Способ определения теплофизических свойств материалов

СООЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 09) 01) А С 01 И 25 ОПИ НИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Московский ордена ТрудовогоКрасного Знамени геологоразведочныйинститут им. Серго Орджоникидзе(прототип),(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ поавт,св. Р 1032382, о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностейосуществляют нагрев образцов линейным источником энергии, расположенным перпендикулярно к направлениюдвижения. образца, после чего посоответствующим формулам рассчитывают искомые величины,492 1 11005Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при определении теплофизических свойств материалов.По основному авт.св. 9.1032382 известен способ определения тепло- физических свойств материалов, включающий нагрев поверхностей последовательно расположенных эталонного и исследуемых образцов подвижным 10 точечным источником энергии и измерение предельной избыточной температуры.поверхнрсти образца по линии перемещения источника энергии. датчиком температуры, двигающимся с фиксированным отставанием от источника энергии И.Недостатком известного способа является невозможность определения всего комплекса теплофизических свойств материала.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа,Цель достигается тем, что согласно способу определения теплофизических свойств материалов осуществляют нагрев образцов линейным источником энергии, расположенным ерпендику. - лярно к направлению движения, по:сле чего по соответствующим формулам рассчитывают искомые величины.На фиг. 1 приведена схема расположения сосредоточенного источника энергии и датчика температуры относительно эталона с известными коэффициентом теплопроводности и объемной З 5 теплеемкостью исследуемых образцов, на фиг. 2 - схема расположения линейного источника энергии температуры относительно эталона с извест 40 ным коэффициентом теплопроводности и объемной теплоемкостью, и исследуемых образцов.Сосредоточенный источник 1 энергии и датчик 2 температуры помеще 45ны над эталоном 3 и исследуемымиобразцами 4, Буквой Н обозначенонаправление перемещения сосредоточенного источника 1 энергии и датчика 2 температуры относительно эта О . лона 3 и исследуемых образцов 4, Х-расстояние отставания области измере"ния температуры датчиком температурыот пятна нагрева поверхности твердыхтел сосредоточенным источником энергии, Х - расстояние отставания области измерения температуры датчикомтемпературы от линии нагрева поверхности твердых тел линейным источником энергии.Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.Измеряют начальные температурыповерхности эталона с известнымикоэффициентом теплопроводности иобъемной теплоемкостью и поверхностейисследуемых образцов. Начальные температуры можно определить, перемещаядатчик температуры вдоль поверхностейэталона и исследуемых образцов илиизмеряя температуры эталона и исследуемых образцов в любой точкеих поверхностей, поскольку в пределах эталона и каждого из исследуемыхобразцов температура перед началомизмерений должна быть одинакова,Затем сосредоточенный источник 1тепловой энергии постоянной мощности(фиг, 1), например электрическую лампу типа КЗ-50 с малопротяженнойнитью накала с встроенным сферическим зеркальным отражателем н малымпятном нагрева, сфокусированным наповерхности нагреваемых твердых тел идатчик температуры 2 (например, бесконтактный датчик, регистрирующийтемпературу нагреваемой поверхностипо ее электромагнитному излучениюоптическим способом), жестко связанный с сосредоточенным источником 1,начинают перемещаться с одинаковойи постоянной скоростью вдоль поверхности эталона 3 с известными коэффициентом теплопроводности и объемнойтеплоемкостью поверхностей исследуемых образцов 4 в направлении Н, приэтом датчик 2 температуры располагается так, чтобы он измерял температуру нагреваемых поверхностей полинии перемещения пятна нагрева сосредоточенного источника 1.