Устройство для определения коэффициента теплопроводности

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистические Рвслублик(22) Заявлеио 17.01.79 (21) 2713943/18-251%)М )(л с присоединением заявки Мо -(23) Приоритет -ь 01 й 25/18 Государственный коинтет СССР но дедаи изобретений н открытий(72) Авторы изобретения О.А.Геращенко, Т.Г.Грищенко, Е.Ф,Андреев и .Д.П.Лебедев Институт технической теплофизики АН Украинской ССР Р 1) Заявитель 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТЛ ТЕПЛОПРОЬОДНОСТИйст- ских ехничесство для лопровод х в ста- нагреваобразца кий датчик й в сред оИзобретение,относится к устро вам для исследования теплофизиче свойств материалов.Известно устройство для измерения теплопроводности, основанное на использовании нестационарных или стационарных методов измерений 1 .Большинство устройств, работающих по нестационарным методам, предназначены для прямых измерений значений коэффициента температуропроводности, на основании которого получают косвенным путем значение коэффициента теплопроводности. для получения неэависилеях данных о теплопроводности 15 служат приборы и устройства, основанные на стационарных методах. Эти приборы и устройства реализуют методики, основанные на использовании шаровых, цилиндрических или пластинчатых образцов. Ближайшим к изобретению ким решением является устро определения коэффициента те ности 21 на плоских образц ционарном режиме, содержаще тель, холодильник, держател исследуемого материала, пло теплового потока, размещенн ней части плоскости холодильника, термопары, индикатор толщины образца. Слоистый датчик теплового потока при" клеен к рабочей поверхности холодильника и выполнен с покрытием холодильника для создания одномерного теплового потока.Для измерения напряженности температурного поля поверхности образцов, спаи и электроды термопар выполнены ленточными и заделаны в лист из эластичной резины так, чтобы место спая лежало на поверхности в центральной части, Нагреватель представляет собой массивное медное тело с канавками в которые уложена нихромовая спираль.К недостаткам укаэанного прибора следует отнести:наличие систематических погрешностей измерений за счет искажений температурного н теплового полей в исследуемом образце, вызванных неоднородностью термосопротивлений датчика теплового потока н окружающего его покрытия;относительную узость диапазона измерений.Целью изобретения является увеличение точности и расширение диапаэ на измерений.Диаметр образца б составляет более 4 двух диаметров датчика 3, а отношение толщины образца к диаметру образца - менее 02 с целью сохранения одномерности теплового потока, пронизывающего образец 6 и датчик 3, при раз- лнч:;их режимах испытаний,Соосно с нагревателем и холодильн;-;ком установлен держатель 5 образца 6 исследуемого материала, на нижней н верхней поверхностях которого раз" мещены термопары 7 В эластичных обклад ках 8размер н геометрия последних3идентичны ПОВерхностя хОлодильника и нагревателя. Спай каждой термопарыО расположен в центре одной из поверхностей эластичной обкладки и помещен на соответствующей поверхности образца. Термопары изготовлены из стандартной термозлектродной проволоки, диаметр которой может быть 0,1"0,3 мм. Для улучшения теплового контакта спал Поставленная цель достигается тем, что покрытие холодильника для создания одномерного теплового потока и датчик теплового потока выполнены в монолите из идентичного материала с равными термосопротивлениями, площадь чуэствительной поверхности датчика теПЛОВого потока составляет не более 0,01 площади рабочих поверхностей холодильника и нагревателя, а диаметр образца составляет более двух диаметров датчика теплового потока, причем Отношение толщины образца к его джа-. метру менее 0,2.На,чертеже изображен предлагаемый прйбор для определения коэффициента тенлопроводности общий вид.Прибор содержит нагреватель 1, холодильник 2 с датчиком 3 теплового потока, имеющим покрытие 4, держатель 5 Образца 6 исследуемого материала, термопары 7 в эластичных обкладках 8 и индикатор толщины образца (на чертеже не указан).Датчик 3 теплового потока с покрыткем 4 прикреглен к поверхности холодильника 2 и закреплен соосно с холодильником 2. Покрытие 4 и датчик 3 Выполнены в одном монолите и равными по термосопротнвлению с целью создания однородной по термическому сопротнзлению зоны по всей рабочей поверхнооти холодильнчка для исключения влияния краевых эффектов дс границе датчика теплового потока.Площадь чувствительной поверхности датчика 3 составляет менее 001 площад=: рабочей поверхности холодильника, чтобы измеряемый датчиком тепловой поток, пронизывающий исследуемь;й .