Способ определения теплопроводности материалов и устройство для его осуществления

Способ определения теплопроводности материалов и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1. Способ определения теплопроводности материалов, включающи м одностороннее двухточечное тепловое зондирование поверхности образца с помо1чью двух стержнеобразных зондов , измерение разности температур между зондами и последующее определение теплопроводности по гращуировочной зависимости, отличающийс я тем, что, с целью уменьшения погрешности определения теплопроводности, изменяют разность температур на неконт.актирующих с образцом концах зондов до такой величины, при которой разность температур на концах зондов, контактирующих с образцом , становится заданной, после чего искомую величину определяют по разности температур на неконтактирующих с образцом конца; зондов.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (!1),SU

3(59 G 01 N 25 18.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

) Г

) ( (21) 3483583/18-25 (22) 19.08.82 (46) 30.11.83. Бюл. Р 44 (72) A.Н.Калинин (71) Сибирский государственный научно-исследовательский институт метрологии (53) 536.6(088.8) (56) 1. Берман P. Тенлопроводность твердых тел. М., Мир, 1979, с.22.

2 ° Авторское свидетельство СССР

Р 949449, кл. G 01 N 25/18, 1980 (прототип). (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРО—

ВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ определения теплопроводности материалов, включающий одностороннее двухточечное тепловое зондирование поверхности образца с помощью двух стержнеобразных зондов, измерение разности температур между зондами и последующее определение теплопроводности по градуировочной зависимости, о.т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения погрешности определения теплопроводности, изменяют разность температур на неконтактирующих с образцом концах зондов до такой величины, при которой разность температур на концах зондов, контактирующих с образцом, становится равной заданной, после чего искомую величину определяют по разности температур на не- Я контактирующих с образцом конца;. зондов.

1057830

)0 ческая батарея, и схему измерения разности температур зондов, сост щую из второй дифференциальной те мопары, подключенной к измерител термо-ЭДС (2) .

Основным недостатком.указанны

А<

Ьт = ---- + А

А + 7<

2. Устрой<:тво для определения теплопроводности материалов, содержащее дна выносных стержнеобразных зонда, у которых одни концы контактируют с поверхностью образца, а другие — с т<..рмоэлектриче<=кой батареей, автоматический регулятор разности температур зондов „ на вход которого через задатчик постоянного компенсирующего напряжения подключена дифферен,— циальная термопара, а в цепь его нагрузки включена термоэлектрическая батарея, и схему измерения разности температур зондов, состоящую из второй дифференциальной термопары, подИзобретение относится к измерению тепловых величин, а более конкретно к определению теплопроводности материалов, и может быть использовано в тех отраслях хозяйства, где требуются скоростные измерения теплопровод ности реальных объектов без их разрушения.

Известны способ и устройство для определения теплопроводности матери- ,алов. Способ основан на зондировании поверхности исследуемых объектов с помощью зондов и последующем сопоставлением результатов с результатами таких же испытаний на стандартных эталонных материалах с известной теплопроводностью (1) .

Недостаток известного способа и устройства состоит в сложности предварительной градуировки, т.е. определении зависимости регистрируемой разности температур Т на контактирующих с материалом концах зондов от теплопроводности материала 3, которая существенно нелинейна и имеет вид дробно-рациональной функции где А, A, А — константы, определяемые в процессе градуировки.

Наиболе близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому резулвтату является способ определения теплопроводности материалов, включающий одностороннее двухточечное тепловое зондирование поверхности образца с помощью двух стержнеобразных зондов, измерение ,разности температур между зондами и последующее определение теплопровэдности по градуировочной зависимости.

Устройство для осуществления способа содержит два выносных стержнеобраз30

40 ключенной к измерителю термо-ЭДС, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения погрешности определения теплопроводности материалов, на вход автоматического регулятора разности температур подключена дифференциальная термопара с рабочими спаями, расположенными на концах зондов, контактирующих с образцом, а к измерителю термо-ЭДС подключена дифференциальная термопара с рабочими спаями, расположенными на концах зондов, установленных на термоэлектрической батарее. ных зонда, у которых одни концы контактируют с поверхностью образца, а другие — с термоэлектрической бата" реей, автоматический регулятор разности температур зондов, на вход которого через задатчик постоянного компенсирующего напряжения подключена дифференции<льная термопара„ а в цепь его нагрузки включена термоэлектриояр о

Х способа и устройства для определения теплопроводности материалов является относительно невысокая точность определения теплопроводности, обусловленная нелинейным характером зависимости Т = f(P). Погрешность определения теплопроводности может быть значительной в тех интервалах которые слабо обеспечены стандартными образцами. . Цель изобретения — уменьшение погрешности определения теплопроводности материалов..

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения теплопроводности материалов, включающему одностороннее двухточечное тепловое зондирование поверхности образца с помощью двух стержнеобразных зондов, измерение разности температур между зондами и последующее определение теплопроводности по градуировочной зависимости, изменяют разность температур на неконтактирующих с образцом концах зондов до такой величины, при которой разность температур на концах зондов, контактирующих с образцом, становится равной заданной, после чего искомую величину определяют по разности тем1057830 (2) g Таа 1 + b

Устройство имеет два стержнеобраэных зонда 1, у которых одни концы.специальными наконечниками 2 кон.тактируют с поверхностью исследуемого образца 3. Другие концы зондов установлены в медные пластинки 4 и прикреплены к холодной и горячей поверхностям термоэлектрической батареи 5, включенной в цепь нагрузки автоматического регулятора 6.