Расстояние отставания Х областиизмерения температуры датчиком 2 тем"пературы от пятна нагрева сосредоточенного истдчника 1 устанавливаюттаким, чтобы выполнялось соотношениегде К .- коэффициент сосредоточенности источника 1 энергии, который позволяет рассматриватьисточник как точечный.Толщины эталона 3 и исследуемыхобразцов 4 должны быть не меньшерасстояния отставания Х, чтобы можнобыло рассматривать процесс их нагрева как нагрев точечным источникомполубесконечного тела,10 дх 3 1100549 4После окончания периода теплона- Линейный источник 1 энергии и датсыщения датчик 2 температуры реги- , чик 2 температуры, жестко связанныйстрирует предельную температуру на- с линейным источником 1 энергии, перегреваемой поверхности эталона 3, со- мешают вдоль поверхности эталона 3 иответствующую установившемуся квази исследуемых образцов 4 с одинаковойстационарному режиму нагрева. Ана- и постоянной скоростью.логично датчик 2 температуры реги- Расстояние отставания Х областистрирует предельные температуры по-измерения температУры датчиком 2верхностей, нагреваемых сосредото- температуры от линии нагрева поверхноченным источником 1, для каждого изсти эталона 3 и исследуемых образцовисследуемых образцов 4. 4 линейным источникомУстанавливаПо разности предельной температу- ют таким, чтобы выполнялось соотноры нагрева эталона 3 и измеренной шениеранее начальной температуры этого 1, Т 5 аэталона 3 определяют избыточную предельную температуру нагрева его по;де С 1 - верхняя граница диапазонаверхности. Затем по разности превозможного изменения коэфдельной температуры нагрева и измефициента температуропроводренной ранее начальной температурыности для исследуемьм тверкаждого из исследуемых образцов 4 20дых тел,определяют избыточную предельную ч - скорость перемещения.температуру нагрева поверхности дляПосле окончания периода теплонасыкаждого из исследуемых образцов 4..цщения датчик 2 температуры регистриру"Для каждого исследуемого образцает предельную температуру нагреваемойкоэффициент теплопроводности опре- .25поверхности эталона 3, соответствуюделяют по формулещую установившемуся квазистационарному режиму нагрева, Аналогично дат 1ОВО эт -Обй чик 2 температуры регистрирует прегдеЗоб,Я- коэффициенты теплопро-. дельные температуры поверхностей,водности образца и зта- З 0 нагреваемых линейным источником 1лона соответственно, энергии, для каждого из исследуемыхТобтзт- избыточные предельные. образцов 4.температуры образца и ГГО разности предельной темпераэталона соответственно. туры нагрева эталона 3 линейнымПосле выравнивания температур по ,35 источникОм 1 и измеренной ранее уста-.объему эталона и исследуемых образцов, новившейся температуры эталона 3 Опреих измеряют. деляют избыточную предельную темПосле этого начинают перемещать пературу нагРева его поверхности ..линейный источник 1 тепловой энер линейным источником 1Затем по разгии постоянной мощности и датчик 40 ности предельной температуры нагрева2 температуры в направлении Н вдоль полинейным источником 1 и измереннойверхностей эталона 3 и исследуемыхранее установившейся температуры9образцов 4,при этом располагают линей- каждого из исследуемых образцов 4ный источник энергии 1 вдоль поверх-. ; определяют избыточную предельнуюФности 3 и исследуемых .образцов 4 пер.45 температуру нагрева поверхности линейпендикулярно к направлению перемеще- ным источником 1 для каждого из исния Н. В качестве. линейного источни- следуемых обРазцов 4ка 1 энергии можно использовать, на- При нагреве поверхности полубепример, электрическую лампу типа . конечного тела линейным подвижным исКГ 220-1000 с протяженной прямой 50 точником энергии избыточная предельнитью, длина которой составляет 15 см, :ная температура нагреваемой поверхи с цилиндрическим отражатеЛем, фоку- ности этого тела в точке, перемещасирующим излучение лампы на поверх- ющейся вслед за источником с такойность эталона и исследуемых образцов .же скоростью, что и источник, опредев виде прямой линии, Линейный источ-. 55 ляется формулойник 1 энергии можно также получитьпутем развертки вдоль прямой линиимуча лазера непрерывного действия.