Устройство для определения коэффициента теплопроводности

Устройство для определения коэффициента теплопроводности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ щ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Рвслублик (22) Заявлено 17. 01. 79 (21) 2713943/18-25 ) (5 ) М с присоединением заявки Мо— (23) Приоритет— ь 01 и 25/18

Государственный коюнтет

СССР но делаю изобретений н открытий

ОпУбликоваио 301М0. ©ллетеиь 89 44

Дете опубликования описания 361180 (Ì Уд< 536. 2 (088. 8) (72) Авторы изобретения

О. A. Геращенко, T. Г. Грищенко, Е. Ф. Андреев и .д. П. Лебедев

Институт технической теплофнзики

AH украинской ССр

Pfl) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТЛ

ТЕПЛОПРОЬОДНОСТИ

Изобретение,относится к устройствам для исследования теплофизических свойств материалов.

Известно устройство для измерения теплопроводности, основанное на использовании нестационарных или стационарных методов измерений 1) .

Большинство устройств, работающих по нестационарным методам, предназначены для прямых измерений значений коэффициента температуропроводности, на основании которого получают косвенным путем значение коэффициента теплопроводности. для получения неэависиьаях данных о теплопроводности 15 служат приборы и устройства, основанные на стационарных методах. Эти приборы и устройства реализуют методики, основанные на использовании шаровых, цилиндрических или пластинчатых образ-26 цов.

Ближайшим к изобретению техническим решением является устройство для определения коэффициента теплопровод- 2з ности (2) на плоских образцах в стационарном режиме, содержащее нагреватель, холодильник, держатель образца исследуемого материала, плоский датчик теплового потока, размещенный в сред" 3Î ней части плоскости холодильника, термопары, индикатор толщины образца.

Слоистый датчик теплового потока приклеен к рабочей поверхности холодильника и выполнен с покрытием холодильника для создания одномерного теплового потока.

Для измерения напряженности температурного поля поверхности образцов, спаи и электроды термопар выполнены ленточными и заделаны в лист из эластичной резины так, чтобы место спая лежало на поверхности в центральной части. Нагреватель представляет собой массивное медное тело с канавками, в которые уложена нихромовая спираль.

К недостаткам укаэанного прибора следует отнести: наличие систематических погрешностей измерений за счет искажений температурного н теплового полей в исследуемом образце, вызванных неоднородностью термосопротивлений датчика теплового потока н окружающего его покрытия; относительную узость диапазона измерений.

Целью изобретения является увеличение точности и расширение диапазона измерений.

783664

Диаметр образца б составляет более 4 двух диаметров .цатчика 3, а отношение толщины образца к диаметру образца — менее 0„2 с целью сохранения одномерности тепло-ого потока, пронизываю .4ега образец 6 и датчик 3, при раз-g лич1-,ых режимах испытаний.

Соосно с нагревателем и холодильн;-;ком установлен держатель 5 образца исс едуемого материала, на нижней и верхней поверхностях которого раз" мещены термопары 7 з эластичных обклад ках 8 ° размер и геометрия последних

3 идентичны II0BepxHocTH ХОлодильника и нагревателя. апай каждой термопары

О расположен в центре одной из поверхностей эластичной обкладки M помещен на соответствующей поверхности образца. Термопары изготовлены из стандартной термозлектродной проволоки, диаметр которой может быть 0,1-0,3 мм.

Для улучшения теплового контакта спал

"-О,5(Е„+а К

Поставленная цель достигается тем, что покрытие холодильника для создания одномерного теплового потока и датчик теплового потока выполнены в монолите из идентичного материала с равными термосопротивлениями, площадь чувствительной поверхности датчика тенлового потока составляет не более

0,01 площади рабочих поверхностей холодильника и нагревателя, а диаметр образца составляет более двух диаметроэ датчика теплового потока, причем отношение толщины образца к его диа-. метру менее 0,2. На.чертеже изображен предлагаемый прибор для определения коэффициента теплопроводности„ общий вид.

Прибор содержит нагреватель 1, холодильник 2 с датчиком 3 теплового потока, имеющим покрытие 4, держатель

5 образца 6 исследуемого материала, термопары 7 в эластичных обкладках

8 и индикатор толщины образца (на чертеже не указан).

Датчик 3 теплового потока с нокрыткем 4 прикреглен к поверхности холодильника 2 и закреплен соосно с xvлодильником ?.. Покрытие 4 и датчик 3 выполнены в одном монолите и равными по термосопротнвлению с целью создания однородной по термическому сопротиэлению зоны по всей рабочей поверхности холодильнчка для исключения влияния краевых эффектов пс границе датчи<а теплового потока.

