Способ определения контактных термических сопротивлений

Способ определения контактных термических сопротивлений

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике, приборостроению и может быть использовано в теплометрии. Цель изобретения - повышение точности определения контактных термических сопротивлений . Для этого последовательно пропускают одинаковый по величине тепловой поток через контактную пару и через единичный образец контактной пары, замеряют разность температур на нагреваемых и охлаждаемых торцовых поверхностях контактной пары и единичного образца и по полученным значениям рассчитывают контактное термическое сопротивление. 2 ил.

союз сОВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 N 25/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 (21) 4790406/25 (22) 12.02.90 (46) 07.03.92. Бюл, 3Ф 9 (71) Воронежский лесотехнический институт (72) В.П,Белокуров, В.М.Попов, В.И.Ключников и С.В,Белокуров (53) 536.6 (088.8) (56) Шлыков Ю.П. и др. Контактный теплообмен, — М. — Л. Энергия, 1963, с. 34 — 36.

Шлыков Ю.П. и др. Контактное термическое. сопротивление, — M. Энергия; 1977, с.41.

Там же, с, 45-46. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ KOHTAKTHblX ТЕРМИЧЕСКИХ СОПРОТИВЛЕНИЙ. Изобретение относится к измерительной технике, приборостроению и может быть использовано в теплометрии.

Известен способ определения контактных термических сопротивлений при исследовании теплообмена в зоне контакта твердых тел, заключающийся в пропускании теплового потока через образец, состоящий из цилйндрических стержней диаметром 40 мм;соприкасающихся торцами. К верхнему торцу образца прижимается р гулируемый электродвигатель, нижний торец охлаждается водой. Интенсивность теплообмена в плоскости контакта оценивается по величине проводимости контактов пары образца W . Термическое сопротивление контакта определяется по формуле

Bc =—

Qc

Этот способ является сложным вследствие необходимости обеспечения высокой

„„ЯЯ„„1718079А1 (57) Изобретение относится к измерительной технике, приборостроению и может быть использовано в теплометрии. Цель изобретения — повышение точности определения контактных термических сопротивлений. Для этого последовательно пропускают одинаковый по величине тепловой поток через контактную пару и через единичный образец контактной пары, замеряют разность температур на нагреваемых и охлаждаемых торцовых поверхностях контактной пары и единичного образца и по полученным значениям рассчитывают контактное термическое сопротивление. 2 ил. точности в расстоянии заделки термопар и их обязательной идентичности показаний, что необходимо обеспечить при закреплении термопар перед каждым опытом во всех контактных парах образцов.

Известен также способ определения контактных термических сопротивлений, в котором электрический нагреватель размещают между двумя парами контактных образцов, симметричные и равные по величине тепловые потоки пропускают через каждую контактную пару образцов. По измеренному перепаду температур Л t в двух сечениях до и после плоскости контакта с расстоянием 1между ними и определенному по электрической мощности нагревателя тепловому потоку q рассчитываюттермическое сопротивление участка со стыком Rr. По известному коэффициенту теплопроводности А материала контактных образцов и сечению цилиндров вычисляют

1718079 термическое сопротивление цилиндра длиной f, без стыка Rf. Термическое сопротивление контакта определяют как разность двух указанных сопротивлений, т.е.

Л1 5

Rg = R -RI = — — -

Ц

Этот способ является сложным в экспериментальном осуществлении, так как каждая пара контактных образцов требует сверления отверстий для термопар, кото- 10 рые должны быть строго параллельны. т.е. типичный увод сверла при сверлении не допускается (этого требует точное знание расстояния заделки, термопар f, необходимое для расчета Rg ). Кроме того, способ требует

15 обеспечения симметричного одинакового контактного термического сопротивления в плоскостях стыка в каждом из двух контактных пар одновременно исследуемых об- 20 разцов, что сложно осуществить(т,е, трудно создать абсолютно одинаковое контактирование в отдельных пятнах ввиду неизбежности взаимного неприлегания плоскостей:— контактных пар вследствие наличия неров- 25 ностей в виде шероховатости, волнистости или макронеровности), что приводит к перераспределению теплового потока и существенно снижает точность определения конта ктн ых термических сопротивлений. 0

Расчет R3 в данном способе требует также дополнительных экспериментов по определению коэффициента теплопроводности il, так как приводимые в таблицах значения

iL для различных материалов имеют су.цест- 35 венный разброс в измерениях вследствие погрешностей, величина которых имеет тот же порядок, что и величина контактных термических сопротивлений, Это снижает точность в расчетах Rf и, соответственно. в 40 определении контактного термического сопротивления R».

