Способ измерения теплоемкости материалов

союз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ц 5 601 И 25/ БРЕ Изобретение ским измерениям ледования тепло материалов.Целью изобр ние точности и ум рения. 00 ЬЭ тся повышеремени изметения яв еньшени ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Институт сверхтвердых материаловАН УССР(56) ТаКаЬазЫ . Везепт Оечеортемз иЕхрегтема МеВос 3 з аког Неат-СарстуМеазцгегпептз, - Рцге апО Арр. Сает., 1976,ч, 47, р. 323-331.Авторское свидетельство СССРМ 451004, кл. 0 01 ч 25/20. 1972,(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОЕМКОСТИ МАТЕРИАЛОВ(57) Способ относится к теплофизическимизмерениям и может быть использован для относится к теплофизичеи предназначено для иссфизических характеристик На чертеже представлена схема установки для осуществления способа,Установка содержит тепловой импульсный источник 1 с двумя идентичными по энергии тепловыми импульсами, нагревающими передние поверхности исследуемого образца 2 и эталона 3, находящихся в одинаковых условиях теплообмена, термопреобраэователи 4 и 5, усилители 6 и 7, фотодиод 8, цифровые вольтметры 9 и 10 и микро-ЭВМ 11,Я 2, 1 б 89 Я ;, : - иизмерения теплоемкости материалов. Цель изобретения - повышение точности и уменьшение времени измерения. Для этого нагревают тепловым импульсом переднюю поверхность образца и эталона, находящихся в одинаковых условиях теплообмена с окружающей средой, и регистрируют изменение температур их задних поверхностей. При этом измерение проводят, используя регулярный режим изменения температур задних поверхностей образца и эталона, а тепло- емкость определяют по малым приращениям температур на образце и эталоне, измеряемым в двух точках временной зависимости температуры после наступления регулярного режима. 1 ил. Сущность способа заключается в следующем,Вместе с образцом в виде тонкого диска конечных размеров в термостатированном объеме размещают аналогичный по размерам эталон, на передние поверхности которых подают одинаковые по энергии тепловые импульсы, вызывающие повышение температуры их задних поверхностей, При этом, начиная с некоторых значений температур (в общем случае разных для образца и эталона), устанавливается постоянная скорость этого повышения, т,е. возможность аппроксимации ее прямой линией, что характеризует установление в образце и эталоне регулярного теплового режима 1-го рода. Его начало определяетсятемпературой Тн-Т, когда в малой ее окрестности начинает выполняться неравенствод =1 -Т - Ть 1)/(Ъ - Т)К 1 (1) где Ть 1, Т 1+1 - значения температуры на температурно-временной зависимости повышения температуры задней поверхности образца (эталона) в окрестности температуры Т слева и справа от нее соответственно, взятые за одинаковый интервал времени, К.Формула для расчета теплоемкости образца определяется из системы уравнений теплового баланса для случая регулярного теплового режима образца и эталона, при этом выбирают рабочую точку регулярного режима, удовлетворяющую следующим условиям: То=Тэ (в общем случае 1 о= Ь) при Оо = Оэ, от которой определяют малые приращения температуры ЬТо и ЬТэ при регулярном режиме ее изменения на задних поверхностях образца и эталона соответственно, взятые за одинаковые промежутки времени Л 1, где То, 1 о, Тэ, тэ - температуры и соответствующие им времена соответственно образца и эталона при регулярном режиме их изменения, Оо, Оэ - энергия теплового импульса, поглощенная передней поверхностью образца и эталона,Формула определения теплоемкасти Со имеет видСо = Сэ --ЬТэТо(2) где Сэ - теплоемкость эталона.