Способ определения теплофизических характеристик материалов

АЯл убиблиотека щ;.А Союз Советских Социалистических РеспубликОп ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51) М. Кл. б 01 п 25 присоединением з вкиГосударственный комите Совета Министров СССР оо делам иэооретений н открытий(72) Авторыизобретен А. Ефимов ириллов е тог адск Заявитель СОБ ОПР ХАРАКТ(54) ЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХСТИК МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к определению теплофизических характеристик (коэффициентовтеплопроводности, температуропроводностиудельной теплоемкости) преимущественнонеметаллических материалов.Применительно к плоской форме образцов известен способ, по которому производятнагрев пакета, состоящего из четырех идентичных образцов, центрального и двух поверхностных нагревателей; при этом на центральный нагреватель подают постояннуюмощность, а температуру поверхностных нагревателей изменяют с постоянной скоростью.Температуру образцов измеряют в трехточках: в центре пакета (у центрального нагревателя), у поверхностного нагревателя имежду образцами. По этим измерениям вычисляют комплекс теплофизических характеристик. В такой схеме могут возникнутьобычные при теплофизических измеренияхсистематические погрешности, в частности,связанные с неидентичностью термо-э.д.с. илис,погрешностями градуировки термопар.Учесть эти погрешности расчетным путем затруднительно,Цель изобретения - повышение точностии достоверности экспериментальных данных,в частности, за счет сведения к минимумууказанных выше погрешностей.Определение теплофизических характеристик материалов осуществляют на симметричном пакете из 2-х образцов, путем нагрева их центральным и поверхностным нагревателями и измерения температур в задан ных точках образца.По предлагаемому способу при постоянной мощности тепловыделения центрального нагревателя чередуют два режима нагрева - при поддержании температуры наружных по О верхностей образцов равной температурецентра пакета и температуре на половине толщины образца. Затем сопоставляют результаты, полученные при указанных режимах, например, перепады температур, и по 15 ним судят о достоверности эксперимента, апри наличии, систематических погрешностей производят исключение их расчетным путем,Измерение температур осуществляют в3-х точках пакета: у центрального и поверх.20 ностных нагревателей и на половине толщины образца.Проведение двух чередующихся режимогнагрева на одном и том же пакете без егг разборки позволяет по получаемым в опытах 25 величинам (перепады температур и скоростнагрева) произвести независимые вычисления всех теплофизических характеристик,Преимущество предлагаемого способа заключается в том, что сопоставление перепа. Зо дов температур и скоростей нагрева, измера -2 Д 1,Л - Чс 1 2 Ы, аг.ат. рснных нри двух режимах нагрева позволяет исключить ряд систематических погрешностей измерений, При этом используется то обстоятельство, что теоретическое отношение перепадов температур и скоростей нагревов в двух режимах постоянно (конкретные значения зависят от формы образцов),Предлагаемый способ и один из вариантов его реализации (применительно к плоской форме образцов) иллюстрируется чертежом.Собирают пакет, состоящий из двух идентичных образцов 1 толщиной 10 - 12 мм и трех малоинерционных нагревателей 2, 3, выполненных из константановой фольги, толщиной "-10 мм. Измерение температур осуществляют посредством медь-константановых термопар 4, 5, 6; 4, 5, 6 толщиной 0,1 мм. Для заделки термопар на поверхностях образца делают прорези, корольки спаев располагают в центральной части пакета. Для заделки термопар 5 и 5, предназначенных для измерения температуры на половине толщины образца, делают сверления. Для упрощения сборки образец можно делать разъемным, в этом случае пакет будет состоять из четырех идентичных образцов толщиной 5 - 6 мм. Регулирующие термопары (на чертеже не показаны) заделывают вблизи измерительных.