Способ комплексного определения теплофизических характеристик материала

Способ комплексного определения теплофизических характеристик материала

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для исследования теплофизических характеристик материалов в широком диапазоне температур. Целью изобретения является повышение точности измерений, упрощение процессов измерения и обработки результатов . Цель достигается тем, что образец исследуемого материала включают в автоколебательную систему. Изменяют , коэффициент усиления системы и возбуждают в ней автоколебания на первой резонансной частоте образца. По частоте автоколебаний определяют температуропроводность, а по критическому значению коэффициента усиления , содержащегося в системе дифференциального усилителяj - теплопроводность материала. 3 Ш1.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК.(51)4 G 01 N 25/18

ЩР1 »ге«фд»р рот е,т»

" "«j 6 1

«

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

"-"м«о и»»мтве»е

° гю«»»

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ (21) 3827262/31-25 (22) 21.12.84 (46) 30.10.86. Бюл. В 40 (71) Ордена Ленина институт общей и неорганической химии им. Н.С.Курнакова и Ярославский государственный университет (72) В.П.Алексеев, С.Е.Биркган, Ю.Н.Бурцев, А.С.Рудый и С.Н.Шехтман (53) 536.6(088.8) (56) Методы определения теплопроводности и температуропроводности. Под ред, А.В.Лыкова. М.: Энергия, 1973, с. 136.

Авторское свидетельство СССР и 693196, кл. С 01 N 25/18, 1979, (54) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛА

„.80„„1267241 А1 (57) Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для исследования теплофизических характеристик материалов в широком диапазоне температур.

Целью изобретения является повышение точности измерений, упрощение процессов измерения и обработки результатов. Цель достигается тем, что образец исследуемого материала включают в автоколебательную систему. Изменя- ют.коэффициент усиления системы и возбуждают в ней автоколебания на первой резонансной частоте образца.

По частоте автоколебаний определяют температуропроводность, а по крити- Я ческому значению коэффициента усилеиия, содериещегося в системе диФФере- Q) нциального усилителя, — теплопроводность материала. 3 ил.

7241 з мерителя 6 отсутствие колебаний в системе с тем, чтобы исключить возможность измерений не на первой собственной частоте колебаний системы.

Затем монотонно увеличивают тепловой поток, поступающий от нагревателя путем увеличения коэффициента преобразования температурного сигнала от образца в величину выходной мощности

1О нагревателя. Этот процесс осуществляется путем увеличения коэффициента усиления дифференциального усилителя при постоянной величине выходного напряжения источника 5. При достижении критического значения коэффициента усиления в измерительной системе . возникают автоколебания. В момент возникновения автоколебаний измеряют их частоту и коэффициент усиления (коэффициент преобразования темпера.турного сигнала от образца) дифференциального усилителя.

Регулированием величины выходного напряжения источника 5 создают тре2 буемый для конкретных измерений градиент температуры в образцах исследуемых материалов, Коэффициент температуропроводности определяют из соотношения

43 4 а=- ч

2У где

Ф 126

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано при исследбвании теплофизических характеристик веществ и материалов в широком диапазоне.температур.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг.2 — пример расположения образца материала между нагревателем и термочувствительным эле.ментом; на фиг.3 — принципиальная схема устройства.

Устройство содержит нагреватель 1, исследуемый материал 2, термочувствительный элемент (например термопару) 3, дифференциальный усилитель 4 с регулируемым коэффициентом усиле,ния, регулируемый источник 5 опорного напряжения и измеритель частоты б (например самопишущий потенциометр).

Для привязки процесса измерений к определенной температуре часть поверхности образца материала приводят в тепловой контакт с термостатом (зона

ТО на фиг.2).

Термочувствительный элемент 3 через входной резистор R$ соединен с инвертирующим входом дифференциального усилителя 4. К неинвертирующему входу усилителя через резистор R> подключен регулируемый источник 5 опорного напряжения. Выход усилителя

4 соединен с измерителем частоты 6 непосредственно и через диод — с нагревателем 1, который с термочувствительным элементом 3 связан через исследуемый материал 2. Элементы 1,2,3 и 4 образуют замкнутую автоколебательную систему.

Способ реализуется следующим образом.

На неинвертирующий вход усилителя

4 от источника 5 подают напряжение питания. На инвертирующий вход поступает температурный сигнал от термочувствителъного элемента. При неизменном коэффициенте усиления усилителя в образце вскоре устанавливается стационарное распределение температуры, так как разность напряжений сигналов.от источника 5 и элемента 3, от квадрата которой зависит мощность, выделяемая на нагревателе, стремится к постоянной величине. После выхода на стационарный режим необходимо зафиксировать с помощью иэ<), — частота автоколебания; первый корень характеристикоуравнения сЪдсоа)-ch)$inl) ch co$3+ch3 $1п

$Ь(х./ ) соз(ход ) сп(х. 1 ) $1п(х, ) ) где х — расстояние между термочувствительным элементом и нагре40 вателем.

Коэффициент теплопроводности определяют из соотношения

4К3ыП о О

SRB(4+8) где К, - критический коэффициент усиления;

< — коэффициент термоЭДС;

U, — величина опорного напряжения

S — площадь нагревателя;

R — сопротивление нагревателя. сп04 СО8 0 $П1 $1П1 $Ь(х Э, ) .соз(х,д )

По сравнению с известным способом предлагаемый способ позволяет снизить относительную погрешность измерений в 2-4 раза. 1267241

Формула изобретения

Способ комплексного определения теплофизических характеристик материала, заключающийся в подаче теплового потока на образец исследуемого материала и измерении частоты колебаний в измерительной системе, содержащей последовательно соединенные нагреватель, образец и термочувствительный элемент, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности, измерения проводят в системе, дополнительно содержащей дифференциальный усилитель, связанный инвертирующим входом с термочувствительным элементом и выходом с нагревателем, изменяют коэффициент усиления дифференциального усилителя до появления в системе автоколебаний на резонансной частоте образца, измеряют частоту автоколебаний, критический коэффициент усиления и определяют коэффициенты температуропроводностиц и теплопроводности М материала по формулам где с 3,— частота автоколебаний; д,— первый корень характеристического уравнения

СЬ )со$д-СЬд$100 ehgcosi)+$4) sin0

$Ь(хд0 ),со$(ход ) ch(x 0 ) sin(xцд ) 4K(ctUa

h= — — — —:

SRB(4+B)

СЬХ соз А sh Y($ п )» sh(x,Ê ) cos(xÄ ) критический коэффициент усиления; коэффициент термоЭДС термочувствительного элемента; опорное напряжение; площадь нагревателя; сопротивление нагревателя.

S

25 где х, — расстояние термочувствитель- ного элемента от нагревателя, 1267241 Ф

Составитель В.Гусева

Редактор Т.Митейко Техред N.Õîäàíè÷ Корректор М.немчик

Заказ 5764/39 Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4