Компаратор для экспресс-измерений коэффициента теплопроводности материалов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союэ СоветскыхСоцналыстыческнхРвспублнк к ьвтоскомь свидетельствь(23) Приоритет Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий.7(088.8) Опубликовано 0708.82, Бюллетень М 929 Дата опубликования описания 07.08,82(72) Авторизобретения А.Н.Калин 71 Заявител льский ибирский государственный науч институт метрологиитеплофиа болеекспресс- теплопроводроиэвольной пользовано в хозяйства, ое определение одности мате- в том числе рушения их цебр ся к нию, ля э тение относиприборострок приборамкоэффициентериалов телможет быть илях народногются скоростнта теплопроеальных тел,зделий без н Кого пыл Известны приборы измерения коэффициента теплоп дности материалов, основанные ондировании поверхности исследуемого объекта с помощью зондов с последующим сопоставлением с результатами испытаний на стандартных эталонных материалах Г 1.Недостаток известного устройства для измерения коэффициента теплопроводности состоит в необходимости проведения процесса измерения в течение длительного промежутка времени.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является компаратор для экспресс- измерений коэффициента теплопровод-. ности материалов, содержащий два для рово на з 5 О эическому конкретно измерений ности мат формы, и тех отрасгде требу коэффицие риалов р готовых и лостности выносных стержнеобразных зонда, создания и поддержания постоянно разности температур между неконт тирующими с поверхностью испытуе материала концами зондов, схему измерения разности температур ме контактирующими с поверхностью и туемого материала концами зондовС помощью известного устройст может быть измерен коэффициент т проводности материалов, имеющих лированную горизонтальную поверх ность Г 2. Недостатки известного устройства состоят в том,что при многократных измерениях нарушается конфигурация кон тактирующих с поверхностью испытуемого материала концов зондов и, следовательно, изменяется площадь контакта зондов с исследуемым телом. Это, в свою очередь, приводит к нарушению градуировочной характеристи" ки прибора и возникновению дополнительной погрешности измерений. При измерениях же эластичных, например резины, и дисперсных, в частности сыпучих и волокнистых материалов, площадь контакта варьирует в больших пределах и может сильно отличаться от той, которая была при градуиров 949449Л гЛ (2)40где Ь - длина зонда,Б - площадь поперечного сечениязонда;0 - диаметр основания наконечника; 45Л Лн- коэффициенты теплопроводности материалов зонда и наконечника,Ло - ориентировочное значениекоэффициента теплопроводности испытуемого материала.Такое решение задачи позволяетстабилизировать площадь контактазондов с материалами, сохраняя ееравной площади оснований наконечников при измерениях на твердых, эластичньп и дисперсных материалах. Погрешность измерений предлагаемымкомпаратором становится минимальной,когда выполняется соотношение (1),которое получено на основании экспе- бОриментально-расчетных исследованийи должно служить критерием выборапараметров термозондов и наконечников для заданного диапазона измеряемых значений коэффициента теплопро 65 Процесс измерений с помощью компаратора сводится к тому, что термозонды основаниями наконечников прижимают к поверхности исследуемого материала и после установления стационарного теплового режима ( 2-3 мин) производят отсчет показаний милливольтметра 10. Затем по градуировочной кривой данных, полученной в результате таких же измерений на стандартных образцах коэф-фициента теплопроводности, находят искомую величину.ке прибора на твердых стандартных образцах, из-за частичного внедрения термсзондов в такие материалы. Это приводит к низкой точности измерений теплопроводности эластичных и дисперсных материалов. 5Целью изобретения является уменьшение погрешности измерения коэффициента теплопроводности за счет автоматического учета рельефа поверхности. ОПоставленная цель достигается тем, что в компараторе для экспресс- :измерений коэффициента теплопроводности материалов, содержащем два выносных стержнеобразных зонда, одни 15 концы которых контактируют с поверхностью исследуемого материала, блок создания и поддержания постоянной разности температур между неконтактирующими с поверхностью испытуемого материала концами зондов, схему измерения разности температур между контактирующими с поверхностью испы. туемого материала концами зондов, зонды дополнительно снабжены наконечниками с плоскими основаниями, соединенными с зондами шаровыми.