Способ измерения коэффициента теплопроводности

,ЯО 1 1) С 01 М 25/1 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВ атуновв. ена Трудовогологический омышленнос Основы теплоа думка", 1971 ромышлены первого теплотех 29-34(54)(57 ТА ТЕПЛ создании ком обр контакт ператур нарвой СПОСОБ ИЗМЕРЕН ПРОВОДНОСТИ, со перепада темпе зце за счет его с двумя средамизмерении в к тадни опыта пер ИЯ КОЭффИЦИЕН- тоящий в атур на пл теплового разной тем- азистациолада темосОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ Н АВТОРСКОМУ СВИД(71) Ленинградский ордКрасного Знамени техноинститут холодильной пр(прототип) ур на образце и.скорости изметемпературы одной из поверхй образца, о т л и ч а ю щ и йтем, что, с целью повышения точности измерений, на верхней поверхности образца выделяют и измеряют мощность, обеспечивающую нулевую разность темйератур между ею и контактирующей с ней средой дополнительно измеряют скорость изменения температуры на нижней поверхности образца и рассчитывают искомый коэффициент %по соотношению0 СЪ, Вбсйь,-Ъ,16. 5 Мгде О - . выделяемая. мощность; С, С - теплоемкости нагревателяи образца;Ь, Ь - скорости изменения температур нижней и верхней поверхностей образца;8, - площадь поверхности образца и его толщина;т - перепад температур на образце.Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к области исследования теплофиэических свойств веществ.Известен способ измерения тепло проводности, согласно которому образец помещают между основанием с теп,ломером и нагревательным блоком, Включают нагреватель, и после уста 1 О 1 новления стационарного состояния измеряют перепады температуры на образце, тепломере и рассчитывают теплопроводность Щ .Недостатком данного способа является большая длительность установления стационарного режима в упомянутой системе тел (-30-50 мин.), большая погрешность измерения теплового потока за счет того, что тепломер предварительно градуируется по образцовым мерам (с погрешностью ке менее 37), либо на специальной установке с погрешностью 1,5-2 Х.Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ измерения теплопроводности образца, состоящий в создании перепада температур на плоском образце за счет - его теплового контакта с двумя средами разной температуры, измерении ЗО в квазистационарной стадии опыта перепада температур на образце и скорости изменения температуры одной из поверхностей образца. Измерение теплового потока осуществляется З 5 тепломером, контактирующим с одной из поверхностей образца 2 .Недостатком известного способа является значительная погрешность измерений за счет погрешности гра дуировки тепломера. Обычно он градуируется по образцовым мерам с погрешностью не менее ЗХ. Кроме того, источником погрешности является несимметричность расположения 45 образца относительно сред, обеспечивающих протекание через него теплового потока. Эта несимметричность обусловлена наличием в тепловойсхеме пластинки тепломера. 5 ОЦель изобретения - повьппение точнбсти измерения.Указанная цель достигается тем, что согласно способу измерения теплопроводности, состоящему в созда нии перепада температур на плоском образце за счет его теплового контакта с двумя средами разнойтемпературы, измерении в квазистационарной стадии опыта перепадатемператур на образце и скоростиизменения температуры одной иэ поверхностей образца, на верхней поверхности образца выделяют и измеряют мощность, обеспечивающую нулевую разность температур между еюн контактирующей с ней средой, дополнительно измеряют скорость изменения температуры на нижней поверхности образца и рассчитывают искомый коэффициент % по соотношению а где Я -Сп,выделяемая мощность;теплоемкости нагревателяи образца;скорости изменения температур нижнейи верхней по- .верхностей образца;площадь поперечного сечения и толщина образца;перепад температуры наобразце. На чертеже изображено устройство, иллюстрирующее предлагаемый способ.