Способ определения теплофизических характеристик материалов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистическнх

Реслублнк

< >949448 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 2 3. 11. 79 (21) 2842281/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 0708.82. Бюллетень ¹29

Дата опубликования описания 07.08.82 1 М g+ 3

G 01 N 25/18

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (S3) УДК 536. 2 (088. 8) (72) Авторы изобретения

Б.П.Колесников, Г.М.Серых и В.Г,Сысоев (71) Заявитель

Краснодарский политехнический институт (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к измерениям теплофизических характеристик материалов, и может применяться при лабораторных, технологических и полевых исследованиях различных материалов.

Известен способ определения теплофиэических характеристик путем подвода постоянного теплового потока к поверхности полубесконечного тела и регистрации изменения температуры на поверхности тела и в глубине

его (11.

Недостаток способа — необходимость нарушения целостности образца для закладки изМерителя температуры.

Известен также способ определения теплофизических характеристик материалов путем подвода постоянного теплового потока к части плоской поверхности образца и регистрации изменения температуры поверхности образца в зависимости от времени, Температура регистрируется в точке центре симметрии круга (2) .

Недостаток известного способаограничение точности вследствие сложности создания надежного контакта образец-источник тепла, влияния . качества поверхности, твердости исследуемого. материала, а также искажения измеряемой температуры под влиянием пористости, макронеоднородностей образца.

Цель изобретения - повышение точности. указанная цель достигается тем, что согласно известному способу определения теплофизических характеристик, который заключается в подводе постоянного теплового потока к части плоской поверхности образца и в регистрации изменения температуры поверхности образца в зависимости от времени, тепловой поток подводят к поверхности, ограниченной кольцом, а изменение температуры регистрируют интегрально по поверхности круга с

20 диаметром не более внутреннего диаметра кольца.

На фиг. 1 в качестве физической модели изображено полуограниченное тело; на фиг. 2 — устройство для ре25 алиэации способа.

На части поверхности полуограниченного тела, ограниченной кольцом и внутренним и внешним радиусами соответственно R и R, центр которого

30 совпадает с началом координат (О;

949448

О; 0), подводится тепловой поток постоянной мощности q const, нормальный к поверхности, Предполагается, что в начальный Момент времени = 0 температура всех точек поверхности равна Т(0). 5

При укаэанных гранИчных условиях ищется решение дифференциального уравнения теппопроводности для интегральной температуры поверхности, заключенной в круге радиуса R(R K Rg)10

Это решение позволяет при фиксированных R /R и R/R затабулировать зависимости интегральная температура, критерий Фурье, 20 1 а

- коэффициент теплопроводности материала; коэффициент температуропроводности материала. 25 где Т

F о

Отношение определяется из эксперимента, после чего по графику (таблице) находится Fo, а затем коэффициент температуропровод- 30 ности

R< Fo а =

По известному критерию Е находят значение функции Е (Гс), рассчитывают коэффициент теплопроводности а= б f (F<,) и далее ббъемную теплоемкость

СОд :

Для реализации способа может служить, например, устройство (фиг.2) состоящее в основном, из измерителя 45 интегральной температуры 1 и кольцеобразного источника 2 теплового потока. Измеритель интегральной температуры 1 содержит кожух 3, внутри которого находится детектор 4 инфра- 50 красного излучения и инфракрасная оптическая система 5.

Кожух 3 охлаждается парами жидкого азота. Кольцеобразный источник 3 теплового потока содержит кожух 6 нагревателя, внутри которого находит. ся нагреватель 7 в виде кольцевой спирали, отражатель 8, инфракрасный фильтр 9, систему 10 экранов.

Нагреватель 7 питается от высокостабильного источника питания. Устройство снабжено также теплоизоляционной заслонкой 11.

Устройство устанавливается на определенном расстоянии от поверхности исследуемого материала 12, на ко- 65 тором предварительно "маркой черного тела" (80% сажи, 20% жидкого стекла по объему) наносится рисунок - кольцо 13 с размерами R u R, в центре кольца круг 14 радиусом R„ R R

Необходимость нанесения рисунка на поверхность исследуемых материалов возникает вследствие того, что материалы имеют разную степень черноты.

Поэтому для однозначности величины теплового потока и измерения температуры, поверхность приводят к одной степени черноты. (Величина теплового потока е, определяется по калибровочным опытам на эталонном материале) .

Далее на нагреватель 7 подается высокостабильное напряжение при закрытой заслонке 11. Устройство некоторое время прогревается до рабочего состояния. Потом заслонка 11 резко убирается и происходит разогрев той части поверхности исследуемого образца 12, на которой нанесен рисунок 13 (кольцо) . С этого момента начинается отсчет времени. В кратные моменты времени детектор 4 инфракрасного излучения через оптическую систему 5 регистрирует интегральную температуру рисунка 14 (круга). По полученным данным производят расчеты.

Иэ соображений надежности информации о температуре поверхности нижний предел возможных значений радиуса R устанавливается равным 0,25 R<

Использование способа обеспечивает следующие преимущества по сравнению с известными способами.

1. Воэможность определения теплофизических характеристик материалов бесконтактным методом, что необходимо при исследовании материалов на труднодоступных изделиях, химически вредных, обладающих очень малой твердостью, с шероховатой поверхностью и т,д.

2. Увеличение круга объектов исследования за счет возможности определения теплофизических характеристик пористых и крупнодисперсных композиционных материалов.

3. Повышение точности измерения теплофизических характеристик материалов за счет использования в расчетах интегральных температур, исключение погрешности вследствие несовершенства контактов межцу образцом и источником теплового потока, а также измерителем температуры.

Формула изобретения

Способ определения теплофизических характеристик материалов путем подвода постоянного теплового потока к части плоской поверхности образца и регистрации изменения температуры поверхности образца в зависимости

949448 от времени, отличающийся тем, что, с целью повнаения точности, тепловой поток подводят к поверхности, ограниченной кольцом, а изменение температуры регистрируют интегрально по поверхности круга с диамет- 5 ром не более внутреннего диаметра кольца.

Источники информации ° принятые во внимание при экспертизе

1. Дмитрович А.Д. Определение теплофизических свойств строительных материалов. М., Госстройиздат,1963, . с ° 78-81.

2. Авторское свидетельство СССР в458753, кл. G 01 N 25/18,. 1972.

949448

1c rr

Составитель В.Вертоградский

РедаКтор Н.Джуран Техред А.Бабинец Корректор В.Бутяга

Эаказ 5734/29 Тираж 887,.Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

° \ ФФ °

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,ул.Проектная,4