Способ комплексного измерения физико-технических свойств электропроводных материалов

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Соаетскнх Социалистических Республик(61) Дополнительное к авт. сеид-ву(22) Заявлено 01. 07. 81 (21) 3308915/18-25 51) М. КЛ. с присоединением заявки Мо -С 01 М 25/18 Государственный комитет СССР по деЛам изобретений и открытий(088.8) Дата опубликования описания 15.03.83(72) Авторы изобретения В.А. Рыков и В.А. Самолетов тЛенин градский технологический инс титут хол диль нЬЙ(54) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИКОТЕХНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХМАТЕРИАЛОВИзобретение относится к теплофиэическим измерениям и может быть использовано в материаловедении при изучении свойств электропроводных материалов.Известен способ измерения теплопроводности металлов,. заключающийся в том, что образец нагревают пропускаемым через него электрическим током и измеряют распределение температуры вдоль образца при постоянной мощности нагрева11.Основным недостатком способа является длительность снятия температурной зависимости теплопроводности в широком диапазоне температур. Данным способом нельзя измерить температуропроводность и теплоемкость исследуемого образца.Наиболее близким к изобретению является способ измерения теплопроводности и электропроводности, заключающийся в том, что испытуемый образец в виде тонкого .стержня, концы которого помещают в среду с постоянной температурой, и нагревают пропускаемым через него электрическим током. После установления стационарного температурного поля в стерж не измеряют температуру в среднем и двух равноудаленных от него крайнихсечениях стержня, силу тока, идущего через образец, и падение напря 5 жения на его рабочем участке иизвестным формулам рассчитывают тей-лопроводность и электропроводность 23.Недостатком известного способаявляется длительность снятия температурной зависимости искомых параметров, обусловленная ступенчатымхарактером перехода от одного температурного уровня к другому и длительностью создания требуемого температурного режима опыта, которая15 измеряется часами. Кроме того, сог.ласно этому способу определяетсятолько один теплофизический параметр - теплопроводность.20Цель изобретения - повышение точности при увеличении числа измеряе"мых теплофизических характеристик иувеличение производительности принезависимом измерении коэффициента .температуропроводности, теплоемкости и теплопроводности в широком диапазоне температур,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу измерения фиэи".ко-технических свойств электропровод 30 ных материалов, заключающемуся вСкорость изменения температурысреды определяется по показаниям термопар, которые измеряют температуруторцов стержня, которая совпадает стемпературой среды.5 Если теперь, когда температурноеполе стержня носит квазистационарныйхарактер, подать на образец мгновенный импульс электрического тока, тотемпературное поле стержня описыва- О ется выражением, ".в 2,и с гор, Я.в -1том, что образец в виде тонкогс: стерж ня, концы которого помещают в среду с постоянной температурой, разогревают электрическим током н измеряют распределение температуры по длине стержня, падение напряжения на нем и силу тока, идущего через образец, и по полученным данным определяют искомые параметры, монотонно измеряют температуру, среды, образгдополни.тельно разогревают мгновенным импульсом электрического тока, измеяют изменение температуры образцао времени в трех сечениях, несимметричных друг другу относительно среднего сечения стержня, и темпера туру его торцов.На чертеже изображена схема, поясняющая предлагаемый способ.Схема содержит калориметр 1, тем пература которого меняется с посто- Э) янной скоростью, испытуемый образец 2, термопары 3, изменяющие температуру торцов стержня, теркопару 4, измеряющую температуру кайори" метра (среды), вольтметр 5, ампер" р 5 метр б, термопары 7, измеряющие температуру в трех сечениях стержня, несимметричных друг другу относительно среднего сечения.Анализ температурного поля стерж. О ня, концы которого помещаются в сре ду, температура которой изменяется с постоянной скоростью, и который разогревается электрическим током, показывает, что, начиная с некоторого момента времени, в стержне устанавливается кваэистационарное со" стояние.Если теплообмен образца с окружаей средой носит поправочный харак тер, Может быть получена следующая 40 .расчетная формула для теплопровод 1 ности.- сила тока, А; 56 - длина рабочего участкастержня, м;- падение напряжения на рабочем участке стержня, В,температурный перепад меж ду средним и крайними сечениями рабочего участкастержня, К,коэффициент теплопроводности материала стержня, В м фОхм КУ - площадь поперечного сечениястержня, м ,- скорость измерения температуры среды, К.С-",где (в: - .Ю,ОСфЗ.