Способ комплексного измерения теплофизических свойств твердых материалов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (?2) Заявлено 110680 (?1) 2936758/18-25

Союз Советских

Социалистических

Республик оо911276

Р,1 К з

С Pl N 25/18 сприсоединеиием заявки Нов

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (?3) Приоритет (И ХДК 536 ° 2 (088.8) Опубликовано 020382. Бюллетень ¹ 9

Дата опубликования описания 07 ° PÇ ° 82 енинградский технологический институт холодиявней— промышленности витель (54) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

СВОИСТВ ТВЕРЦЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к измерениям теплофизических свойств твердых материалов и предназначено для использования в материаловедении при изучении свойств металлов, сплавов, полупроводников, диэлектриков..

Известен способ измерения теплоФизических свойств исследуемых ма-. териаловрсогласно которому подают тепловой импульс на одну сторону образца, изготовленного в виде составной пластины, и измеряют зависимость температуры от времени на его противоположной стороне (1)..

Однако этот способ требует изготовления сложного образца из исследуемого материала и материала с из" вестными теплофизическими свойствами (теплоемкостью...и коэффициентом температуропроводности) и не позволяет определить температуропроводность с погрешностью меньше 10 Ъ.

Наиболее близким к предлагаемому является способ комплексного измерения теплофизических свойств твердых материалов, заключающийся в том, что тепловой импульс, энергия которого известна, подают на одну сторону плоского образца и измеряют изменение температуры во времени противололожной стороны и по полученным . данным определяют коэффициент температуропроводностн.и теплоемкости (2) .

Однако этот способ не позволяет экспрессно воспроизвести результаты измерений, получить температурную зависимость теплофизических свойств исследуемого материала в ходе одного эксперимента и не обладает внутренним контролем, т. е. не позволяет нЕзависимым образом измерить теплоемкость, теплопроводность и коэффициент температуропроводности.

Целью изобретения является сокра» цение времени при определении температурной зависимости теплофизичес- ких свойств, экспрессное воспроизведение результатов и независимое опре" деление теплопроводности, теплоемкости и коэффициента температуропроводности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу комплекс?5 ного измерения теплопроводности, теплоемкости и температуропроводности твердых материалов, эаключаюшемуся в том, что тепловой импульс подают на одну сторону плоского образца и

30 измеряют изменение температуры во

911276 времени противоположной стороны, два противоположных края пластины непрерывно дополнительно разогревают с постоянной скоростью, измеряют измен нения перепада температур между центром образца и его краем, подвергае- 5 мым дополнительному разогреву, и по .полученным данным определяют теплоемкость, теплопроводность и коэффициент температуропроводности.

Иэ анализа аналитического выражения температурного поля пластины, на поверхность которой подают тейловой импульс, а два противоположных края непрерывно разогревают, получим, 15 что если d/M < 1/3, то коэффициент температуропроводности и теплоемкость образца определяются по известным расчетным формулам

1 38.d 20 а — — —, — ) (() с = ) (2)

f &cay. о В где Г1/9. — †вре достижения половины максимального значения функции О =T -(T +Ь®)+АТЬ вточке измерения,,с;

d — толщина образца, м;

Q — - энергия теплового импульса, о поглощенная поверхностью образца, Дж;.

)) - плотность материала образ-ъ ца, кг м

S — площадь поверхности образца, подвергаемой импульс- 35 ному воздействию, м ;

8 „0 - максимальное значение функции в центре образца;

Т вЂ” температура образца s центре, К 40

Т - температура непрерывно о разогреваемых краев образца перед подачей первого теплового импульса, К;

ЬТз - темпеРатУРный пеРепад междУ45 краем образца и его центром перед подачей теплового импульса, К; — время, с;

b — - скорость изменения температуры двух непрерывно раэог50 реваумых краев пластины, К с

Если выполняется неравенство

АИ (3)

) где 4 = 4 беЕ(ТО + bÃ) у

- коэффициент теплопроводности образца, Вт м К

М - длина образца, м; 0

6p - постояннау Стефана-Больцмана, Втм, К 4;

Š— степень .черноты поверхности образца, справедлива следующая расчетная фор- 65 мула для определения теплопроводности

4 QOA

d,Gq 3q (4) (р „Е )с; (5) момент подачи теплового импульса, с; время подачи следующего теплового импульса, с; числовой параметр, который определяют из вырагде жения и+л и а 2. 1

)(= Q (-1) ("— уУ вЂ” — J (6) Время Ср, через которое подается следующий тепловой импульс, опрецеляется неравенством

T>- t (7г — — (,"a/ . (7) 6 47

Из формул (1), (2) и (4). независимым образом определяют в ходе эксперимента коэффициент температурапроводности, теплоемкость и теплопроводность исследуемого материала, а из неравенства (7) находят время, через которое подается следующий тепловой импульс. Изменение температуры двух краев образца во времени позволяет снять температурную зависимоть измеряемых теплофиэических величин в ходе одного эксперимента и тем самым сократить время

,èçìåðåèêé. Если поддерживать темпе.ратуру двух краев образца постоян ной (чему соответствует Ь = 0), то, предлагаемый способ дает возможность экспрессно воспроизвести результаты измерений. При малых значениях скорости разогрева измерения можно производить через достаточно малые интервалы температуры, что важно в области сильной зависимости теплофизических свойств от температуры

Предлагаемый способ может использоваться при изучении свойств диэлектриков, полупроводников, металлов и сплавов, а также при создании промышленных образцов теплофизических приборов.

Формула изобретения

Способ комплексного измерения теплофизических свойств твердых материалов, заключающийся в том, что тепловой импульс подают на одну сторону плоского образца и измеряют изменение температуры во времени противоположной стороны, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью сокращения времени измерения и обеспечения независимости определения теплопроводности, теплоемкости и коэффи911276

Составитель A.Õîðöåâ

Редактор И.Николайчук Техред Т. Маточка Корректор,А.Дзятко

Заказ 1109/28 Тираж 883 Подписное

BHHIhIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 475

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4.циента температуропроводности, два противоположных края пластины непрерывно дэполнительно разогревают с постоянной скоростью, измеряют изме" нение перепада температур между центром образца и его краем, подвергаемым дополнительному разогреву и по полученным данным определяют искомые параметры.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Исследования в области тепловых измерений. Ih., Иэд-во,стандартов, 1971, с. 34-47.

2. Филиппов Л.П. Измерение тепловых свойств твердых и.жидких металлов при высоких температурах, МГУ, 1967, с. 98 (прототип).