На вход последнего подключена дифператур на неконтактирующих .с образцом концах зондов.

В устройстве для осуществления предлагаемого способа, содержащем два выносных стержнеобразных зонда, у которых одни концы контактируют с поверхностью образца, а другие — с термоэлектрической батареей, автоматический регулятор разности температур зондов, на вход которого через эадатчик постоянного компенсирующего напряжения подключена дифферен-, циальная термопара, а в цепь его нагрузки включена термоэлектрическая батарея, и схему измерения разности температур зондов, состоящую иэ второй дифференциальной термопары, подключенной к измерителю термоЭДС, на вход автоматического регулятора разности температур подключена дифференциальная термопара с рабочими спаями, расположенными на концах зондов, контактирующих с образцом, а к измерителю термо-ЭДС подключена дифференциальная.термопара с рабочими спаями, расположенными на концах зондов, установленных на термоэлектрической батарее.

При таком выполнении способа и устройства зависимость измеряемой разности температур от теплопроводности материала становится близкой к линейной где ц, Ь вЂ” константы, определяемые в процессе градуировки. Такой вид градуировочной зависимости позволяет повысить точность аппроксимации данных, полученных на стандартных образцах и уменьшить погрешность определения теплопроводности материалов.

Кроме того, перепад температур между точками зондирования сохраняется одинаковым на разных образцах и равным заданной постоянной разности температур на концах зондов, контактирующих с образцом. Это уменьшает погрешность определения теплопроводности, связанную с отнесением теп- .. лопроводности исследуемого или стандартного материала к температуре.

На чертеже изображена схема устройства, реализующего способ определения теплопроводности материалов. ференциальная термопара 7, рабочие спаи которой расположены на концах зондов, контактирующих с образцом.

В разрыв цепи этой термопары включен встречно эадатчик 8 постоянного компенсирующего напряжения так, что на вход регулятора б поступает нулевой разностный. сигнал. Другая дифференциальная термопара 9 со спесями на медных пластинах 4 и измеряющая раз10 ность температур, создаваемую термобатареей на закрепленных на ней концах зондов, подключена к измерителю 10 термо-ЭДС.

Способ осуществляется следующим образом.

Зонды 1 наконечниками 2 приводятся в контакт с поверхностью исследуемого образца 3, что вызывает изменение некоторой первоначальной разности температур между зондами и, следовательно, изменение термо-ЭДС термопары 7. В результате на вход регулятора 6 начинает поступать отличный от нуля раэностный сигнал.

После этого регулятор 6 с помощью термобатареи 5 автоматически изме1 няет разность температур между пластинками 4,а также вследствие тепловой проводимости зондов и на их концах, контактирующих с образцом,,до тех

З0 пор, пока сигнал термопары 7 будет равен напряжению эадатчика 8 и на вход регулятора вновь поступит нулевой разностный сигнал..Полученную таким образом разность температур

35 на пластинках 4 и, следовательно, на закрепленных к ним концах зондов регистрируют. термопарой 9 и измерителем 1 0 термо-ЭДС, по показанию которого судят о теплопроводности

40 образца 3 °

Автоматический регулятор 6 может быть выполнен, например по схеме с использованием фотокомпенсационного усилителя Ф 116/1 и усилителя мощности на транзисторах МП 37Б и. КТ.801Б, или в качестве такого может быть использован высокоточный регулятор температуры ВРТ-2. Зацатчиком 8 постоянного напряжения может служить падение напряжения на резисторе, под50 ключенном к источнику стабилизированного питания, например, ИПС-148.

Для этого также может быть использован сигнал от источника регулируемого напряжения, например от ПП-63.

55 В качестве термобатареи 5 может использоваться термобатарея типа селен . вида ТМБ-2М или С5-1.

Способ и устройство опробованы.

При испытаниях использовались зонды, 60 изготовленные иэ.латуни с коническими наконечниками из меди, которые имели следующие геометрические параметры: длина зондов 1,0 м; площадь поперечного сечения зондов

65 2 10 .л, диаметр оснований нако1057830

Составитель В.Битюков

Редактор Н.Безродная ТехредМ.Гергель Корректор A.Èëüèí

Заказ 9575/45 Тираж 873 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

1»

Филиал ППЛ Патент ., г. Ужгород, ул. Проектная, 4 нечннков 4. 10 > м. Разность температур на концах зондов, контактирующих с материалом, задавалась равной 5К.

Полученная в результате испытаний на стандартных образцах градуировочная зависимость 6 Т= Й(Я) в интервале значений теплопроводностн

0,2-2,5 Вт/м.К отклоняется от прямой менее чем на 6%.

Предлагаемые способ и устройство позволяют по сравнению с прототипом уменьшить погрешность определения теплопроводности в 1,2-1,3 раза, а также ускорить и упростить процесс градуировки. Время измерения теплопроводности предварительно отградуированным компаратором занимает не более 3 мин.