а - коэффициент температуропро ВОДНОСТИ р М СЯ - полная энергия, которая выделяется в образце в резудьтате действия мгновенного импульса электрического тока,Дж;Из выражения (3) получим следую" щую расчетную формулу для теплоемкости образца С:С= 1 (И аваксгдетиоч. н-ст И 1)и"н-"1 (4)- перепад температуры междусредним сечением стержняи торцами стержня перед по.дачей импульса, К,Он(ц) - перепад температуры междусредним сечением стержняи торцами стержня в моментвремени Снк К)В - момент начала подачи дополнительного импульсаэлектрического тока, сС " время окончания дополнительного импульса электри. ческого тока(;, ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ДОПОЛНИТЕЛЬного импульса электричес"кого тока, с,Коэффициент температуропроводиости определяют по формуле=(ьИ Юд). (яЗдесь время Гн находится из эксперимента. Это время, при которомнаступает следующее равенство: фд)-ТиЮ 1 в,н(С)-9.,-А (6) где ЮиФ,%иЮ,Вьи(" " значения 9( ) в сечениях стержня с координатами х х, хз в момент времени(г-С;),Параметр А находят из следующего выражения:Величина а вычисляется по формуле(5) и, как видим, не зависит от 4.,т.е. интенсивность теплообмена образца с окружакщей средой через зазормежду ними на точность измерения температуропроводности не сказывается,Влияние тепловых потерь на точностьизмерения теплоемкости по формуле(4) за счет теплообмена образца сокружающей средой через зазор между 10 ними пренебрежимо мало,так как онопропорционально длительности дополнительного импульса электрическоготока, которая много меньше 1 :. Все,это и приводит. к повышению точности 15 измерения при определении 1 предлагаемым способом при дополнительномизмерении двух теплофизических параметров: теплоемкости и коэффициента температуропроводности.Предлагаемый способ может использоваться при изучении теплофизических свойств металлов и сплавов, атакже при создании промьзаленных теплофизических приборов.25 где ехрНь) сиитД Формула изобретения 30 35 40 45 х 50 55 н 65 60)=а с у (й) Параметр аА в Формуле (5) определяютиэ следующего равенства:ини ВЫЛО.аю г+О. -1 Так как времяГдсоставляет несколько секунд, а для того, чтобы на точновть измерения а не сказывалась конечная длительность и временная форма дополнительного импульса электрического тока, необходимо удовлетворять неравенствуСи/Го0,02, длительность дополнительного импульса составляет около 0,1 с.При наступлении квазистационарного режима измеряют падение напряжения О на рабочем участке стержня и силу тока 1 и рассчитывают коэффициентэлектропроводности исследуемого материала по формулео= "-оИтак, по формулам (1), (3), (5)и(7) определяют теплопроводность, тепло- емкость, коэффициент температуропроЬодности и электропроводность исследуемого материала в широком диапазоне температур в ходе одного эксперимента.Таким образом,изменение температуры средыпозволяет увеличиь экспресс- ность при независимом иэмерениикоэффи циента температуропроводности, те- плоемкости и теплопроводности в широком интервале температур, что повышает производительность измерений иувеличивает надежность полученных данных. Дополнительный периодический разогрев образца импульсом электрическрго тока, измерение изменения температуры образца во времени в тре точках, несимметричных относительно среднего сечения стержня, и температуры торцов стержня позволяет повысить точность комплексных измерений при увеличении числа теплофиэических свойств, а точность определения коэффициента температуропроводности, теплоемкости и теплопроводности увеличивается, особенно когда теплообме образца с окружающей средой играет существенную роль, и формулой (1) для определения теплопроводности пользоваться нельзя. В этом случае коэффициент теплопроводности рассчитывается по формуле. Способ комплексного измерения фи-зико-технических свойств электропроводных материалов, заключающийсяв том, что образец в виде тонМого.стержня, концы которого помещают всреду с постоянной температурой, разогревают электрическим током и измеряют распределение температуры подлине стержня, падение напряжения нанем и силу тока, идущего через образец, и по полученным данным определяют искомые параметры, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности при увеличении числ,измеряемых теплофизических характеристик и увеличения производительности при независимом измерении коэффициента температуропроводности,теплоемкости и теплопроводности вшироком диапазоне температур, монотонно измеряют температуру среды,образец дополнительно разогреваютмгновенныь импульсом электрическоготока,измеряют изменениетемпературы об.разца вовремени втрех сечениях,несимметричных друг другу относительносреднего сечения стержня, и температуру его торца.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Пелецкий В.З., Тимрот Д.Л.,Воскресенский В.Ю. Высокотемпературные исследования тепло- и электропроводности твердых тел. И., ПЭнер"гияф, 1971, с. 61-68.2. Филиппов Л,П . Измерение тепло"вых свойств твердых и жидких метал.лов при высоких температурах, ИГУ,1004838 Тираж 871 Подписное БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5