Способ определения теплои электропроводности электропроводных материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХщюалюмесиииРЕСПУБЛИН А М 25 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ЬСТВ АВТОРСКОМУ Д.Л.пера- лектро 961,п ототи(54) (57) СП И ЭЛЕКТРОПР МАТЕРИАЛОВ, образец в в вают электр ца поддержи ной темпера монотонно, и пературы по напряжения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРпо делАм изоь етений и отнРытий(71) Ленинградский ордена ТрудовогКрасного Знамени технологическийинститут холодильной промышленност(56) 1. Пелецкий В,Э., Тимроти Воскресенский В.Ю. Высокотемтурные исследования тепло- и эпроводности твердых тел. М 1с. 6.1-68.2. АвтоР 913199,рское свидетельство СССРкл. С 01 И 25/18, 1980 СОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОДНОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНЫХзаключающийся в том, чтоде тонкого стержня нагреческим током, концы образают при температуре, равуре среды, изменяющейсязмеряют распределение темдлине образца, падениеа нем, силу тока, идущего ЯОО 96548 через образец, и скорость изменениятемпературы среды, по которым судятоб определяемых величинах, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюускорения процесса определения теплопроводности, электропроводности ирасширения функциональных возможностей способа за счет определениятемпературопроводности, среднеесечение образца поддерживают притемпературе среды, в обе стороны отсреднего сечения пропускают не равныемежду собой токи, измеряют разностьтемператур между двумя сечениями,расположенными по разные стороныот среднего сечения и равноудаленнымиот концов образца и от среднего сечения, разность температур между концомобразца и сечением, расположеннымна равном расстоянии от среднего сечения и одним из концов образца, покоторым судят о распределении температуры по длине образца, силу тока измеряют по разные стороны от среднегосечения образца, а падение напряженияопределяют на одинаковых по длине участках образца по разные сторонот среднего сечения.Изобретение относится к теплофиэическим измерениям и может быть использовано в материаловедении при определении свойств электропроводных материаловИзвестен способ определения тепло- и электропроводности электро- проводных материалов, заключающийся в том, что образец н виде стержня,О концы которого имеют одинаковую температуру, помещают в среду с постоянной температурой, и разогревают электрическим током. После включения электрического тока в стационарном15 состоянии измеряют распределение температуры по длине образца, падение напряжения на нем и силу тока идущего через образец 1 1Недостатком этого способа является20 длительность снятия температурной зависимости искомых параметров, обусловленная ступенчатым характером перехода от одного температурного уровня к другому и длительностью создания25 требуемого температурного режима опыта, а также то, что определяются только два параметра: теплопроводность и электропроводность.Наиболее близким техническимрешением к предлагаемому является способ определения тепло- и электропроводности электропроводных материалов, заключающийся в тоМ, что образец в виде тонкого стержня нагревают электрическим током, концы образца 35 поддерживают при температуре, равной температуре среды, изменяющейсямонотонно, измеряют распределение температуры по длине образца, падение напряжения на нем, силу тока, идущего 40 через образец и скорость изменения температуры среды по которым судят об определяемых величинах21.Недостатком этого способа является ограниченная производительность,так как величину скорости изменениятемпературы среды приходится ограничивать таким образом, чтобы в расчетной формуле для теплопроводности50комплекс, содержащий скорость разогрева, носил поправочный характери не превышал 0,1-0,2. В этот комплекс входит также и коэффициент температуропроводности исследуемогоматериала (либо теплоемкость),55Который должен быть определен изнезависимых экспериментов, либо политературным данным. Операция измерения скорости не может быть достаточно точной; для новых, неизученных материалов коэффициент температуропроводности не известен, а литературные данные для изученных часто не являются достоверными. В связи с этим увеличение скорости разогрева, необходимое для увеличения производительности, приводит к возрастанию роли укаэанного комплекса и снижению точности.Недостатком известного способа,явля ется также возможность определения только двух параметров: теплопроводности и электропроводности.Цель изобретения - ускорение процесса определения тепло- и электропроводцости и расширение функциональных возможностей за счет определения температуропроводности.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения тепло- и электропроводности, заключающемуся в том, что образец в виде тон-, кого .