Способ измерения теплопроводности твердых материалов
(72) Авторы изобретения
О. A. Сергеев и А. С. Уманский (71 1 Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ
ТВЕРДЯХ МАТЕРИАЛОВ
Изобретение относится к исследованию теплофизических характеристик, а именно к методам измерения теплопроводности твердых, в том числе частично прозрачных материалов.
Известен способ измерения теппонроводности с помощью размещаемого в рабочей ячейке плоского образца, изготовленного нэ исследуемого материала. На исследуемом образце с помощью нагревателя, ймеющегося в рабочей ячейке, сое дают перепад температур и тепловой поток, по измеряемой величине которых вычисляют теплопроводность материала по известному соотношению. Перепад темпе13 ратур иэмерпот термопарами, размещенными в образце на заданном расстоянии друг от друга 11.
Недостатком способа является несои падение температуры королька термопары с температурой прилегающего к корольку слоя частично прозрачного материала иэза падающего на королек излучения, ввиду чего измеряемый перепад температур не совпадает с истинным перепадом температур в образце, что приводит к сушественной погрешности получаемого значения теплопроводности.
Наиболее близким к предлагаемому явпяетса способ, в котором термоцары монтируют вне образца в металлических пластинах рабочей ячейки, контактирующих с поверхностью образца 52)
Недостатком такого способа является наличие контактного термического сопротивления между поверхностями образца и рабочей ячейки, вследствие чего измеряемый перепад темнератур отличаетса от истинного перепада температур в образце.
Контактное термическое сопротивление значительно увеличивается вследствие прогиба пластины, что приводит к дополнительной погрешности. Пластина прогибаетса под действием термических напряжений, возникакнцих иэ-за перепада температур. Прогиб пластины приводит к появлению газового зазора между поверхноотями образца и контактирующими с ними
668510 4 (2) Тираж 910 Подписное
Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 поверхностями рабочей ячейки,что приводит к дополнительной погрешности, обусловленной термическим сопротивлением газового слоя. о
11ель изобретения — повыш ение точности измерения теплопроводности эа счет снижения контактного сопротивления.
Указанная пель достигается тем, что в способе измерения теплопроводности создают тепловой поток через плоский образец, размещая его между "горячей" и
"холодной пластинами и измеряя на нем перепад температур, причем образцу придают выпукло-вогнутую форму и создают на нем такой перепад температур, отношение которого к стреле прогиба образца равно заданной величине.
Межд металлическими пластинами рабочей ячейки, снабженными термопреоб- . разователями для измерения температур, помещают образец исследуемого материала. Между контактирующими поверхностями при отсутствии перепада температур имеется зазор за счет того, что образец предварительно шлифуют и полируют, вследствие чего он становится выпукло-вогнутым, при этом вогнутая сторона контактирует с "горячей пластиной, а выпуклая — с "холодной" ° Включают нагреватель рабочей ячейки и на образце создают и поддерживают перепад температур, при котором образец распрямляется и плотно беэ зазора прилегает к пластинам.
Стрела прогиба линейно связана с перепадом температур а<
see (1) где дt — перепад температур между поверхностями образца;
* - температурный коэффициент линейного расширения материала; h — стрела прогиба; д — диаметр образца;
Н вЂ” толшин а образца.
Формулу (1) можно переписать в виде а1 д 8Н откуда видно, что отношение стрелы про .гиба к перепаду температур является постоянным, не зависящим от величины д, и определяется только размерами образца и коэффициентом линейного расширения д. материала образца, что позволяет заранее рассчитывать величину 9/М. Затем измеряют температуру и тепловой поток.ТеплопроВНИИПИ Заказ 8310/59 водность образца рассчитывается при этом по формуле (1 ), но перепад температур на нем определен при этом более точно, чем a известных способах, причем по5 грешность определения перепада температур может быть уменьшена в 5-8 раэ.
Способ осуществляют следующим образом.
Рассчитывают величину )Д и выбирают перепад температур 6t который поддерживают во время опыта. По выбранному перепаду температур определяют стрелу прогиба И и образец шлифуют и полируют так, что поверхности его стано15 вятся сферическими со стрелой прогиба> . равной И . Например, у стекол d. =10 0.
Для образца диаметром 5 и толщиной 5 мм имеем h/nt =10 50 -А
so выбранного перепада температур, например 10, образец изготавливается со стрелой прогиба 0,01 мм. При последующем размещении образца в рабочую ячейку ,регулируют нагреватель, например, с по( мощью изменения величины электрического
25 тока, проходящего через него, так, что на образце создается перепад температур д1, при этом образец распрямляется и плотно прилегает к поверхности ячейки, контактное термическое сопротивление
30 снижается до минимума и точность результатов измерения теплопроводности повышается.
Предлагаемый способ позволяет получить более точные данные и повысить надежность и качество рабочих средств измерения, Ф о р м у л а и з о б р е т е н.и я
Способ измерения теплопроводности твердых материалов, в котором создают
40 тепловой поток через плоский образец, размещая его между "горячей и "холодной пластинами и измеряя на нем перепад температур, о т л и ч а ю ш и и с я ,тем, что, с целью повышения точности
45 измерения, образцу придают выпукло-вогнутую форму и создают на нем такой перепад температур, отношение которого к стреле прогиба образца равно заданной величине.
Источники информации принятые во внимание при экспертизе
1. Сергеев О, А. и Мень А. A. Теплофизические характеристики полупрозрачных материалов, М„Иэд-ао стандартов, 1977, с. 182.
55 2. Там же, с. 185 (прототип).
