Способ определения теплопроводности твердых тел

Способ определения теплопроводности твердых тел

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Ой 537288 о п и с А н и*"вИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 08.04.75 (21) 2137774/25 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.11.76. Бюллетень № 44

Дата опубликования описания 16.12.76 (51) М. Кл.2 G 01N 23/20

Государственный комитат

Совета Министров СССР ло делам изобретений н открытий (53) УДК 621.386(088.8) (72) Авторы изобретения

И. И. Дерявко, В. С. Егоров, А. Г. Ланин и М. Л. Таубин (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ

ТЕЛ

30

Изобретение относится к рентгеноструктурному анализу и может использоваться для определения тепловых характеристик твердых тел.

Известен рентгеновский способ исследования тепловых характеристик твердых тел, согласно которому производят нагрев образца и регистрируют сдвиг углов дифракции в зависимости от температуры (1).

Указанный способ не пригоден для измерения теплопроводности твердых тел.

Известен рентгеновский способ измерения напряжений sin g-методом (2).

Однако этот метод не применяется для измерения теплопроводности твердых тел.

Классический способ определения теплопроводности твердых тел заключается в том, что производят нагрев образца, измеряют тепловой поток и перепад температур и по полученным данным определяют теплопроводность (3). Перепад температур измеряют либо термопарами, либо с помощью оптических пирометров.

Такой способ сложен в реализации, так как необходимо устанавливать каким-то образом на образец термопары, а в случае пирометров в образце нужно выполнять пирометрические отверстия, в результате чего способ неприменим для измерения теплопроводности тонкостенных изделий.

IIea изобретения — упрощение реализации способа.

Это достигается тем, что по предлагаемому способу перепад температур в образце определяют рентгенографическим методом, измеряя коэффициент термического расширения и величину термических напряжений на поверхности образца, причем последнюю определяют с помощью sin2ô-метода.

10 Сущность способа заключается в следующем.

Согласно закону Фурье теплопроводность определяется формулой л=к, а (1) где Q †теплов поток;

AT — перепад температур;

A i — коэффициент пропорциональности.

Также известны соотношения между термоупругими напряжениями на поверхности образца и перепадом температур: о = АТК„ (2)

1 — р где а — коэффициент термического расширения;

Š— модуль Юнга; р, — коэффициент Пуассона;

AT — перепад температур;

К2 — коэффициент пропорциональности;

537288 (3) ) =0,625К . X

Т вЂ” 20 С

1

8ò ., (8ò 8гю) )

sin

1

ctg 8>(8 .— О .) (8) через К, получают

),=К

8 sin 820

Т вЂ” 2) (От От) 5 sin 6

sIn ф

ctg 8 .(Π. — Π.) 1

Формула изобретения (7) Корректор Л. Брахнина

Техред М. Семенов

Редактор Е. Караулова

ЦНИИПИ Заказ 2694/14 Изд, М 1831 Тирагк 1029 Подписное

Типография, пр. Сапунова, 2 напряжениями на поверхности образца брегговскими углами:

ctg Π(8o — 0 )

1 — р sinÐ ) где 0" и 0 — орегговские углы при перпендикулярной съемке к поверхности образца и при съемке под углом ф соответственно; коэффициентом термичсского расширения и брегговскими углами:

"т,— "т, а:

"г, Т,— Т1 (4) где дт, и Йг, — периоды решетки при температурах T и Т2 соответственно.

Если Т1 — — 20 С, то (4) преобразуется в Т 20 а: . (4а)

Т вЂ” 20

Так как 2dsittQ=nk, то а:, 1 . (5)

В (5) необходимо ввести поправку на сдвиг брегговского угла от возникающих на поверхности напряжений, а именно: .1 о

Решая совместно уравнения (1) — (6) и при условии, что It=0,25 и обозначив " К, R, (1 + а) (1 — и) Таким образом, для определения теплопроводности необходимо провести измерения брегговского угла при двух температурах, одна из которых, например, комнатная, и при высокой температуре провести определение напряжений sin ô-методом, т. е. провести съемку при двух различных углах падения излучения на образец, один из которых может быть равен, например, 90 .

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Образец устанавливают в гониометре дифрактометра и нагревают нихромовым нагревателем. При этом образец устанавливают коаксиально нагревателю. Тепловой поток определяют по электрической мощности, потребляемой нагревателем, за вычетом рассеянного вовне потока тепла. Последний определяют стандартным тепломером. Температуру образца определяют оптическим пирометром

ФЭМП-25, причем пирометрирование проводят через отверстие, выполненное в нагревателе (предполагается, что внутренняя полость нагревателя имитирует черное тело, поэтому измеренная температура приравнивается к истинной) . Охлаждение образца для создания температурного перепада производят охлаждением газом. Рентгенографирование производят через пазы, выполненные в стенке нагревателя.

Теплопроводность определяют по формуле где O=IU — Q„(IU — ток и напряжение на нагревателе, Q, рассеянный тепловой поток);

0 ; О ; О 2ю.с — брегговские углы при температуре Т и при комнатной температуре при перпендикулярной съемке (О ) и наклонной (p ) соответственно, (ф — угол наклона);

К вЂ” коэффициент формы (в случае тонкого

Я

35 стержня К= —, R — радиус стержня).

40 Способ определения теплопроводности твердых тел, заключающийся в том, что производят нагрев образца, измеряют тепловой поток и перепад температур в образце и по полученным данным определяют теплопроводность, 45 отличающийся тем, что, с Йелью упрощения реализации способа, перепад температур в образце определяют рентгенографическим методом, измеряя коэффициент термического расширения и величину термических напряже50 ний на поверхности образца, причем последнюю определяют с помощью sin g-метода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент США Хо 3015027, кл. 260 †.5, 55 1961.

2. Русаков А. А. Рентгенография металлов, ч. II, М., МИФИ, 1969, с. 174 — 179.

3. Харламов A. Г. Измерение теплопроводности твердых тел. М., Атомиздат, 1973, 60 с. 51 — 53.