Способ определения коэффициента теплопроводности материалов

Своз Советскик Социалистических Реслублик)М. Кл,21) 2886527/18-2 1,7 9 0 1 И 2 5 / 1 8 явк Государственный комнте СССР но делам нзобретеннй н открь;внйритет 2 81, Бюллетень йо описания 1510.81 Опубликов 53)УДК 536,2 (088 8) Дата опубликоваии сВ.Михеев и М,Л.Таубин.(72) Авторы изобретения М.В.Иванов В. С. Жд 1) Зая ль СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕН ТЕПЛОПРОВОДНО ОЭФФИЦИЕНТА МАТЕРИАЛОВ Недостаток данного способа состоит том, что наличиетеплообмена на порхности исследуемого образца, вызнного длительностью процесса достиния максимальной температуры на верхности противолежащей нагреваой импульсом поверхности, не обесчивает достаточной точности иэменийЦелью изобретения является повышее точности измерений за счет сниния погрешности, обусловленной плообменом на поверхности образца.указанная цель достигается тем, о в известном способе максимальтемпературу на обратной сторообраэца определяют как разность мператур двух противолежащих порхностей в момент времени, когда ношение этих температур будет рав 2,97, при этом коэффициент теплооводностиопределяют по формуле: -----плотностього импуразца;ая температурй стороне обудельнаягни тепло толщина о максималь на обратн энерльса; азц Изобретение относится к способамизмерения коэффициента теплопровод- в ности и может быть использовано в . ве научно-исследовательских и заводских, ва% лабораториях для проведения экспрес-. же сных измерений. поИзвестен способ определения тепло-ем физических характеристик материалов, пе в котором тепловой импульс от источ- ре ника мгновенного тепла направляют вместо контакта эталонного и иссле- ни дуемого тела,.измеряют измерение же температуры во времени в месте кон- те такта и в одном,из сечений исследуемого тела и расчетным путем опреде чт ляют искомые величины 1)нуюНаиболее близким к предлагаемому не является способ измерения коэффици- те ента теплопроводности материалов, ве эаилючающийся в том, что на поверх от ности пластины формируют тепловой но импульс с известной плотностью энер- пр гии, Фиксируют изменение температуры во времени на обратной стороне пластины, по этой зависимости определяют 25 гд максимальную температуру, время достижения половины максуального зна- чения температуры и по известномусоотношению вычисляют коэффициенттеплопроводиости 21.т,2 ( ,):Вт я плотность матер гд АЗОВА Я (Лй (е АТС,97 ееО й), (М. Т(0)Е) 30- время, через которое от 7ношение температур противолежащих поверхностейобразца равно 2,97,Теория предложенного способа осно-) вана на решении уравнения теплопроводности для бесконечной пластины толщиной Ь, на одной стороне (х = О) которой действует импульсный источник тепла. Распределение температуры Т в пластине определяется выражением1(КЕ)-тк(12 СЕЕЕфЕКЕ ( - - 2 -ЕЕ, (1) где х - текущая координата;Г - время,а - коэффициент температуропроводности.Зависимости температуры от времени на поверхностях х = Ь и х = 0 запишутся следующим образомТ(Е,К) 1Е 2( 1) ЕКЕ(- - ЕК (2))2 И .СО Флфт(ек),те 12 еке(- - ек. (е)П=1Или в безразмерном виде (см. чертеж) Если под суммами выражений (4),(5) оставить первые два члена, тополученные приближенные решения, на-,чиная с момента времениь(т 0,66 ТФЙотличаются от точных менее, чем на0,25 и 0,03, соответственно для(4),(5); с увеличением ( это различие становится меньше (Д- время,за которое температура на обратнойстороне пластины достигает половинысвоеф максимальной величины или, когда ф(1 -ф" - (см.чертеж).3 Г 45С учетом вышеизложенного, дляприближенных решений получаем следующие выраженияР 1-(1 ехр(-(2 ехр (-+ ); (Эофф 1+1 вхр Щ)+1 ехр (-4) . (Т)Для разности температур 9 оЩ)-Э,Я)можнозаписать (1 о(у-аЦ) =4 ехр (-),Когда Т(о,) -Т(1.,еГ). = Тм 2 вышеприведенное выражение преобразуетсяв4 ехр(- )=. (8)Решением этого уравнен я является1,386. Отношение ф ), соответствующее моменту времени, когда раэ- щОоность температур равна Т( запишется так(оЮ 1 ф 2 ечР (-(,%6)+(1 ехр (-4 1,596) Я 7ОД,Р 1-2 ер(-1,ъеь)+1 ехр(-о 1,явь)65 Используя значение безразмернойпеременной : -- и решение уравне )Сния (8) о мскно получить расчетное соотношение для коэффициентатемпературопроводности а вд 7 - момент времени, когда отно- шение температур противолежащих поверхностей образца( ("221). 22(1 е) 1 ф"2211 21 (Че) еплоемкость определяют по Формуле е о - удельнаала,Ср - удЕЛЬНая ТЕПЛОЕМКОСТЬеТогда расчетное соотношение длкоэффициента теплопроводности1= а.Ср р запишется так Способ реализуется следующим образом.На торцовой поверхности плоского образца Формируют тепловой импульс. В момент времени, когда отношение температур противолежащих поверхностей равно 2,97, измеряют разность этих температур (она равна Тм) и время фС З 7 от начала действия импульса до момента реализации отношения 2,97. Для определения момента достижения отношенияйоЭ(,= 2,97 может быть рекомендован метод сравнения, пропорциональных Я О и 04, компаратором напряжения, на входы которого поступают с датчиков температуры Яо и (;4 через усилители, коэффициенты передачи к и к(ъ котоРых связаны соотношением к 7 к 1= 2, 97.Корректность измерения теплофизических характеристик материалов при использовании импульсных методов в большой степени зависит от .качества тепоизоляции образца. Для выполнения этого условия измерения проводят в вакуумеОднако при высоких температурах резко интенсифицируется теплообмен излучением. Так, на уровне 1500 К и при разнице температур образца и стенок измерительной камеры 10 К (приведенная степень черноты,8) коэффициент теплообмена составляет 630 Вт/мгр.На чертеже показано, как влияет интенсивность теплообмена (4),(5) на форму температурной кривой.При В 1 = 0,1 погрешность определения Т по известному способу составляет около 8, которые входят в пог