образец б, не был подвержен искажениям вследствие боковых эффектов в образце при испытаниях различных но теплопроводности материалов на разных температурных уровнях. Эта величина определена аналитччески и подтверждена экспериментально термопары с поверхностью исследуемогообразца термозлектродная проволока в,области спая н далее до ьыхода изэластичной обкладки прокатана в тонкую ленту максимальной ширины и минимальной толщины, при этом толщиналенты, соответственно и используемойпроволоки, выполнена равной 0,450,15 диаМетра, а ширина - более трехдиаметров термоэлектрода.Технологические испытания показа- Е ли, что введенные соотношения должныбыть выполнены,. поскольку при развальцовке проволоки до толщины большей указанной величины не происходитхорошего облегания спая эластичной 1 обкладкой при сжатии с образцом и недостигается поставленная цель - увеличение точности измерений, а приразвальцовке до толщины меньшей указанной величины теряются прочностные щ качества спая термопары. При этомширина ленты должна составлять неменее трех начальных диаметров проволоки.Устройство работает следующим обРаЗОМ фОбразец 6 исследуемого материалав держателе 5 располагают между терМопарами в эластичных обкладках 8и помещают в зазор регулируемой высоты между нагревателем 1 и холодиль- ЗО ником 2 таким образом, чтобы, вопервых, спаи верхней и нижней термопар касались соответственно центраверхней и нижней поверхностей образца и, во-вторых, нагреватель, холо дильник и образец были соосны. Ванагреватель 1 От сети через стабилизатор и трансформатор подается напряжение. Одновременно включаетсяпрокачка через холодильник 2 термостащ тироваиной жидкости, с помощью которой осуществляется теплоотвод от образца и задается температура егонижней поверхности.При достижении стационарного состояния, через 60-80 мин после начала работы, измеряются сигналы датчикатеплового потока е и соединенныхдифференциально термопар Ье, записываются показания индикатора толщиныЬ , и коэффициент теплопроводностн О вычисляется по расчетной ФормулеЪ. КАК И ед /Ь е, Вт (м.К)где К, - коэффициент датчика теплового потока, определяемыйпри градуировке прибора, В Вт/( ммВ);К - чувствительность термопары,мБ/К; ь - м.Измеряемое значение коэффициентатеплопроводности относится к среднейтемпературе образца, которая определяется как среднее арифметическоезначение показаний верхней и нижней термопар1783664 Формула изобретения Составитель В.Гусевапирндонова Техред А.Щепанская Корректор Г.Назаров е О акаэ 85 Тираж 1019рственногозобретений35, Раушска 46 ВНИИПИ Госу по делам 5, Иосква, Подписноемитета СССРоткрытийнаб., д.4/5 313 иал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 где е, е - сигналы с верхней и нижней термопары, мВ.Применение данного прибора для определения коэФФициента теплопроводности на плоских образцах в стационарном режиме позволяет:увеличить точность измерений эа счет соблюдения относительных размеров образца и используемого датчика теплового потока, выполненного в монолите с охранным покрытием с равным термическим сопротивлением, а также за счет устранения влияния контактных термических сопротивлений на измерение входящей в .расчетную Формулу разности температур при помощи тонких ленточных термопар снизить погрешность измерений до.А 4%;расширить диапазон измерения коэфФициента теплопроводности от0,03 Вт/м К до 5,0 Вт/мфК эа счет конструктивных особенностей и соблюдения относительных размеров прибора. Устройство для определения коэффициента теплопроводностн на плоских образцах в стационарном режиме,содержащее нагреватель, холодильник, датчик теплового потока, держатель образца исследуемого материала,ленточные термопары в эластичных обкладках установленные соосно, ииндикатор толщины образца, причемдатчик теплового потока приклеенк рабочей поверхности холодильникаи выполнен с покрытием холодильникадля создания одномерного тепловогопотока, о г л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью увеличения точности и расширения диапазона измерений,покрытие холодильника для созданияодномерного теплового потока и дат"чик теплового потока выполнены вмонолите из идентичного материала сравняли термосопротивленнями, площадьчувствительной поверхности датчикатеплового потока составляет не более0,01 площадей рабочих поверхностейхолодильника н нагревателя, а диаметробразца должет быть более двух диаметров датчика теплового потока,при;у чем отнсаение толщины образца к егодиаметру должно составляеть менее 0,2. источники информации,принятые во внимание при экспертизе