Измерительные термопары выводят на самописец. Поверхности пакета тщательно изолируют. Собранный пакет помещают в струбцину, обеспечивающую постоянное поджатие. При работе в отрицательном температурном диапазоне собранный пакет помещают в вакуумную камеру. На центральный нагреватель подают постоянную мощность, Мощность, подаваемая на нагреватели, расположенные на поверхностях, зависит от осуществления граничных условий: температура поверхностей поддерживается равной температуре центра или температуре на половине толщины образца. Для поддержания равенства температур в обоих случаях применяют одну и ту же систему автоматического регулирования,Эксперимент можно проводить двояким путем: последовательно проводить два опыта с постоянными граничными условиями или чередовать регулирование мощности поверхностных нагревателей в течение одного опыта. Измерения температур проводят после установления квазистационарного теплового режима. В первом случае замеры начинают с момента времени, когда Ро = 0,5 (Ро - критерий Фурье) после включения нагревателей, во втором - с момента времени, когда Ро=0,5 после переключения мощностей поверхностных нагревателей. При использовании плоских образцов вычисления проводят по формулам:Ь - при поддержании температуры на ностях, равной температуре в центре 2 Ч с , 1 л= - ; а= 3 Л,Д 1 т)эт с -2 Чсзрт,а 1 О Из сопоставления двух групп формул видно, что теоретическое отношение перепадов З 5 температур в двух режимах при отсутствиипогрешностей равно - = 4/3, аналогично, соотношение скоростей нагрева 40 Совпадение отношений теоретических значений перепадов температур или скоростей 45 нагрева с экспериментальными свидетельствует об отсутствии погрешностей.При наличии погрешности, вызванной градуировкой термопар или невыявленным различием их термо-ЭДС, измеренные перепады 50 будут равны: М изи.1 Ьист,1 Го Лиризм,2 Мист.2+ 5 + 0 (о)55 гДЕ Ми, Л 1 и., Л 1 1, Л 1 и 2 - измеРенные и истинные перепады температур,б - погрешность, вызванная градуировкой термопар или невыявленным различиемих термо-ЭДС, 0 (б) - величина, малая посравнению с б.Совместное решение двух последних уравнеД 1 ист.2 4ний с учетом позволяет найти бДеист. 355 и тем самым исключить систематическую по - при поддержании температуры на поверхностях, равной температуре на половине толщины образца.Здесь л, а - коэффициенты теплопровод.ности и температуропроводности,с - удельная теплоемкость,д, - мощность, выделяемая на центральном нагревателе,о: - плотность исследуемого материала,М, и Л 12 - перепады температур между температурами на поверхностях25 (центре) пакета и половине толщины образца и между температурой в центре пакета и температурой на половине толщины образца соответственно,аТ, аТ,ЗО - и - скорости нагрева двух режимов нагрева.5грсшпость при определении теплофнзическпх характеристик по расчетным зависимостям. Исключение погрешности 6 особенно важно при проведении экспериментов с малыми М (порядка нескольких градусов), так как по мере уменьшения перепадов Л 1 в вклад величины Ь в Л 1 становится все более значительным. Уменьшение же перепадов желательно для сведения к минимуму погрешностей, обусловленных зависимостью измеряемых теплофизических свойств от температуры.Дополнительным средством контроля является сопоставление скоростей нагрева.Предлагаемый способ может оыть реализован также при цилиндрической и шаровой форме образцов,4790316Праздно пзобрстепияСпособ определения теплофизических характеристик материалов, путем нагрева пакета из двух образцов, центральным и по 5 верхностным нагревателями и измерениятемператур в заданных точках образца, отличаюиийся тем, что, с целью повышения точности за счет уменьшения систематических погрешностей, задают постоянную мощность10 тепловыделения центрального нагревателя ичередуют два режима нагрева - при поддержании температуры наружных поверхностей образцов равной температуре центра пакета и температуре на половине толщины образца, а затем сопоставляют результаты, полученные при указанных режимах, например, перепады температур, и по ним судят о достоверности эксперимента, а при наличии систематических погрешностей производят ис ключение их расчетным путем.Подписноев СССР Тираж 902ого комитета Совета Миниизобретений и открытийЖ, Раушская наб., д. 4/ Изд,1653 Государствен по дела 13035, Москва, з 7688ЦНИИ 10 Т, Загорский филиал Составитель В. Юргов едактор Н, Коляда Техред 3, Тараненко Корректор Т. Гревцова