Изобретение относится к измерительной технике. Сущность изобретения состоит в том, что помещают исследуемый материал в виде пластины толщиной d с известной площадью сечения S в конденсаторный первичный преобразователь, содержащий два измерительных электрода с одинаковой рабочей емкостью Ср, расположенных по линии распространения тепла на расстоянии l друг от друга, и нагревательное устройство; задают режим нагрева и определяют мощность нагрева Р=UI; измеряют средние квадраты напряжения электрических флуктуаций
и диэлектрические характеристики: ![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
- диэлектрическую проницаемость и ![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
- коэффициент диэлектрических потерь без воздействия внешнего электрического поля и по полученным данным рассчитывают коэффициент теплопроводности
по приводимой формуле. Техническим результатом изобретения является повышение информативности результатов определения коэффициента теплопроводности. 1 ил.
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при производстве высокомолекулярных соединений, а также для прогнозирования изменения физических свойств полимеров при различных условиях эксплуатации.
Известны способы определения коэффициента теплопроводности полимеров
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
(см. Годовский Ю. К. Теплофизические методы исследования полимеров. - М.: Химия, 1976, 216 с.), основанные на закономерностях стационарного и нестационарного теплового потока, в общем случае процесс передачи теплоты теплопроводностью в твердом теле сопровождается изменением температуры Т как в пространстве, так и во времени: Т=f(х, у, z, t), (1) где х, у, z - координаты точки; t - время.
Уравнения двухмерного температурного поля для режима стационарного: T = f(x,y);
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8706.gif)
T/
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8706.gif)
t =
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8706.gif)
T/
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8706.gif)
z = 0; (2) нестационарного: T = f(x,y,t);
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8706.gif)
T/
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8706.gif)
z = 0,
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8706.gif)
T/
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8706.gif)
t
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8800.gif)
0. (3) Уравнение (4)
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449467.gif)
дифференциальное уравнение теплопроводности (или дифференциальным уравнением Фурье) для трехмерного нестационарного температурного поля при отсутствии внутренних источников теплоты. Оно является основным при изучении вопросов нагревания и охлаждения тел в процессе передачи теплоты теплопроводностью и устанавливает связь между временным и пространственным изменениям температуры в любой точке поля. Здесь с
р - удельная теплоемкость,
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/961.gif)
- плотность.
Главный недостаток стационарных методов является длительность установления необходимого теплового режима при каждой заданной температуре. Существующие нестационарные методы имеют одно существенное ограничение - теория этих методов предполагает слабую зависимость теплофизических характеристик от температуры. Последнее ограничивает применение нестационарных методов в области фазовых и релаксационных переходов полимеров.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения теплопроводности материалов (см. А.с. СССР 1392475, кл. G 01 N 25/18), заключающийся в том, что воздействуют на образец линейным источником тепла, измеряют мощность источника тепла и температуру по линии воздействия в 2 момента времени. Коэффициент теплопроводности рассчитывают по формуле:
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449468.gif)
Q - линейная плотность мощности источника, Вт/м; T
1, T
2 - термодинамические температуры, соответствующие времени измерения
1,
2; b - скорость разогрева.
Недостаток метода - нечувствительность к релаксационным процессам, происходящим в исследуемом образце.
Техническим результатом изобретения является повышение информативности результатов определения коэффициента теплопроводности.
Сущность изобретения состоит к том, что помещают исследуемый материал в виде пластины толщиной d с известной площадью сечения S в конденсаторный первичный преобразователь, содержащий два измерительных электрода с одинаковой рабочей емкостью С
р, расположенных по линии распространения тепла на расстоянии l друг от друга, и нагревательное устройство; задают режим нагрева и определяют мощность нагрева Р=UI; измеряют средние квадраты напряжения электрических флуктуаций
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449469.gif)
и диэлектрические характеристики:
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/697.gif)
- диэлектрическую проницаемость и
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/698.gif)
- коэффициент диэлектрических потерь без воздействия внешнего электрического поля и по полученным данным рассчитывают коэффициент теплопроводности
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
:
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449470.gif)
где k - постоянная Больцмана,
0- электрическая постоянная;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
f - полоса частот; f - частота измерения среднего квадрата флуктуационных напряжений на зажимах соответственно первого -
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449471.gif)
и второго -
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449472.gif)
преобразователей;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/697.gif)
,
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/698.gif)
- диэлектрические проницаемость и коэффициент потерь в месте размещения первичных преобразователей; U, I - напряжение и сила тока нагревателя, задающего поток тепловой энергии.
