Способ измерения теплопроводности

Союз Советских Социалистическик РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯХ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о 11857825(2 с) Заявлено 161179 (21) 284046/18-25с присоединением заявки Мо(51)м К 3 6 01 И 25/18 Госурарствеииый комитет СССР ио делам изобретеиий и открытий(72) Авторы иэобретени ози енинградский технологический инст тут Идщрцильной промышленности(71) Заяви СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТ соба. опреде.- соИзобретение относится к тепловымиспытаниям материалов, а именно кисследованию теплопроводности материаловИзвестен способ измерения теплопроводности, например в стационарномметоде пластины, заключающийся в томчто после установления стационарного состояния в калориметре измеряютперепад температуры на образце имощность электрического нагревателя,а затем по формуле рассчитывают теплопроводность (1).Недостаток этого способа - наличие случайной погрешности при измерении перепада температуры на образце за счет неидентичности градуировок и паразитных термо-ЭДС термопар.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ, заключающийся в том,что плоский образец монотонно разогревают и в процессе нагрева измеряютперепад температуры на образце,ипоказания тепломера, находящегося вконтакте с образцом, Поправка определяется из 3-5 градуировочных опытов с медным образцом (2),Недостатком известного споявляется большая длительностьления поправки на термическое противление контакта поверхностей изаделки термопар, На проведение 3-5опытов в интервале - 100-4 б 0 С треобуется порядка 8-10 ч рабочего времени. Особенно этот недостаток сказывается при промышленном выпуске приборов, сильнб усложняя процесс настройки и периодической проверки приборов. При замене одной из термопаруказанную градуировку необходимопроводить заново.Цель изобретения - упрощение настройки прибора, повышение точностиизмерений теплопроводности.15 Поставленная цель достигается тем,что согласно способу измерения теплопроводности,заключающемуся в монотонном нагреве плоского образца,измерении перепада температуры иа 20 образце и теплового потока иа однойиэ граней с последующим расчетом искомой величины по известной формуле, наобразце периодически устанавливаютравные, но противоположные по знакуперепады температуры порядка в(10-20) К. Измерения в очередной точкепроводят через время, большее времени регуляризации поля в образце, ипо измеренным параметрам определяют 30 искомую теплопроводность.формула изобретения Способ измерения теплопроводности, заключающийся в монотонном нагреве плоского образца, измерении пере-пада температуры на образце и теплового потока на одной из граней споследующим расчетом искомой величины по известной Формуле,о т л и ч аю щ и й с я тем,что,с целью поньыения точности измерений,на образцепериодически устанавлинают равные,но противоположные по знаку перепады температуры порядка " (10-20)К,измерения проводят через время, большее времени регуляризации поля вобразце, и по измеренным параметрамопределяют искомую теплопронодность.Источники информации,60 принятые во внимание при экспертизе1. Кондратьев Г.М. Тепловые измерения, М,-Л., Машгиз, 1957, с.121.2. Авторское свидетельство СССР,Р 1 б 8500, кл, С 01 М 25/18, 196465 (прототип). На Фиг.1 показан характер измене-,ния температуры ца поверхности образца н зависимости от времени) нафиг.2 - принципиальная схема измерения перепада температуры на образце, поясняющая сущность способа.Схема содержит образец 1, верхнююконтактную пластину 2, нижнюю контактную платину (тепломер) 3 верхнкпо термопару 4, нижнюю термопару 5,основание б, термостолбик тепломера 7.Температура нижней поверхности1 Ю меняется линейно, а температура верхней поверхности 1:ц (0)периодически меняется относительно температуры 1 (с) , На графике (фиг.1)показан характер изменения перепадонтемпературы ца образце ч (ь) и натепломере ч.,(Г). Моменты иэмеренияС, выбираются через интервалы, боль 1шие времени регуляриэации поля н образце с ре гСпособ осуществляется следующимобразом.Образец 1 эажимается между контактними пластичками 2 и Э. Пластинкивыполнены из меди поэтому перепады температуры в цих цет. Толщина образца выбирается такой, чтобы тепловое сопротивление образца было эцачителььо больше теплового сопротивления контакта, т.е. Р,Р,Для измерения перепада температуры на образце 1 используют термопары 4 и 5, вмонтированные в контактцыс пластины 2 и 3. Неидентичность градуировки термопар может достигатьзначительной Величины, Так для хромельалюмеленой термопары ца уровне1300 С допускаемое отклонение составляет9 К. В случае, если термопары 4 и 5 сделаны из одной партии термоэлектродов, то разбрс: градуиоовок достигает половины указанной величины, т.е. составляет4,5 К. При измерении перепадов температуры порядка 10-40 К величина погрешности достигает 5-10, поэтому приходится путем трудоемкой градуировки исключать эту ошибку, Кроме указанной, имеет место погрешность за счет паразитцых термо-ЭДС, возникающая прц изгибах (цаклепе) термоэлектродов при монтаже их в горячей зоне. Обе погрешности имеют случайный характер для разных термопар, но для каждой.конкретной термопары при жестком монтаже ее погрешности являются систематическими, и поэтому могут быть учтены экспериментальными поправками. Аналогичный характер имеет динамическая погрешность температуры, проявляющаяся при раэностных измерениях за счет разной инерционности термопар.При постоянной скорости нагрева динамическая погрешность становится. для каждой конкретной термопары систематической и может учитываться градуиронкой в совокупности с двумя первьпчи,Рабочая расчетная формула для теплопронодности имеет вид где- теплопроводность образца;Я,Ь- площадь сечения и толщина(Ообразца)Кт - проводимость тепломера,1определяемая экспериментально н градуировочном опыте;ч ,ч - сигнал тепломера при потот 4 тФ15ках в различных направлениях;ч - перепад температур на образце,В расчетной формуле исключены пог 2 О решцости эа счет неидентичности термопар, параэитных термо-ЗДС и динамическая погрешность. В расчетнуюформулу це входят также теплоемкостьобразца и пластинки тепломера, чтопозволяет дополнительно повысить точность измерений и исключить сериюградуировочных опытов по определениютеплоемкости пластинки тепломера. Впредлагаемом способе исключается также одна из составляющих тепловогопотока ца боковую поверхность образ. ца. Однако, полученные преимуществаспособа реализуются при хорошей порядка 1 воспроизводимости и скорости нагрева образца на различных участках нагрева.Предлагаемый способ может бытьиспользован для создания промышленных теплофизических приборов, приэтом трудоемкость градуировки прибора снижается вдвое,аналогичный выигрыш достигается и при проверке прибора,/5 1 Патентфф. г, ужгород, ул. Проектная лиа аз 7231/71 Тираж 907ВНИИПИ Государственнопо делам иэобретени 113035, Москва, Ж, Р Подпикомитета СССРоткрытийокая наб. д.