроль термического контактного сопротивления не производят

Для оценки термического контактного сопротивления в контактных методах исследования теплофиэических свойств используются данные, изнестные иэ литературы f1).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения величины термического сопротивления контакта двух тел, участнукщих н теплообмене, 2Q путем линейной графической экстраполяции распределения температур в каждом из тел и определением величи-. ны скачка температуры в области контакта. Для учета погрешности, свя. 25 занной с усилием прижима датчика температуры к образцу, операцию повторяют при различных усилиях прижима и делают вывод о зависимости величины скачка температуры (термического 30 контактного сопротивления) от давления в области контакта f2 j.

Однако сложность и длительность операции по экстраполяции распределения температур существенно ограни-. чивает возможности применения данного способа, так как при исследовании образцов малых размеров способ неи риемпем.

Цель изобретения — упрощение и снижение длительности измерений за счет непосредственного измерения контактного сопротивления в процессе исследования теплофиэических свойств. указанная цель достигается тем, что согласно способу, заключающемуся в прижиме датчика температуры к одной стороне плоского образца, нагреве противоположной стороны и оценки термического сопротивления по сигналу датчика. нагрев производят импульсами тепловой мощности, причем время распространения тепловой волны в образцах должно более, чем в десять раз превышать длительность импульса, и оценивают величину термического со. противления контакта по изменению температуры во времени.

Кроме того, усилие прижима выбирается таким, чтобы время нарастания

864082 температуры не зависело от величины усилия прижима, а деформации образца и датчика были упругими.

Оснону предлагаемого способа контроля контактного термического сопротивления составляет решение уравнения теплопроводности для неограниченной пластины и определение температуры одной ее стороны, которая нагревает1ся под действием теплового возмущения, вызванного импульсом радиационной энергии, поглощенным противо, положной ее стороной.

Контроль термического контактного сопротивления производят следующим образом. датчик температуры нводят в контакт со стороной образца, противоположной нагренаемой. Начальное усилие прижима датчика к образцу не преныаает 0,1 усилия, соответствующего пределу упругости исследуемо-, го материала.

Подают кратковременный импульс тепла на поверхность образца с помощью излучения (лампа-вспышка), (лазер). Длительность импульса не должна превышать 0,1 времени распространения тепловой волны в образ це. Изменяющийся но.времени сигнал датчика, соответствующий изменению температуры образца на стороне, противоположной нагреваемой, регист. рируют осциллографически.

На чертеже показан характер изменения температуры во времени:(ос» циллограмма1 .

Полученное на оснонании анализа кривой 1 значение коэффициента температуропроводности соответствует эффективной температуропронодности системы образец-область контакта.

После достижения теплового равновесия образца с окружающей средой увеличивают усилие прижима датчика на величину кратную начальному усилию и вновь нагревают образец импульсом тепла. Эффективная температуропроводность, определяемая на основании повторного нагрева (кривая 2), пренышает исходную на величину, соответствующую снижению термического контактного сопротивления за счет увеличения усилия прижима датчика.

Увеличение усилия прижима производят до тех пор, пока наблюдается различие в эффективных температурот., проводностях, полученных с помощью

1-ого и (i 1) нагрева.

Последняя полученная кривая и соОтнетстнует минимально возможному контактному термическому сопротивлению системы датчик — образец.

lI р и м е р. Для определения температуропроводности никеля изготовляют образец ф 8 мм и толщиной =

1 мм. Датчик из монокристалла полупроводникового алмаза в виде куба с размером ребра 200 мкм прижимают к неосвещаемой стороне образца с нарастающим усилием. Регистрацию нарастания сигнала датчика производят с помощью осциллографа С8-13.

При увеличении прижимающего усилия более 3,3 Н изменение нременной характеристики нарастания температуры стает меньше разрешающей способности прибора. Для расчета температуропроводности используют формулу

16 уй а=1 37----Я (°

q(2 где а — температуропроводность, К вЂ” толщина пластины, время, при котором темпера1$ тура достигает величины,равной половине максимальной температуры.

Обработка кривой нарастания температуры для средней температуры образца 20 С дает значение Г„ =8,41 мс. 1 10 1

Отсюда а = 1,37 - ------ -- -=1 65» а.8 41.10-з 10 и ° с- .

Полученный результат хорошо соглаg5 суется со справочными данными. Сни,жение длительности измерений терми ческого контактного сопротивления и получение надежного теплового контакта образца и датчика представляет

ЗО собой сложную технически и методически задачу. Другой сложной задачей является оценка контактного сопротинления в условиях быстропеременного процесса, например при нагреве тепловым импульсом, Решение этой задачи возможно при прижиме датчика к образцу с усилиями, вызывающими деформацию образца и датчика в области

,контакта. Поэтому выбор материала дат чика определяется прочностныья харак40 теристиками.Алмаз является наиболее перспективным материалом для из— готовления датчиков многократного использования с очень малой инерционностью (теплопроводность алмаза превышает теплопроводность хромеля и алюмеля, широко применяемых для измерений более чем в

20 pas) .

Известный способ основан на стационарном тепловом режиме, длительность которого может составлять от нескольких минут до нескольких часон, в зависимости от размеров образца и его теплофизических свойств.

Импульсный же метод (предлагаемый) позволяет проводить измерения эа время, не превышающее 0,5 с.

Формула изобретения

1. Способ контроля термического контактного сопротивления, заключающийся в прижиме датчика температуры к одной стороне плоского образца, 864082

Составитель А.Хорцев

Редактор М.Келемеш Техред Т.Маточка ° КорректОр С.Шекмар

Эакаэ 7770/62 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.Ужгород, ул.Проектная, 4 нагреве противоположной стороны и оценки термического сопротивления по сигналу датчика, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью упрощения и снижения длительности измерений, нагрев производят импульсами тепловой мощности, длительность которых в десять раз меньше времени распространения тепловой волны в образце, и измеряют изменение температуры во времени, по которому, оценивают термическое сопротивление контакта.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что усилие прижима выбирают таким, чтобы время нарастания температуры не зависело от величины усилия прижима, а деформации образца и датчика были упругими.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Qinatzов Ю.Г., Гачин Е.A. Контактный теплообмен, M. — Ë., Госэнергоиэдат, 1963, с.21.

2. Там же,с.?4 (прототип),