Наиболее близким к предлагаемому по технической сути является способ определения контактного термического сопротив- 45 ления, заключающийся в том, что в образце контактной пары создают тепловой поток, который замеряют по скорости испарения жидкОГО кислороДа с помОщью ГазовОГО счетчика. Конгактное термическое сопро- 50 тивление определяют как разность замеренного полного термического сопротивления образца Вэксп. и расчетного термического сопротивления образца толщиной д без учета контакта йрасч. Полное 55 термическое сопротивление образца Вакс . определяют как отношение разности температур между теплым и холодным концами контактной пары к тепловому потоку, т.е.

h,tB к = эксп расч = — -Г °

Ц

Недостатком этого способа является низкая точность в определении контактных термических сопротивлений вследствие того, что контактные термические сопротивления являются очень малыми определяемыми параметрами (в измерениях R» в основном находится в пределах

102 — 10" м град/Вт), поэтому расчет

h,t

Ваксп = не обеспечивает достаточной степени точности вследствие используемого способа определения q. Кроме этого. расд чет Ррасч - требует предварительного точного экспериментального определения коэффициента теплопроводностиА, при котором неизбежно будет внесена погрешность на контактные термические сопротивления в плоскостях соприкосновения образца с нагревателем и xoëoäèëüíèком. В практике теплофизических измерений контактные термические сопротивления трудно определимы, поэтрму они до настоящего времени не учитываются и переводятся в разряд погрешностей, которые могут достигать до 57ь.

Целью изобретения является повышение точности определения контактных термических сопротивлений.

Исключение s измерениях коэффициента теплопроводности обеспечивает расширение области применения данного способа для образцов, s которых А соизмеримы с контактным термическим сопротивлением.

Цель достигается тем, что после определения разности температур на поверхностях контактной пары такой же по величине тепловой поток пропускают через единичный образец контактной пары, замеряют разность температур на его торцовых поверхностях, а величину контактного термического сопротивления рассчитывают по формуле

ЬТк.в. — — Ьt п2 .

h1

Rx

q где В» — контактное термическое сопротивление;

q — удельный тепловой поток;

Л t,ËТк.п. — перепад температур между охлаждаемой и нагреваемой поверхностями единичного образца и контактной пары соответственно;

h> — высота единичного образца контактной пары;

h2 — высота контактной пары.

1718079

На фиг.1 показано устройство для осу- деления контактных термических сопротивществления предлагаемого способа при за- лений. мере перепада температуры на . Дляреализациипредлагаемогоспособа поверхностях единичного образца; готовили образцы диаметром 30 мм, Контакна фиг.2 -- то же, в исследуемой кантак- 5 тный образец представлял собой два сопритной паре. касающихся торцовыми поверхностями

Устройство содержит теплоизоляцион- цилиндра высотой 5 мм каждый. Между хоный корпус 1, нагреватель 2, холодильник 3, лодильником и нагревателем при иэмерениисследуемые образцы 4 и 5 контактной па- ях последовательно размещали единичный ры, дифференциальную термопару 6, задат- 10 образец контактной пары и контактную пачик 7 теплового режима, измеритель 8 ру. Дифференциальная хромелькопелевая температуры, датчик 9теплового потока, иэ- термопара находилась на нагреваемых и ох.меритель 10 теплового потока. лаждаемых торцовых поверхностях единичСпособ осуществляется следующим об- ного образца и контактной пары. При разом. 15 проведении экспериментов равный по велиОбразцы 4 и 5, составляющие контакт- чине тепловой поток q =-37,5 ° l03 Вт/мг ную пару, имеющую высоту пг, изготавлива- пропускали последовательно через единичют иэ одного и того же материала. В . ный образец контактной пары и через контеплоизоляционный корпус 1 между нагре- тактную пару. Нагрузка контактной пары вателем 2 и холодильником 3 устанавлива- 20 соответствовала P =26,1 10 Н/мг. Расчет ют вначале образец 4. Задатчиком 7 контактных термических сопротивлений теплового режима создают требуемый теп- производили по формуле вовой поток. После достижения стационар- г ного теплового режима производят замер