шарнирами так, что внутренними частями шарниров являются контактирующие с поверхностью испытуемого материала концы зондов, выполненные в Форме шаров с диаметром, превышающим диаметр зондов, а наружными частями шарниров являются сами наконечники, причем зонды и наконечники имеют параметры определяемые из условий З 5О 5ЬЪ(1) водности, При этом за Ло беретсясреднее иэ этого диапазона. Низкоетермическое сопротивление шаровыхшарниров, вместе с условием (2),способствуют регистрации температур,близких к теглпературам поверхностиматериала в точках зондирования, иследовательно повышению чувствительности прибора.На чертеже изображена схема теплового компаратора для экспрессизмерений коэффициента теплопроводности материалов.Компаратор имеет два зонда 1 вформе круглых стержней, которыенеконтактирующими с поверхностьюисследуемого материала концами закреплены в медные пластинки 2, установленные у полупроводниковой термоэлектрической батареи 3. Контактирующие с поверхностью испытуемогоматериала концы зондов 1, выполненные в форме шаров 4 с встроеннымив них спаями дифференциальной термопары 5, соединены шаровыми шарнирами с наконечниками б, имеющими,например, коническую форму. Наконечники 6 плоскими основаниями приводятся в тепловой контакт с поверхностью исследуемого материала 7. Автоматический регулятор тока 8 с подключенной к нему дифференциальной термопарой 9 и термобатарей 3 поддерживают разность температур междупластинками 2 и следовательно междунеконтактирующими с поверхностьюиспытуемого материала концами зондовпостояной. Милливольтметр 10 с подключенной к нему дифференциальнойтермопарой 5 регистрируют разностьтемператур между нижними концамитермоэондов, по которой судят окоэффициенте теплопроводности материала 7,Предлагаемый тепловой компаратор опробован на твердых, эластичных (резине) и дисперсных (порошке) материалах. В экспериментальном образце прибора термозонды и наконечники имели параглетры Ь = 10 м; Я210 м; 0 = 4 10 м; Л=100 Вт/(м К) (латунь), Д, =400 Вт/(мК) (медь) .949449 30 Геометрические параметры были выбраны заранее, а материал для изготовления термозондов с теплопроводностью Л. = 100 Вт/(м К) подбирался по отношению (1) иэ расчета получения максимальной точности измерений коэффициентов теплопроводности Ло, близких к 2,5 Вт/(м К). Для уменьшения термического сопротивления шаровых шарниров они смазывались глицерином. При измерениях на твердых телах лучшая производимость наблюдалась, когда зондируемая поверхность также смазывалась тонким слоем глицерина (менее 0,1 мм) .Предлагаемый компаратор позволяет по сравнению с известными повысить точность измерений коэффициента теплопроводности твердых тел в 1,3- 1,5 раза, а эластичных и дисперсных материалов в 2-3 раза, Кроме того, компаратор, благодаря одинаковой площади контакта наконечников с твердыми, эластичными и дисперсными материалами, позволяет ограничиться для его градуировки наличием набора стандартных образцов только из твердых материалов, а проводить измерения как на твердых, так и на эластичных и дисперсных материалах. Формула изобретения Компаратор для экспресс-измерений коэффициента теплопроводности материалов, содержащий два выносных стержнеобразных зонда, одни концы которых контактируют с пОверхностью исследуемого материала, блок создания и поддержания постоянной разности температур между неконтактирующими с поверхностью испытуемого материала концами зондов, схему измерения разности температур между контактирующими с поверхностью испытуемого материала концами зондбв, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измере 5 ния коэффициента теплопроводностиза счет автоматического учета рельефа поверхности, зонды дополнительноснабжены наконечниками с плоскимиоснованиями, соединенными с зондами1 О шаровыми шарнирами так, что внутренними частями шарниров являются контактирующие с поверхностью испытуемого материала концы зондов выполненные в форме шаров диаметром, превышающим диаметр зондов, а наружнымичастями шарниров являются сами наконечники, причем зонды и наконечникиимеют параметры, определяемые изусловий20Лс - . О 5Лц 7 Л,где - длина зонда;5 площадь поперечного се 25чения зонда1) диаметр основания наконечника;Лн - коэффициенты теплопро 3водности материалов зонда и наконечника;Ло - ориентировочное значение коэффициента теплопроводности испытуемогоматериала.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Берман Р. Теплопроводностьтвердых тел, М., "Мир", 1979, с. 22,2. Калинин А,Н, Прибор с прямымотсчетом коэффициента теплопроводнос 40 ти твердых тел произвольной формы."Промышленная теплотехника" .1981,т. 3, Р 1, с. 48 (прототип) . НИИПИ Заказ 5734/29ираж 887 Подписное лиал ППП "Патент",Ужгород, ул,Проектная