Площадь чувствительной поверхности датчика 3 составляет менее 0„01 площад== рабочей поверхнОСтн ХОлодильника, чтобы измеряемый датчиком тепловой поток, пронизывающий исследуемый .образец б, не был подаержен искажениям вследствие боковых эффектов в образце при испытаниях различных ио теплопроводности материалов на разных температурных уровнях. Эта величина определена аналитически и подтверждена экспериментально термопары с поверхностью исследуемого образца термозлектродная проволока в, области спая н далее до ьыхода из эластичной обкладки прокатана в тонкую ленту максимальной ширины и минимальной толщины, при этом толщина ленты, соответственно и используемой проволоки, выполнена равной 0,450,15 диаМетра, а ширина — более трех диаметров термоэлектрода.

Технологические испытания показа Е ли, что введенные соотношения должны быть выполнены,. поскольку при развальцавке проволоки до толщины большей указанной величины не происходит хорошего облегания спая эластичной j$ обкладкой при сжатии с образцом и не достигается поставленная цель — увеличение точности измерений, а при развальцоэке до толщины меньшей указанной величины теряются прочностные

Зъ качества спая термопары. При этом ширина ленты должна составлять не менее трех начальных диаметров проВОЛОКИ.

Устройство работает следующим обРаЗОМ.

Образец 6 исследуемого материала

В держателе Ь располагают между термоиарами в эластичных обкладках 8 и помещают в зазор регулируемой высоты между нагревателем 1 и холодиль® ником 2 таким образом, чтобы, вопервых, спаи верхней и нижней термопар касались соответственно центра верхней и нижней поверхностей образца и, во-вторых, нагреватель, холо35 дильник и образец были соосны. Ба нагреватель 1 от сети через стабилизатор и трансформатор подается напряжение. Одновременно включается прокачка через холодильник 2 термостащ тироваиной жидкости, с помощью которой осуществляется теплоотвод от образца и задается температура его нижней поверхности.

При достижении стационарного состояния, через 60-80 мин после начала работы, измеряются сигналы датчика теплового потока е и соединенных дифференциально термопар b,å, записываются показания индикатора толщины

h,,и коэффициент теплопроводности вычисляется по расчетной формуле

Я. КАК. ° И ед /h, е, рт (м. К) где К, — коэффициент датчика теплового потока, определяемый при градуировке прибора, .В Вт/(м мВ);

К вЂ” чувствительность термопары, MH/K; h — м.

Измеряемое значение коэффициента теплопроводности относится к средней температуре образца, которая опреде ляется как среднее арифметическое значение показаний верхней и нижней термопар:

783664

Формула изобретения

Составитель В.Гусева

Редактор Н.Спиридонова Техред A.ùåïàíñêàÿ Корректор Г.Назарова

Заказ 8537/46 Тираж 1019 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

)13035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.ÓæãÎðîä, ул.Проектная,4 где е1, е — сигналы с верхней и нижней термопары, мВ..

Применение данного прибора для определения коэффициента теплопроводности на плоских образцах в стационарном режиме позволяет: увеличить точность измерений эа счет соблюдения относительных размеров образца н используемого датчика теплового потока, выполненного в монолите с охранным покрытием с равным термическим сопротивлением, а также за счет устранения влияния контактных термических сопротивлений на измерение входящей в .расчетную формулу разности температур при помощи тонких ленточных термопар снизить погрешность измерений до.А 4%; расширить диапазон измерения коэф:фициента теплопроводности от

0,03 Вт/м-К до 5,0 Вт/и К эа счет конструктивных особенностей и соблюдения относительных размеров прибора.

Устройство для определения коэффициента теплопроводностн на плоских образцах в стационарном режиме,содержащее нагреватель, холодильник, датчик теплового потока, держатель образца исследуемого материала,ленточные термопары в эластичных обкладках установленные соосно, и индикатор толщины образца, причем датчик теплового потока приклеен к рабочей поверхности холодильника и выполнен с покрытием холодильника для создания одномерного теплового потока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения точности и расширения диапазона измерений, покрытие холодильника для создания

1© одномерного теплового потока и датчик теплового потока выполнены в монолите из идентичного материала с равными термосопротивлениями, площадь чувствительной поверхности датчика !

3 теплового потока составляет не более

0,01 площадей рабочих поверхностей холодильника н нагревателя, а диаметр образца должет быть более двух диаметров датчика теплового потока,при;@ чем отнсюение толщины образца к его диаметру должно составляеть менее 0,2.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Осипова В.A. Экспериментальное исследование процессов теплообмена.

И.-Л., "Энергия", 1964, с.7-60.

2. Геращенко О.A. Основы теплометрии. Киев, "Наукова думка", 1971, 30 с.155-156.