Способ определения теплофизических характеристик материалов

Номер патента: 748207

Автор: Кошман

ZIP архив

Текст

ОПИСАНЙЕИЗОБРЕТЕИИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 26,12,77 (21) 2559939/26-25с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетОпубликовано 15,07,80, Бюллетень Йо 26Дата опубликования описания 150780 С 01 й 25/18 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к области тепловых испытаний и может быть использовано при комплексном определении теплофизических характеристик 5 электропроводных материалов и диэлектриков, в основном при высоких температурах (1200-3000 К).Известен способ определения теплофизических характеристик материалов, 10 состоящий в воздействии на поверхность образца кратковременным тепловым потоком и регистрации изменения температуры на некотором удалении от этой поверхности, а также подво- димой мощности 11 .Разрешающая способность этого способа ограничена - он требует зна чительных изменений температуры на поверхности образца. Указанное обстоятельство ограничивает, в частности, применение этого способа при вы.соких температурах исследования.Более совершенным в отмеченном смысле является способ определения теплофизических характеристик материалов, состоящий в воздействии на поверхность образца в виде диска или пластины периодически изменяющимся тепловым потоком, регистрации фазового сдвига и амплитуды температурных колебаний 21 .Недостатком способа является ограничение точности вследствие внесения погрешности при определении мощности, вводимой в образец.Целью предложения является повышение точности способа - прототипа.Цель достигается тем, что одновременно с исследуемым образцом подвергается идентичному воздействию эталонный образец той же конфигурации, а фазовый сдвиг температурных колебаний регистрируют между поверхностями образцов, противолежащих поверхностям, подвергающимся воздействию теплового потока, и искомые характеристики вычисляются по формулам: а= й=)зз 4 ат,баЯ д ат СЗдесь обозначения без индекса относятся к исследуемому образцу, а с индексом э" - к эталонному, а с, Д коэффициент температуропроводности, удельная теплоемкость образца"Я - , ,коэффициент, учитывающий неидентичность теплоотдачи с поверхностейобразцов, В, Го - критерии Био иФурье, о - коэффициент теплоотдачи,- степень черноты, В - радиус образца,Расчетные уравнения (1), (2) получаются на основании дифференциальных уравнений тепловых балансов дляобразцов, включающих воздействующее на образец количество тепла, аккумулированную, отдаваемую в средуи отраженную его составляющие. Приэтом используются условия идентичности тепловых воздействий на исследуемый и эталонный образец, а такжеусловия Яы 1 8 о(3)о 1, о" 1; (4)Структурная схема предлагаемого устройства приведена на фиг, 1.Устройство состоит из следующих основных узлов: испытательной камеры 1, источника 2 модулированного теплового потока, эталонного 3 и исследуемого 4 образцов, Фотоприемников 5, б и 7, регистрирующих (см. Фиг.1) как колебания температуры на поверхностях образцов 3 и 4, противоположных поверхности воздействия теплового потока соответственно Фотоприемники 5 и б , так и колебания теплового потока.(фотоприемник 7), идентичных каналов 8, 9, 10 усиления и многоканального быстродействуюцего регистрирующего прибора 11, Кроме того, устройство включает в, свой состав приборы для определения опорных значений температуры (на структурной схеме не показаны) эталонного 3 и исследуемого 4 образцов.При определении теплофизических характеристик с помоцью источника 2 модулированного теплового потока обеспечивают идентичный нагрев эталонного 3 и исследуемого 4 образцов, установленных в испытательной камере 1. По истечении некоторого времени в исследуемом 3 и эталонном 4 образцах реализуют режим плоских температурных волн, что обеспечивается использованием образцов 3 и 4 в виде пластин малой толщины. Колебания температуры на поверхностях образцов 3 и 4, противоположных поверхности воздействия теплового потока, а также колебания самого теплового потока регистрируются спомощью фотоприемников (соответственно 5, б и 7),5 10 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 60 Сигналы на выходе фотоприемников 5,б и 7 усиливаются с помоцью идентичных каналов усиления 8, 9 и 10 иФиксируются с помоцью многоканальногобыстродействующего регистрирующегоприбора 11 (см.