Способ измерения теплопроводности веществ

 

Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к определению теплопроводности веществ. Цель изобретения - повышение точности и чувствительности. Цель достигается за счет сужения диапазона измерений, в котором определяется теплопроводность, путем введения между теплопроводящим элементом и образцами, как исследуемым, так и эталонным дополнительных элементов с тепловыми сопротивлениями R @ и R @ , которые выбирают в зависимости от необходимого диапазона измерения. 1 ил.

союз соэетсних социАлистичесних

ЙСГ1УЬЛИН (51) 5 С 01 И 25/18

ГосудАРстВенныЙ комитет по изот етениям и отн1 ытиям е и гннт ссс

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

1 (e1) 1376021 (21) 4637083/31-25 (22) 12,01.89 (46) 15.10.90. Бюл, Р 38 (71) Львовский политехнический институт им. Ленинского комсомола (72) Е.П. Пистун, И.С. Василькивский, Я.T. Рогоцкич, Я.П, 1Осык и О.М. Вента (53) 536.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1376021, кл. G 01 N 25/18, 1986. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ВЕЩЕСТВ

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть ис- . пользовано для измерения теплопровод, ности широкого круга веществ.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности за счет сужения диапазона измерений.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство состоит из электрического нагревателя 1, размещенного на теплопроводящем элементе 2 с возможностью перемещения вдоль его оси. К стокам тепла 3 примьп<ают.идентичные по геометрическим размерам исследуе-. мый образец 4 и эталонный образец 5.

Между образцами и теплопроводящим элементом расположены тепловыравнивающие пластины 6 с вмонтированными в них спаями дифференциальной термо2 (57) Изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к определению теплопроводности веществ. Цель изобретения — повышение точности и чувствительности. Цель достигается за счет сужения диапазона измерений, в котором определяется теплопроводность, путем введения между теплопроводящим элементом и образцамп, как исследуемьм, так и эталонным дополнительных элементов с тепловыми сопротивлениями Rg и Rg, которые выбирают в sar висимости от необходимого диапазона измерения, 1 ил..пары 7 и элементами 8 и 9 с рассчитанными тепловыми сопротивлениями, соответственно Rg u Rg . Уравнение, температур пластин контролируется нуль-индикатором 10.

Способ реализуется следующим образом.

Исследуемый 4 и эталонный 5 образцы, тепловыравнивающие пластины 6 и элементы 8 и 9 прижимают к теплопроводящему элементу 2 с помощью стоков тепла 3. Включают в сеть электрический нагреватель 1. После установле.ния показаний нуль-индикатора 10 перемещают электрический нагреватель вдоль теплопроводяцего элемента 2 таким образом, чтобы в стационарном тепловом режиме сигнал дифференциальной термопары 7 равнялся нулю, и по положению нагревателя 1 относи" . тельно эталонного1и исследуемого об1599740 разцов определяют теплопроводность „ исследуемого материала по формуле

4 э 1 + ki1Эа зЬ и э х г 3, где 1, 1 — толщина соответственно исследуемого и эталонного образцов;

1 ; 1g — толщина элементов 8 и 9;

Я

S S площади поперечных сечений эталона и образцау — теплопроводность исслеМ р дуемого и эталонного образцов;

1 ; 1 — расстояние от нагревателя до исследуемого и эталонного образцов соответственно в момент

R И,(И + 1) (2) К,(Ni + 1) а,— г (3) тепловое сопротивление элемейта, контактирующего с теплопроводящим элементом со стороны исследуемого образца; тепловое сопротивление элемента, контактирующего с теплопроводящим элементом со стороны эталонного образца; тепловое сопротивление теплопроводящего элемента; нижний и верхний предел предполагаемого диапазона измерения

R /Кэ= jN(, И ) соответственно; 1 отношение тепловых сопротивлений образца и эталона. где а,Ni>

Э условия равновесия данной мостовой схемы;

К, К вЂ” коэффициенты, устанавливающие зависимость между теплопроводностью 8,, элементов 8 и 9 и теплопроводящего элемента 2 (К,=

= Ag,/а,; К,=%д,/Я, ).

Тепловые сопротивления элементов

8 и 9 Rg u Rg рассчитывают предва1 рительно в завйсимости от необходиМого диапазона измерения по формулам

Пример. Необходимо измерить отклонение коэффициента теплопровод" ности в образцах из одного материала и одинаковых геометрических размеров, При этом допускается, что он изменяется в пределах + 107, т.е. R /R =

= 0 9; 1,1. Для того, чтобы повысить чувствительность установки, реализующей предлагаемый способ, рассчитываем тепловые сопротивления дополнительных элементов, учитывая, что теплопроводящий элемент выполнен из низкоуглеродистой стали (Ът =

= 54 Вт/(м K)) и имеет диаметр 15 мм и длину 70 мм:

7,34 О, 9(1, 1 1) — 69 4 (К(Вт) Э, 1, 1-0,9

7,34 (О, 9 + 1) = 69 7 (К/Вт)

1,1-0,9

Э

Тепловое сопротивление теплопроводящего элемента, изготовленного из ьизкоуглеродистой стали равно

70 10 = 7 34 (К/Вт)

7 15

54 ч- 10

Элементы 8 и 9 изготавливались из, органического стекла с g =0,194 Вт/ м хК, диаметром 15 мм. Толщина рассчи

1 тывалась из формулы: R =-— AS

13, 10

69У4 = ..,, 1 5, У

0,194 — — . 10

->

69 7—

У

40 4

0,194 10

Отсюда 1 = 2,4 MM ° 1 = 2 4

Измерялись изменения теплопроводности по длине полупроводникового слитка диаметром 10 мм, из которого изготовлялись образцы одинаковой толщины — 2 мм. Измерения показали немонотонное изменение теплопроводности полупроводникового материала по длине слитка в пределах 1,385O i 56 Вт/м К. Полученные данные хорошо согласуются с паспортными данными °

Предлагаемый способ позволяет повысить точность измерения теплопрбводности веществ за счет выбора необходимого дпапазона измерения и повьппения чувствительности. (2

Кт N1(N + 1) . д, N И

К,(М, +1)

"4 N, - < где R g — тепловое сопротивление

1 Х э

Корректор 11 ° Ренская

Заказ 3138 Тираж 499 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

5 1599740

Формула изобретенияСпособ измерения теплопроводности веществ по авт. св. N 1376021, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения и чувствительности, контакт между теплопроводящим элементом и образцами, как исследуемым, так и эталонным, осуществляется через дополнительные элементы с тепловыми: сопротивлениями, которые выбирают в зависимости от необходимого диапазона измерения по формулам

Составитель Н. Грищенко

Редактор Т. Парфенова Техред Л.Олийнык элемента, контактирующего с теплопроводящим элементом со стороны ис следуемого образца; тепловое сопротивление элемента, контактирунг щего с теплопроводящим элементом со стороны эталонного образца; тепловое сопротивление теплопроводящего элемента нижний и верхний предел предполагаемого диапазона измерения Rq/К э = М И соответствен но; тепловое сопротивление образца и эталона соответственно.