Способ определения теплопроводности материалов и устройство для его осуществления

ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРО -ВОДНОСТИ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВОДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ.(57) 1. Способ определения теплопроводности материалов, включающий одностороннее двухточечное тепловое зондирование поверхности образца с помощью двух стержнеобразных зондов, измерение разности температур между зондами и последующее определение теплопроводности по градуировочной зависимости, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения погрешности определения теплопроводности, изменяют разность температур на неконтактирующих с образцом концах зондов до такой величины, при которой разность температур на концах зондов, контактирующих с образ- цом, становится равной заданной, после чего искомую величину определяют по разности температур на не- е контактирующих с образцом конца;. зондов.1057 ЯЗО 0 ческая батарея, и схему измеренияразности температур зондов, состщую из второй дифференциальной темопары, подключенной к измерителтермо-ЭДС 2 .Основным недостатком.указанны А( Т =+ А),А +32. Устройство для определения теплопроводности материалов, содержащее дна выносных стержнеобразных зонда, у которых одни концы контактируют с поверхностью образца, а другие - с тс.рмоэлектрической батареей, автоматический регулятор разности температур зондовна вход которого через задатчик постоянного компенсирующего напряжения подключена дифферен, - циальная термопара, а в цепь его нагрузки включена термоэлектрическая батарея, и схему измерения разности температур зондов, состоящую из второй дифференциальной термопары, подИзобретение тносится к измерению тепловых величин, а более конкретно к определению теплопроводности материалов, и может быть использовано в тех отраслях хозяйства, где требуются скоростные измерения теплопровод ности реальных объектов без их разрушения.Известны способ и устройство для определения теплопроводности матери-,алов. Способ основан на зондировании поверхности исследуемых объектов с помощью зондов и последующем сопоставлением результатов с результатами таких же испытаний на стандартных эталонных материалах с известной теплопроводностью 1); Недостаток известного способа и устройства состоит в сложности предварительной градуировки, т.е. определении зависимости регистрируемой разности температУр Ь Т на контактирующих с материалом концах зондов от теплопроводности материала 3, которая существенно нелинейна и имеет вид дробно-рациональной функции где А, А, А - константы, определяемые в процессе градуировки,Наиболеа близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому резулнтату является способ определения теплопроводности материалов, включающий одностороннее двухточечное тепловое зондирование поверхности образца с помощью двух стержнеобразных зондов, измерение ,разности температур между зондами и последующее определение теплопровэдности по градуировочной зависимости. Устройство для осуществления способа содержит два выносных стержнеобраз-. 30 35 40 ключенной к измерителю термо-ЭДС,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью уменьшения погрешности определения теплопроводности материалов,на вход автоматического регулятораразности температур подключена дифференциальная термопара с рабочимиспаями, расположенными на концах зондов, контактирующих с образцом, а кизмерителю термо-ЭДС подключена дифференциальная термопара с рабочими спаями, расположеннымина концах зондов, установленных на термоэлектрической батарее,ных зонда, у которых одни концы контактируют с поверхностью образца,а другие - с термоэлектрической бата-реей, автоматический регулятор разности температур зондов, на вход которого через задатчик постоянного компенсирующего напряжения подключенадифференциальная термопара а в цепьего нагрузки включена термоэлектриоярохспособа и устройства для определениятеплопроводности материалов является относительно невысокая точностьопределения теплопроводности, обусловленная нелинейным характером зависимости Т = Й. Погрешность определения теплопроводности можетбыть значиТельной в тех интервалахкоторые слабо обеспечены стандартными образцами.. Цель изобретения - уменьшениепогрешности определения теплопроводности материалов.,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу определениятеплопроводности материалов, включающему одностороннее двухточечноетепловое зондирование поверхностиобразца с помощью двух стержнеобразных зондов, измерение разности температур между зондами и последующее определение теплопроводности поградуировочной зависимости, изменяютразность температур на неконтактирующих с образцом концах зондов дотакой величины, при которой разностьтемператур на концах зондов, контактирующих с образцом, становитсяравной заданной, после чего искомуювеличину определяют по разности темЬТаа 1 + Ь,(2) Устройство имеет два стержнеобраэных зонда 1, у которых одни концы,специальными наконечниками 2 кон,тактируют с поверхностью исследуемого образца 3. Другие концы зондов установлены в медные пластинки 4 и прикреплены к холодной и горячей поверхностям термоэлектрической батареи 5, включенной в цепь нагрузки автоматического регулятора 6. На вход последнего подключена дифператур на неконтактирующих,с образцом концах зондов.