Способ измерения теплофизических характеристик и устройство для его осуществления
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскнк
Социалнстнч скнк
Ресн
fSt jM Кд 3 с присоединением заявим №
G 01 N 25/18
Государственный комитет
СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет
fS3) УДК 536.6 (088.8) Опубликовано 070882 Бюллетень ¹29
Дата опубликования описания 07 08 82 (72) Авторы изобретения
В.В.Курепин, С.E.Áóðàâoé, В.A.Håðåãîâ и В.Г.Карпов
Рй, „ -, 7
Ленинградский технологический институт холоймлйКЩ :. промышленности (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ XAPAKTEPHCTHK
И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение относится к теплофизическому приборостроению и предназначено для исследования теплофизических характеристик твердых тел.
Известен способ определения теплофизических характеристик в режиме монотонного разогрева образца, включающий использование двух образцов сравнения с известными теплофизическими свойствами, прижатых .снаружи к поверхностям исследуемого образца 1) .
Недостатком способа является необходимость симметрирования нагрева и ограничение точности вследствие
15 погрешности значения теплофизических свойств образцов сравнения.
Устройство для осуществления укаэанного способа включает в себя обойму для пакета образцов, блок нагрева, термопары и систему регистрации температурных изменений.
Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ измерения теплофизических характеристик образца, монотонно разогреваемого через одну из изотермических поверхностей при периодическом изменении теплового потока на другой по- . верхности с периодом, большим време- З0 ни регуляризации температурного поля образца, включающий измерение теплового потока, температур в характерных сечениях образца, скорости измерения температуры и расчет характеристик по известным формулам (2) .
Недостатком известного способа является ограниченная точность вследствие того, что условия эксперимента на двух стадиях испытания отличаются от оптимальных.
При реализации известного способа ближайшим техническим решением является устройство для измерения теплофизических характеристик, состоящее из разъемной теплозащитной оболочки, металлического ядра, включающего нагревательный блок, контактирующий с основанием, на котором установлен тепломер, образец и пластинка, окруженные адиабатической оболочкой, две термопары в пластине и термопару в тепломере.
Цель изобретения — повышение точности.
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения теплофизических характеристик образца, монотонно раэогреваемого через одну из изотермических поверхностей при
949447 периодическом изменении теплового потока на другой поверхности с периодом, большим времени регуляризации температурного поля образца, включающем измерение теплового потока, температур в характерных сечениях образ- 5 ца, скорости изменения температуры и расчет характеристик по известным формулам, одновременно с монотонным нагревом перепад температур на образце последовательно устанавливают l0 равным нулю и 5-50 К, а тепловой поток измеряют на иэотврмической поверхности, подвергаемой монотонному нагреву.
Для реализации предлагаемого способа устройство для измерения теплоI физических характеристик, состоящее из разъемной теплоэащитной оболочки, металлического ядра, включающего нагревательный блок. KDHTGNTHp a 20 с основанием, на котором установлен тепломер, образец и пластинка, окруженные адиабатической оболочкой, две термопары в пластине и термопару в тепломере, в котором дополнительно установлен регулятор, а в пластине установлен нагреватель, термопары пластины и тепломера включены дифференциально и последовательно с задатчиком перепада температуры и регулятором, соединенным с нагревателем пластины.
Кроме того, диаметр пластины равен внутреннему диаметру адиабатической оболочки.
Н а фи г . 1 а приведен характер изменения температур на гранях образца
,(Г ) и 1 () и в его центральном сечении С (6 ), а также тепловых воздействий на одной из граней. Тепловая схема предлагаемого способа иэмв. рений показана на фиг, 1ñÓ, 4, где
q (Г ) и с1 (.г ) — тепловые потоки на гранях образца при нулевом перепаде температур между ними, q„"(t ) 45 и q(< ) — тепловые потоки прй перейаде 5-50 К на образце, 1 - образец.
2 и 3 †.контактирующие с образцом опорные поверхности измерительного устройства. После регуляризации тем- 50 пвратурного поля образца при нулевом перепаде в нем создается симметричное,: параболическое распределение температур и измеряются теплоемкость и темпвратуропроводность, при фикси- 55 рованном перепаде — параболическое близкое к линейному распределению температур и измеряется коэффициент теплопроводности.
Расчетные формулы для определяемых в опыте характеристик следуют из решения задачи теплопроводности для монотонно разогреваемой пластины.