фиг.1),Наличие фотоприемника 7 и канала8 усиления обесйечивает возможностьконтроля эа температуропроводностьюматериала эталонного образца 3 входе проведения эксперимента,Опорные значения температуры эталонного 3 и исследуемого 4 образцовопределяют с помощью приборов дляопределения опорных значений температуры (наструктурной схеме не показаны), например, с помощью оптических пирометров, предварительноотградуированных на образцовой температурной лампе с учетом поглощения света в окнах испытательной камеры 1. Проверку каналов 8, 9 и 10усиления на идентичность производятпо источнику излучения, в качествекоторого может быть использована,например, обычная лампа накаливания.Поскольку для определения удельной теплоемкости исследуемого материала необходимо знание температурной зависимости и абсолютных значений степени черноты, на исследуемыйобразец 4 наносят пленочное покрытие из материала с известной степеньючерноты. Аналогичное покрытие можетбыть нанесено и на эталонн 11 и образец 3.Следует отметить, что с ростомопорных значений температуры точность предлагаемого способа возрастает, так как пропорционально температуре растет сигнал излучения,регистрируемый фотоприемниками 5, би 7. Способ реализуем как в вакууме,обеспечивающем условия теплоизоляцииобразцом 3 и 4, так и в инертнойсреде.Способ в соответствии с изобретением выгодно отличается от прототйпа тем, что в нем исключена необходимость измерения значений моцности подводимого теплового потокаи абсолютных значений амплитуды колебаний температур в области малыхрегистрируемых параметров. Эти отличия обеспечивают повышение точностиКроме того, поскольку коэффициентУ в формуле (2), учитывающий неидентичность теплоотдачи в среду с поверхностей образцов, по сути делапредставляет собой разность малыхкритериев Био для образцов из эталонного и исследуемого материалов, топри выполнении условий (3) и (4) иналичии достоверных данных о степеничерноты материалов предлагаемый способ обеспечивает достижение точности в определении теплофизических характеристик исследуемых материалов,сопоставимой с эталоном.748207 Формула изобретения ратурыдт +Т ор,Я э ГеРэ бэ С Составитель В.Вертоградскийдактор Т.Кузнецова Техред М. Петко Корректор М.Вигу Заказ 4224/29 ЦНИИПИ Г по дел 113035, МоскТираж 1019дарственного комитетаизобретений и открытийЖ, Раушская наб., д ПодписиСССР 4/5 Филиал ППП "Патент", г, УжГород, ул. Проектная Способ определения теплофизических характеристик материалов, состоящий в воздействии на поверхностьобразца в виде диска или пластины 5периодически изменяющимся тепловымпотоком, регистрации фазового сдвига и амплитуды температурных колебаний, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности,одновременно с исследуемым образцомподвергается идентичному тепловомувоздействию эталонный образец тойже конфигурации, а фазовый сдвигтемпературных колебаний регистрируютмежду поверхностями образцов, противолежащих поверхностям, подвергающимся воздействию теплового потока,и искомые характеристики вычисляются по Формулам20оэ д( д - ,414 ь )эР сР ьт 625где обозначения без индекса относят- ся к исследуемому образцу, а синдексом "э" - к эталонному,а, с, Р - коэффициент температу ропроводности, удельная теплоемкость, плотность материала об-,разцард - толщина образца,ЬР=рэ-Р - фазовый сдвиг,Ю -угловая частота колебаний температуры,ЬТ - амплитуда колебаний темпекоэффициент, учитывающий неидентичность теплоотдачи с поверхностей образцов;В(, Го критерии Био и Фурье;Ю - коэффициент теплоотДачи,Е - степень черноты;Н - радиус образца (й=й).Источники инФормации принятые во внимание при экспертизе1; Дмитрович А.Д. Определение теплофизических свойств строительных материалов. М., Госстройиздат, 1963, с. 72-74.2, Краев О.А., Стельмах А.А, Сб.Исследования при высоких температурах", Новосибирск, СО АН СССР, "Наука", 1966, с. 55-73.

Смотреть

Заявка

2559939, 26.12.1977

ПЕРМСКОЕ ВЫСШЕЕ ВОЕННОЕ КОМАНДНОЕ УЧИЛИЩЕ

КОШМАН ВАЛЕНТИН СЕМЕНОВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01N 25/18

Метки: теплофизических, характеристик

Опубликовано: 15.07.1980

Код ссылки

<a href="https://patents.su/3-748207-sposob-opredeleniya-teplofizicheskikh-kharakteristik-materialov.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ определения теплофизических характеристик материалов</a>

Похожие патенты