стержня нагревают электрическим током, концы образца поддерживают при температуре, равной температуре среды, изменяющейся монотонно, измеряют распределение температуры по длине образца, падение напряжения на нем, силу тока, идущего через образец, и скорость изменения температуры среды, по которым судят об определяемых величинахсреднее сечение образцаподдерживают при температуре среды,в обе стороны от среднего сеченияпропускают пе равные между собойтоки, измеряют разность температурмежду двумя сечениями, расположенными по разные стороны от среднегосечения и равноудаленными от концовобразца и от среднего сечения,разность температур между концомобразца и сечением, расположеннымна равном расстоянии от среднегосечения и одним из концов образца,по которым судят о распределениитемпературы по длине образца, силутока измеряют по разные стороныот среднего сечения образца, а падение напряжения определяют на одинаковых по длине участках образца поразные стороны от среднего сечения. Искомые величины рассчитывают последующим формулам:тельно определять температуропроводность исследуемого материала.В известном способе 2 3 для материалов с 3 =10-100 Вт (и,К), скоростьразогрева при токах через образец100-200 А не должна превышать 0,03 К/с,чтобы оказалось возможным измерениеЛ с погрешностью в 2-3%. Такая погрешность получается при следующих условиях: относительная погрешность измерения площади поперечного сеченияобразца не более 0,5%; относительнаяпогрешность измерения длины рабочего участка образца не более 0,5%,относительная погрешность определениясилы тока не более 0,1%, относительнаяпогрешность определения температурыне более 1%, относительная погрешность комплекса, содержащего скоростьразогрева среды и температуропроводность не более 1%. Если скоростьразогрева среды увеличить н три раза,то погрешность определения Л увеличится на 1,4% и будет равной 3,44,4%. При скорости разогрева средыв 0,03 К/с измерения в диапазонетемператур 320-1200 К провоцятсяв течение 7-8 ч. В предлагаемом способе погрешность равйа 2-2,5% и независит от скорости разогрева, Гожноувеличить скорость разогрева в трираза, тем самым уменьшая время измерения в три раза, не ухудшая точностиопределения теплопроводности и электРопроводности,2 И г где Л -6 -разность температур между двумя сечениями, расположенными по разные стороны от среднего сечения и. равноудаленными от концов образца и от среднегосечения, К;разность температур между концом образца и сечением,рас-.зО положенным на равном расстоянии от среднего сечения и одним из концов образца, К; скорость измерения температуры среды, К с; 35 поправка на боковой теплообмен. 2 В формулу (1) для теплопроводности не входит скорость изменения температуры среды, ни температуропроводность образцаТаким образом, точность определения коэффициента теплопроводности не уменьшилась.Точность определения электропровод 4 ности также не изменилась.Наличие на образце среднего сечения с температурой равной температуре его концов, пропускание не равных по величине токов прозволяет создать в каждой части образца различное тепловое состояние. Использование дифференциальной схемы измерения позволяет исключить из расчетной формулы для теплопроводности скорость изменения.темпе 5 теплопроводность, Вт м-"К-";электропроводность, Омм ",темнературопроводность,м с 1 Осила тока через одну половину образца, А;падение напряжения на однойполовине образца, В;сила тока через другую поло-,1вину образца, А;Падение напряжения на другойполовине образца, В;длина образца между среднимсечением и концом образца, и;20площадь поперечного сеченияобразца, м; ратуры среды и проводить измеренияпри больших скоростях разогрева. Крометого, это дает возможность дополниП р и м е р. Опытная проверка способа проводилась на образце из нержавеющей стали 12 Х 1 ЯН 10 Т диаметром 5 мм и длиной 150 мм, Образец закреплялся в установке так, что температуры концов и средкего сечения были равны температуре среды, Одна дифференциальная термопара крепилась в точках, расположенных по разные стороны среднего сечения и равноудаленных от концов образца и среднего сечения, Вторая дифференциальная термопара крепилась в точке, расположенной на одном конце образца, и в точке, расположенной в сечении, равноудаленном от среднего сечения образца и конца образца. Увеличивают температуру среды монотонно со скоростью 0,13 К/с. Через половину образца пропускали ток Э = 19 А. При этом л т = 29,4 К, ,М = 19,4 К, и = 49 мВ. Полученные значения теплопроводности отличались от литературных на 2,5%, 1/2%, 6%Заказ 3817/32 Тираж 823 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент", г, Ужгород, ул, Проектная, 4 соответственно. Процесс измерения температурной зависимости параметров в интервале температур 320-1200 К занял 2 ч,По сравнению с прототипом длительность процесса измерения уменьшилась,а точность определяемых величин сохранилась, Дополнительно появилась воэможность определения коэффициента температуропро водности,