Эти формулы без учета поправочных членов и контактного сопротивления имеют вид
Ъ д а ,д г, (2)
Р)
S V где Ь - dt/d r - скорость разогрева образца на соответствующей стадии, опыта, 2d, S, m — толщина и площадь поперечного сечения, масса образца.
Способ позволяет осуществить независимые измерения а, Р и с. в оптимальных для каждого параметра условиях, а известное соотношение Л = ас является проверочным.
В условиях строгой симметрии
1 . ю
qi °
На фиг. 2 изображен общий вид предлагаемого устройства.
Устройство содержит разъемную изоляционную оболочку 1, нагревательный блок 2, основание 3, тепломер
4, образец 5, пластину б, градиентный 7 и адиабатический 8 нагреватели, термоцары 9 и 10, системы 11 и
13 автоматического регулирования, тврмопары 12, управляющие работой градиентного нагревателя.
Устройство работает следующим образом.
На тепломер 4 устанавливают испытуемый образец 5, затем пластину б с градиентным нагревателем 7 и опускают верхнюю часть изоляционной. оболочки 1 вместе с адиабатической оболочкой 8. Равенство диаметров адиабатической оболочки и пластины с нагревателем позволяет обеспечить условия, при которых поправка на теплообмен боковой поверхности образца оказывается малой: потоки от верхней и нижней контактных поверхностей компенсируют друг друга. Последовательное задание нулевого перепада и 5-50 К на образце обеспечивает, в первом случае, оптимальные условия по точности для теплоемкости и температуропроводности, а, во втором случае, для теплопроводности.
При определении теплофиэических характеристик калориметрическое устройство разогревается со скоростью около 0,1 K/ñ с помощью нагревателя
2. Для измерения теплопроводности на регуляторе 13 задается перепад температуры верхней плоскости образца относительно нижней 5-50 К. После измерения на регуляторе 13 автоматически задается перепад V = 0 и проис. ходит измерение а и с. Затем схема опять переводится в режим измерения путем задания Ч = 5-50 К.
949447
Тепловые потоки q входящие в ; образец, и q выходящие из образца, измеряются контактным малотеплоемким тепломером 4, который предварительно градуируется (в частности, по стандартному образцу) .
Времй установления каждого режима определяется инерционностью верхней пластины и образца и, как показывает анализ, при выбранной скорости разогрева измерения можно проводить че- 10 рез каждые 5 К.
Предлагаемый способ и устройство могут быть использованы при комплекс-. ном изучении теплофиэических свойств теплоиэоляторов и полупроводников с 15
P. = 0,5-5 Вт/(м.К), а также при создании промпаленных теплофизических приборов.
Формула изобретения
1. Способ измерения теплофиэических характеристик образца, монотонно разогреваемого через одну из 25 изотермических поверхностей при периодическом изменении теплового потока на другой поверхности с периодом, большим времени регуляриэации температурного поля образца, включающий измерение теплового потока, температур в характерных сечениях образца, скорости изменения температуры и расчет характеристик по известным форьулам, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения одновременно с монотонным
1. нагревом, перепад температур на образце последовательно устанавливают равным нулю и 5-50 К, а тепловой поток измеряют на изотермической поверхности, подвергаемой монотонному нагреву.
2. Устройство для измерения теплофизических характеристик по п.1, состоящее из разъемной теплозащитной оболочки, металлического ядра, .включающего нагревательный блок, контактирующий с основанием,.на котором установлен тепломер, образец и пластина, окруженные адиабатической оболочкой, две термопары в пластине и термопару в тепломере, о т л ич а ю щ е е с я тем, что дополнительно установлен регулятор, а в пластине установлен нагреватель, термопары пластины и тепломера включены дифференциально и последовательно с
1задатчиком перепада температуры и регулятором, соединенным с нагревателем пластины.
3. Устройство по п.2, о т л w— ч а ю щ е е с я тем, что диаметр пластины равен внутреннему диаметру адиабатической оболочки.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Лыков A.B., Ауэрман Л.Я. Теория сушки. Пищепромиздат, 1946, с ° 265.
2. Фрайман Ю.Е. Абсолютный метод комплексного определения теплофизи-. ческих характеристик. — Инж.фиэ. журн. 1964, т. 7, 9 10, с. 73-79 (прототип) .
949447
Составитель В.Вертоградский
Техред Т.Маточка Корректор В.Бутяга
Редактор Н.Джуган
Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4
Заказ 5734!29 Тираж 887 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Рауп ская наб., д. 4/5