В устройстве для осуществления предлагаемого способа, содержащем два выносных стержнеобразных зонда, у которых одни концы контактируют с поверхностью образца, а другие - с термоэлектрической батареей, автоматический регулятор разности температур зондов, на вход которого через эадатчик постоянного компенсирующего напряжения подключена дифферен-, циальная термопара, а в цепь его нагрузки включена термоэлектрическая батарея, и схему измерения разности температур зондов, состоящую иэ второй дифференциальной термопары, подключенной к измерителю термо- ЭДС, на вход автоматического регулятора разности температур подключена дифференциальная термопара с рабочими спаями, расположенными на концах зондов, контактирующих с образцом, а к измерителю термо-ЭДС подключена дифференциальная.термопара с рабочими спаями , расположенными на концах зондов, установленных на термоэлектрической батарее.При таком выполнении способа и устройства зависимость измеряемой разности температур от теплопроводностиматериала становится близкой к линейной где О, Ь - константы, определяемые в процессе градуировки, Такой вид градуировочной зависимости позволяет повысить точность аппроксимации данных, полученных на стандартных образцах и уменьшить погрешность определения теплопроводности материалов.Кроме того, перепад температур между точками зондирования сохраняется одинаковым на разных образцах и равным заданной постоянной разности температур на концах зондов, контактирующих с образцом. Это уменьшает погрешность определения теплопроводности, связанную с отнесением теп- . лопроводности исследуемого или стандартного материала к температуре. На чертеже изображена схема устройства, реализующего способ определения теплопроводности материалов. ференциальная термопара 7, рабочиеспаи которой расположены на концахзондов, контактирующих с образцом.В разрыв цепи этой термопары включенвстречно эадатчик 8 постоянного ком 5 пенсирующего напряжения так, что навход регулятора б поступает нулевойразностный. сигнал. Другая дифференциальная термопара 9 со спесями намедных пластинах 4 и измеряющая раз 10 ность температур, создаваемую термобатареей на закрепленных на нейконцах зондов, подключена к измерителю 10 термо-ЭДС.Способ осуществляется следующимобразом.Зонды 1 наконечниками 2 приводятся в контакт с поверхностью исследуемого образца 3, что вызывает изменение некоторой первоначальнойразности температур между зондами и,следовательно, изменение термо-ЭДСтермопары 7. В результате на входрегулятора б начинает поступать отличный от нуля раэностный сигнал.После этого регулятор б с помощьютермобатареи 5 автоматически изме 1няет разность температур между пластинками 4,а также вследствие тепловойпроводимости зондов и на их концах,контактирующих с образцом, до тех30 пор, пока сигнал термопары 7 будетравен напряжению эадатчика 8 и навход регулятора вновь поступит нулевой разностный сигналПолученнуютаким образом разность температур35 на пластинках 4 и, следовательно,на закрепленных к ним концах зондов регистрируют термопарой 9 и измерителем 10 термо-ЭДС, по показаниюкоторого судят о теплопроводности 40 обРазца 3.Автоматический регулятор б можетбыть выполнен, например по схеме сиспользованием фотокомпенсационногоусилителя Ф 116/1 и усилителя мощности на транзисторах МП 37 Б и КТ.801 Б,или в качестве такого может быть использован высокоточный регулятор температуры ВРТ. Зацатчиком 8 постоянного напряжения может служить падение напряжения на резисторе, под ключенном к источнику стабилизированного питания, например, ИПС.Для этого также может быть использован сигнал от источника регулируемо.го напряжения, например от ПП.55 В качестве термобатареи 5 может использоваться термобатарея типа селен. вида ТМБМ или С 5-1.Способ и устройство опробованы.При испытаниях использовались зонды, 60 изготовленные иэ латуни с коническими наконечниками из меди, которыеимели следующие геометрические параметры: длина зондов 1,0 м; площадь поперечного сечения зондов 65 2 10 .л , диаметр оснований нако1057830 Составитель В.БитюковРедактор Н.Безродная ТехредИ.Гергель Корректор А.Ильин Заказ 9575/45 Тираж 873 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 ФФилиал ППЛ Патент г. Ужгород, ул. Проектная, 4 нечников 4 10 м. Разность температур на концах зондов, контактирующихс материалом, задавалась равной 5 К.Полученная в результате испытанийна стандартных образцах градуировочная зависимость Ь Т= Й(Я) в интервале значений теплопроводностн0,2-2,5 Вт/м К отклоняется от прямойменее чем на 6. Предлагаемые способ и устройство позволяют по сравнению с прототипом уменьшить погрешность определения теплопроводности в 1,2-1,3 раза, а также ускорить и упростить процесс градуировки. Время измерения теплопроводности предварительно отградуированным компаратором занимает не более 3 мин.