Предложенный способ поясняется следующей блок-схемой, представленной на чертеже. Образец 1 помещается в первичный измерительный преобразователь, состоящий из потенциальных электродов 2 и 3, нагревателя 4, электромагнитного экрана 6. Нагреватель подключен к блоку питания 5, напряжение на выходе которого контролируется вольтметром 8, сила тока - амперметром 9. Средний квадрат напряжения электрических флуктуаций определяется селективным вольтметром 7. Ключ К служит для выбора электрода.
Основные теоретические положения изобретения заключаются в следующем. Поместим полимерный диэлектрик в виде пластины толщиной d в двухэлектродный конденсаторный измерительный преобразователь с дисковыми электродами. Электроды располагают друг от друга на расстоянии l. Такой объект является шумящим двухполюсником, для которого в состоянии равновесия в области частот hf<<kT: где h - постоянная Планка, может быть получено выражение для среднего квадрата напряжения на каждом из его потенциальных электродов (см. Высокомолекулярные соединения, сер. А, 1990, т. 32, с. 1560 - 1563):
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449473.gif)
Один из концов пластины нагревается. При этом в исследуемом образце создается градиент температур и начинается процесс переноса тепловой энергии. Примем следующие допущения:
1) внутренние источники теплоты отсутствуют;
2) среда, в которой распространяется тепло, однородна и изотропная;
3) используется закон сохранения энергии, который для данного случая формулируется так: разность между количеством теплоты, вошедшей вследствие теплопроводности в анализируемый образец за время dt и вышедшей из нагреваемой части за то же время, расходуется на изменение внутренней энергии рассматриваемого объема.
Коэффициент теплопроводности исследуемого образца может быть определен как:
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449474.gif)
где Р - мощность нагревателя, определяемая как P=UI. Здесь U - напряжение источника питания, I - сила тока, потребляемая нагревателем.
Определяя температуры T
1, T
2 по направлению распространения тепловой энергии на основе измерения средних квадратов тепловых электрических флуктуации, существующих на зажимах первичных преобразователей
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449475.gif)
соответственно, и диэлектрические характеристики при данных температурах (см. патент РФ 1746281, кл. G 01 N 27/22):
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/697.gif)
- диэлектрическую проницаемость и
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/698.gif)
- коэффициент диэлектрических потерь, рассчитываем коэффициент теплопроводности
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/955.gif)
по формуле:
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449476.gif)
где k - постоянная Больцмана;
0- электрическая постоянная;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
f - полоса частот; f - частота измерения среднего квадрата флуктуационных напряжений па зажимах соответственно первого -
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449477.gif)
и второго -
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449478.gif)
преобразователей.
Предлагаемый способ определения коэффициента теплопроводности полимерных материалов позволяет существенно расширить экспериментальные возможности анализа высокомолекулярных соединений.
Формула изобретения
Способ определения коэффициента теплопроводности полимерных материалов, заключающийся в том, что воздействуют на образец линейным источником тепла, измеряют мощность источника тепла и температуру по линии воздействия, отличающийся тем, что помещают исследуемый материал в виде пластины толщины d с известной площадью сечения S в конденсаторный первичный преобразователь, содержащий два измерительных электрода с одинаковой рабочей емкостью С
р, расположенных по линии распространения тепла на расстоянии l друг от друга, и нагревательное устройство; задают режим нагрева и определяют мощность нагрева Р= UI; измеряют средние квадраты напряжения электрических флуктуаций
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449479.gif)
и диэлектрические характеристики:
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/697.gif)
- диэлектрическую проницаемость и
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/949.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/698.gif)
- коэффициент диэлектрических потерь без воздействия внешнего электрического поля и по полученным данным рассчитывают коэффициент теплопроводности
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449480.gif)
где k - постоянная Больцмана;
0 - электрическая постоянная;
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/916.gif)
f - полоса частот;
f - частота измерения среднего квадрата флуктуационных напряжений на зажимах соответственно первого
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449481.gif)
и второго
![](https://img.poleznayamodel.ru/img_pat/44/449482.gif)
преобразователей;
U, I - напряжение и сила тока нагревателя, задающего поток тепловой энергии.
РИСУНКИ
Рисунок 1