Как видйо из расчетной формулы (2), для определения теплоемкасти образца не нужно измерять величину энергии теплового импульса, а также определять и контролировать стабильность коэффициента поглощения передней поверхности в течение всего эксперимента или от образца к образцу. Достаточно лишь добиться идентичности коэффициента поглощения передней поверхности у образца и эталона, для обеспечения Оо=Оэ, например, с помощью соответствующих покрытий, что практически осуществить намного проще. Время измерения при предлагаемом способе значительно уменьшается, так как регулярный режим, наступление которого определяется неравенством (1), начинается на начальной стадии температурного приращения. При этом погрешность определения температуры регулярного режима уменьшается, так как, во-первых, регулярным режим начинается через малое время после прихода теплового импульса, когда тепловые потери незначительны и могут не учитываться, а во-вторых, при определении их отношения в уравнении (2) исключаются систематические и инструментальные погрешности измерения температуры потому, что измеряется отношение их разностей в двух точках временной зависимости приращения температур образца и эталона за одинаковое время т,П р и м е р. Способ может быть реализован с помощью установки, содержащей тепловой импульсный источник 1, например лазер типа "Арзни", особенностью которого является наличие двух самосогласованных через отражательную призму резонатора активных элементов на рубине, чта позволяет получить на выходе два идентичных по энергии тепловых импульса, нагревающих передние поверхности, находящиеся в одинаковых условиях тепло- обмена с окружающей средой, исследуемого образца 2 и эталона 3, например, диаметрами 5 мм, толщиной 2 мм, термопреобразователей 4 и 5 любого вида, например хромель-алюмелевые термопары с диаметрами электродов 0,1 мм, одна из которых регистрирует изменение температуры задней поверхности образца, а другая - эталона, сигналы с которых поступают через усилители 6 и 7 и запускаемые по сигналу с фотадиода 8, установленного на выходе лазера, на цифровые вольтметры 9 и 10, а затем на микроЭВМ 11. В ней регистрируотся временные зависимости температурных приращений задних поверхностей образца и эталона, анализируются согласно выражению (1) и определяются: температура Тн, участок временной зависимости температурного приращения вблизи Тн, для которого удовлетворяется условие То=Тэ, отношение температурных приращений ЬТэ/ ЛТо за одинаковый интервал времени, значение Со по формуле (2) с учетом величины Сэ, находящейся в памяти микро- ЭВМ,Установка, реализующая способ позволяет легко проводить калибровку путем установки вместо образца эталона, т.е. двух одинаковых эталонных образцов, По идентичности температурных приращений на их задних поверхностях можно судить, что удовлетворяется равенства Оо = Оэ. Способ может быть использован для измерения теплоемкости материалов в широком диапазоне температур как в вакууме, так и в газовой среде при наличии значительных конвективных потерь с поверхности образца в заводских условиях или в условиях измерительной лаборатории при дроведении научно-исследовательной работы.1689828 Составитель Н. Грищенкоедактор О.Юрковецкая Техред М,Моргентал Корректор М. Шаро каз 3808 Тираж ВНИИЛИ Государственного комитета по изо 113035, Москва, Ж, РаПодписное тениям и открытиям кая нзб 4/5КНТ СССР водственно-издательский комЗйнэт ГГатент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Формула изобретения Способ измерения теплоемкости материалов, заключающийся в том, что подают одинаковые тепловые импульсы на передние поверхности эталона и исследуемого образцв и измеряют временную зависимость повышения их температур на зэдних поверхностях, отл ича ю щи й с я тем, что, с целью повышения точности и уменьшения времени измерения, измерение повышения температур проводят на стадии регулярного режима их изменения, при этом теплоемкость образца определяют по фор- муле ЬТэСо=С -ДТ -где Со, Сэ - теплоемкость образца и эталона соответственно;5, Т - малое прирэщение темперэтурыобразце за интервал времениа к температуре образца То, равной температуре этало- .на Тэ на стадии регулярного режима их изменения;10 ЛТв - малое приращение температурыэталона за интервал времени Ьт к температуре эталона Т, равной температуре образце Т на ствдии регулярного режима их