Оно состоит иэ двух массивных ме-. таллических блоков 1 и 2. В верхнем блоке 1 установлена контактная пластинка 3 с нагревателем 4, которая крепится к блоку с помощью металлических трубочек 5, В пластинке 3 смонтирована первая термопара 6, в нижнем блоке вторая термопара 7, в пластинке и контактной поверхности нижнего блока монтируются спаи дифференциальной термопары 8, а между пластинкой и верхним блоком монтируются спаи термобатареи,9, которая подключается к системе 10 автоматического регулирования температуры (САРТ), выход которой подсоединен к нагревателю пластинки. На боковые поверхности блоков навинчены охранные кольца 11 и 12, высота которых подбирается равной половине высоты образца.Устройство работает. следующим образом.Разогревают верхний блок относительно нижнего на 7-10 К и помещают образец между нижним блоком и контактной пластинкой верхнего блока. САРТ поддерживают нулевой перепад между пластинкой и верхним блоком. После установления кваэистационарного режима в системе блоки-образец температура верхнего блока уменьшается, а нижнего - увеличивается со скоростями Ъ и Ъ соответственно.Расчетная формула (1) получена из 5 решения уравнения теплопроводности- -д (2)М 31а". = ах10при следую 1 цих граничных и начальныхусловиях уО,ь=, Ь,ь ) 1 и,ь 1=1 -Ъ Г1(х.о) =1(3) 15 Тепловая проводимость между пластинкой и блоком при зазоре 1=5 мм, диаметрах трубочек с 11=0,7 мм, й = 0,5 мм, общем количестве трубочек и 8, тенлопроводности трубочек и воздуха Эр =16. Вт/(м К), % Выбор верхнего блока более горячим, чем нижний, а также установка нагревателя в верхнем блоке обеспечивают сведение к минимуму теплообмена за счет естественной конвекции.Тепловой поток, поступающий в образец, измеряется по электрической мощности, выделяемой в пластинке, в то время как согласно известному способу поток измерялся тепломером, Точность измерения теплового потока, . проходящего через образец, в предла 30 гаемом способе определяется лишь инструментальными погрешностями измерения тока, сопротивления (или напряжейия), которые для цифровых приборов составляют. менее О, 1 Х. Погрешность в измерении теплового потока 35 . эа счет возможной неадиабатичности между пластинкой и верхним блоком не превышает 0,05-0, 17.Например, для образца с Ж0,2 Вт/(м К), диаметром. 2 мм, при 0 ,перепаде температуры ч = 10 К чеоеррез образец проходит поток 610 Вт.= 0,03 Вт(м К), диаметре пластинки д,=20 мм - составляет 5 10Вт(К.При восьмиспайной термобатарее и точности регулятора О, 1 К, между пластинкой и блоком можно поддерживать перепад температуры с погрешностью ч 0,01 К. В этом случае.относительная погрешность измерения теплового потока составит О, 17, т.е. гораздо меньше, чем согласно известному способу.Кроме того, изобретение позволяет уменьшить погрешность за счет бокового теплообмена образца, поскольку разности температур блоков и среднеповерхностной температуры боковой поверхности образца равны по величине и противоположны по знаку. Поэтому приток тепла к боковой поверхности образца от нагретого верхнего блока полностью компенсируется оттоком того же потока к нижнему холодному блоку. Численный расчет на ЭВМ показал, что при симметричных условиях бокового теплообмена погрешность измерения теплопровод- . ности может быть снижена до 0,57 и менее, т.е. в 3-5 раз по сравнению со схемой где вследствие применения тепломера условия симметричности не соблюдаются.Таким образом, погрешность измерения теплового потока в предложенном способе не будет превьппать 0,5- -17 В базовом приборе ИТЭМ2, погрешность составляет 8-103. Кроме того, отпадает необходимость в проведении очень трудоемкой операции по градуировке тепломера по образцовым мерам, что особенно важно для промьппленных приборов, выпускаемых серийно, и непосредственно связано с экономическим эффектом в процессе изготовления и эксплуатации приборов.Способ может найти применение при массовых испытаниях материалов, особенно при температурах, близких температурам окружающей среды.1165958 Составитель В. ВертоградскиТехред Т,Маточка р С, Патруш ПодписиСССРд, 4/5 02 Тираж 897 сударстванного комитет изобретений и открыт ва, Ж, Раушская набВ Патент",город, ул. Проектная иа НИИПИ Гопо делам113035, Моск ректор А, Обручар