ЛТ,д. — Л t перепада температуры ht по высоте h> об- 25

g разца 4 с помощью дифференциальной тер- Каждый эксперимент повторялся не мемопары. Затем между нагревателем 2 и нее пяти раз. холодильником 3 размещают второй обра- Результаты экспериментов след ющие: эец 5 контактной пары. Задатчиком 7 теплотов следующие: ваго режима с помощью датчика 9 30 P 10 — нагрузка, создаваемая в контеплового потока создают тепловой поток, тактной паре, 26,1 Н/м; равный пропускаемому ранее через обра- q 10з — удельный тепловой поток, проэец 4. После установления стационарного пускаемый через контактную пару, 37,5 теплового режйма дифференциальной тер- Вт/мг;

ЬТ..м мопарой 6 замеряют перепад температуры 35 Л T — температурный перепа

„. . между нагреваемой и охлаждаемой контакта исследуемой контактной пары в торцовыми поверхностями образцов 4 и 5, . пяти проводимых опытах 19,2; 18,8; 19,6; составляющих контактную пару высотой пг. 19,0; 18 6 OC

Расчет контактного термического сопротив- 1 Ь ления производят по предлагаемой расчет- 40 Лир = — „, ЛТ вЂ” среднее значение ной формуле. и l =1 Преимуществом этого способа является темпера Урного перепада из пЯти иэмеревозможность использования образцов контактной пары в виде тонких пластин, что ; ЬТ., ЛТ г исключает использование системы автома- 45 тиэации, обеспечивающей адиабатность в измерениях, повышается точность путем среднЯя квадратна о решность РезУльта! о уменьшения ошибок, связаннь х с неизбеж- - тов пЯти измеРений О, l4 С; ностью теплопотерь боковых поверхностей относительная пообразцов контактных пар, упрощается спо- 50 . ц соб осуществления замеров контактных грешность в определении 4Тср2,76 „, термических сопротивлений. Rg . 10 - контактное термическое соПример, Эксперименты по определе- противление в исследуемых образцах, раснию контактных термических сопротивле- считанное по ЛTcp, 5.1 мг С/Вт, ний в контактных парах "сталь-45 — 55 Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я сталь 45" проводили в лаборатории Воро- Способ определения контактных терминежского ордена Дружбы народов лесотех- ческих сопротивлений, включающий пропунического института на установках, скание тепловогопотокачерезконтактную использующих предлагаемый способ опре- пару, состоящую из двух соприкасающихся торцами образцов, выполненных из одного

1718079 йиа2

Составитель В. Белокуров

Техред М,Моргентал Корректор И. Муска

Редактор О. Хрипта

Заказ 875 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 и того же материала, путем нагревания одной торцовой поверхности контактной пары и охлаждения ее противоположной поверх-. ности, определение разности температур между нагреваемой и охлаждаемой торцовыми поверхностями контактной пары и расчет контактного термического сопротивления, о т л и ч а.ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения контактных термических сопротивлений, дополнительно пропускают такой же по величине тепловой поток через один из образцов контактной пары, замеряют разность темпера. тур на его торцовых поверхностях, а величину контактного термического сопротивления рассчитывают по формуле

5 где Вк — контактное термическое сопротивление;

q — удельный тепловой поток. проходящий через контактную пару и образец контактной пары;

10 Ь t,ÜТ,. . — перепад температур между охлаждаемой и нагреваемой поверхностями одного из образцов и контактной пары и контактной пары соответственно; п1 — высота единичного образца:

hz — высота контактной пары.