Способ определения коэффициента температуропроводности электропроводящих твердых тел

Способ определения коэффициента температуропроводности электропроводящих твердых тел

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ТВЕРДБ1Х ТЕЛ, включающий монотонный нагрев образца внешним источником тепла и измерение перепада температур по сечению образца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, через образец пропускают постоянный электрический ток, модулируют его колебаниями высокой частоты, измеряют непрерывно электросопротивления постоянному току и току высокой частоты, а коэффициент температуропроводности определяют по формуле dR/dt 3e.ai.. 8 R() If - коэффициент температуропроводгде ности, а - радиус цилиндрического образца , м; 2 - длина образца, м; R - электросопротивление постоянно му току. Ом; R - электросопротивление току высоi кой частоты. Ом; t - время, с; (Л п-частота переменного тока, с; / о-магнитная постоянная, -; М

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК зад G 01 N 25/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3490650/18-25 (22) 17.09.82 (46) 23.04.84. Бюл. № 15 (72) М. Е. Гуревич и А. И. Носарь (71) Институт металлофизики АН Украинской CCP (53) 536.2 (088.8) (56) 1. Кондратьев Г. М. Тепловые измерения. М.-Л., Машгиз, 1957, с. 244.

2. Платунов Е. С. Теплофизические измерения в монотонном режиме. Л., «Энергия», 1973, с. 82 — 85 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДЯЩИХ ТВЕРДЫХ ТЕЛ, включающий монотонный нагрев образца внешним источником тепла и измерение перепада температур по сечению образца, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения, через обÄÄSUÄÄ 1087859 А разец пропускают постоянный электрический ток, модулируют его колебаниями высокой частоты, измеряют непрерывно электросопротивления постоянному току и току высокой частоты, а коэффициент температуропроводности определяют по формуле сР Ы /сй

8 р(+)2 М Я

4 где К вЂ” коэффи циент температуропроводности, м /с; а. — радиус цилиндрического образца, м;

1 — длина образца, м;

К вЂ” электросопротивление постоянному току, Ом;

R — электросопротивление току высокой частоты, Ом; т — время, с; т — частота переменного тока, с, /и.-магнитная постоянная, 1087859

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к определению тепло- и электрофизических свойств твердых тел.

Известен способ определения коэффициента тем пер атуропро водности твердых тел, согласно которому длинный стержень нагревают с одного конца по закону гармо. нического колебания, измеряют температуры на разных расстояниях от обогреваемого конца и измеряют равность фаз колебаний этих температур (1).

Однако для этого способа характерна недостаточная точность, обусловленная тем, что расчетная формула получена для полубесконечного тела и ее применение к расчету температуропроводности реальных образцов, имеюших конечные размеры, является приближенным из-за неучитываемых теплопотерь с боковой поверхности образца. Кроме того, в суммарную погрешность измерений входит погрешность определения координат точек измерения температуры, зависящая также и от геометрических размеров и конструкции датчиков температуры.

Сложность реализации обусловлена трудностью выполнения режима обогрева образца по закону гармонического колебания.

Наиболее близким к изобретению является способ определения коэффициента температуропроводности электропроводящих тел, включающий монотонный нагрев образца внешним источником тепла и измерение перепада температур по сечению образца (2).

Однако для известного способа характер ны недостаточная точность определения ко эффициента температуропроводности, обусловленная искажением температурного поля в образце, вызванным введением хотя бы одного из датчиков температуры внутрь образца, и ограниченная точность определения координат изотермических поверхностей из-за конечности размеров датчиков температуры.

Целью изобретения является повышение точности.

Указанная цель достигается тем, что сог ласно способу определения коэффициента тем пературопроводности электропроводяших тел, включающему монотонный нагрев образца внешним источником тепла и измерение перепада температур по сечению образца, через образец пропускают постоянный электрический ток, модулируют его колебаниями высокой частоты, измеряют непрерывно электросопротивления постоянному току и току высокой частоты, а коэффициент температуропроводности определяют по формуле а dR/d t

R(3.) "И

4 где К вЂ” коэффициент температуропроводности, м /с; а. — радиус цилиндрического образца, м;

30 у Ьа

8Х где b — скорость нагрева образца, к/с.

В то же время (2) к- к(т„

ЫЫ

ДТ где К вЂ” проводимость образца, равная

1/R;

Т- температура;

Тл- температура поверхности.

Величина К выражается через удельную проводимость

40

К=ф56(т) 15 (4) 45 где S — сечение образца.

При этом б(т) =6(т„-e)=p-(„)- " |3.

gT (5) 50 Где = T — Т.

Величина К выражается через R, т. е. определяется проводимостью скин-слоя.

Расчетная формула (1) включает магнитную постоянную, равную 4%.10

55 Способ осушествляется следующим образом.

Протяженный образец в виде прутка или проволоки монотонно разогревают за — длина образца, м;

R — электросопротивление постоянному току, .Ом;

R — сопротивление току высокой частоты, Ом;

t — время, с; т — частота перемеьного тока, с, 4,-магнитная постоянная, — — „—

Ом с

Изменение электросопротивления проводника при небольших (порядка нескольких

10 градусов) изменениях температуры пропорционально изменению температуры. Вследствие этого электросопротивление R постоянному току определяется среднеобъемной температурой проводника, а электросопротивление R переменному току высокой

15 частоты — температурои тонкого поверхностного слоя из-за скин-эффекта. Измерение обоих сопротивлений одновременно дает возможность для цилиндрических образцов при монотонном нагреве их с поверхности р0 внешним радиальным источником тепла— определить перепад между температурой тонкого поверхностного слоя и среднеобъемной температурой образца. Это эквивалентно определению перепада температур двух изотермических поверхностей — внешней

25 поверхности образца и поверхности со среднеобъемной температурой.

Указанный перепад температур пропорционален коэффициенту температуропроводности образца

1087859

Составитель В. Вертоградский

Редактор И. Николайчук Техред И. Верес Корректор В. Синицкая

Заказ 2648/39 Тираж 823 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )K — 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 счет внешнего источника нагрева и пропускают через образец электрический ток, имеющий постоянную и высокочастотную составляющие. В зависимости от температуры образца (температуры отнесения) регистрируют R, R как функции времени. Расчет искомого коэффициента осуществляют по формуле (1).

Пример. Проводят исследование температурной зависимости температуропроводности никеля в интервале температур 300—

1000 К. В качестве образца берут цилиндр из Ni чистотой 99,99о/о, диаметром d = 3 мм и длиной 1 = 100 мм. Постоянный ток модулируется колебаниями с частотой 2 МГц (толщина скин-слоя при этом 0,1 мм). Для получения температурной зависимости Ж дополнительно измеряют температуру поверхности термопарой хромель — алюмель (ХА) (ф 0,05 мм), приваренной к поверхности образца. Этим способом получают непрерывную кривую, характеризующую зависимость температуропроводности от температуры.

Расчетная формула (1) способа содержит лишь измеряемые величины электросопро. тивлений и не содержит значений координат точек измерения температур и значений температур. Это позволяет уменьшить число необходимых для определения коэффициента температуропроводности операций и повышает точность определения коэффициента.

По сравнению с известным способом при предлагаемом отсутствуют погрешности, вызванные необходимостью измерять температуры с помощью датчиков, вводимых внутрь тела, что одновременно упрощает способ, а также позволяет использовать проволочные образцы. Кроме того, отсутствуют погрешности, обусловленные термической инерцией датчиков температуры.

Изобретение может найти применение при исследованиях теплофизических свойств материалов, а также физических и физико20 химических процессов, сопровождающихся изменением теплофизических свойств.