Способ измерения коэффициента температуропроводности материалов и устройство для его осуществления

(9) И 1) Я)4 СО 18 оп; скаю их ретен измер я коэ ента температуро рово ти ди пизкои змерени водност лов(53) 536.6(08 (56) Филиппов вых свойств т лов, М.: МГУ,Филиппов Л свойств твердь М.: МГУ, 1967,8) 1.П змерение тепло и жидких метал с. 129-130, ерение тепловы дких металлов.-47 ердых 967, П. Из м и ж ФИЦИЕНТАЕРИАЛОВСТВЛЕНИЯк обласии и мо- измерени ти материа ческих,ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТ ПИСАНИЕ ИЗОБР Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Киевский ттут легкой промь. С.Шевелюк и Л.А. Глаз(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФ ТЕМПЕРАТУРОПРОВОДНОСТИ МА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕ (57) Изобретение относитс ти теплофизических измере жет быть использовано для коэффициента температуроп низкотемпературопроводных лов, в том числе диэлектр д . щ значительныи перегревконтролируемых образцов. Целью изобия является повышение точности электрических материаеплопроводностью. Спокоэффициента температудиэлектрических материалов основан на возбуждении плоской температурной волны в образце в виде неограниченной пластины. Проводят измерения отношения амплитуд те пературной волнына поверхности образ ца. Частоту температурной волны уста навливают равной значению, при котором длина температурной волны становится равной толщине контролируемого образца материала. Искомый коэффициент температуропроворности определяю по соотношению а = 3 Р/4 й, где 1 толщина образца, У - частота темпера турной волны. Предложенный способ позволяет точнее и проще проводить измерения температуропроводности диэлектрических материалов.12936 С 6 2 ( - коэфиигт телерцтурхро-нодости,При условии од-остороццего доступа к контролируемому образцу со стороны нецагренаемой поверхности (например, н техноло ическом коцтроле листовых и рулоцых материалов) необхоцим критерий выбора частоты и, который позволил бы судить и об амплитуде температуры нагреваемой поверхности. Это нужно, чтобы исключить радиационную составляющую коэффициента теплообмена, которая существенно велика при температуре оолее 400 К и кондуктивную составляющую этого коэффициента, вносящую свой вклад в теплообмен при градиенте температуры нагренаемсй поверхности и окружающей среды более нескольких десятых долей градуса. В особенности, это важно. при контроле материалов с низкой температуропронодностью (например, различных диэлектрических материалов ца основе попнлмерон), поскольку для ощутимых изменений температуры ненагренаемой поверхности недопустимо перегренать контролируемый материал.- х2 Ц при некоторой частоте Я будет равнатолщине 3 пластины, т,е. Е=1 топоглощение температурной волны в толще пластины составляет Из этой зависимости следует значение частоты Г температурной волны, при которой В =откуда 4 л,ц2Таким образом, условие 1= впозволяет судить о колебании температу- ры цагренаемой поверхности.Из последнего выражения очевидна воэможность определения коэффициента температуропроворности Я, если известны Г и 8 55 где 8, - температура на нагреваемой поверхности (Х=О); ь - круговая частота температурной волны;Таким образсм, если принять, чточастота температурной волны является Изобретение относится к областитеплофизических измерений и можетбыть использовано для измерения коэффициента температуропронодности цизкотемпературопроводных материалов, цедопускающих значительного перегреваконтролируемых образцов,Цель изобретения - поньшение точности измерения коэффициента температуропроводности материалов с низкойтеплопроводностью,На чертеже изображена функциональная схема устройства для осуществле -ния способа измерения коэффициентатемпературопроводности материалов. 15Устройство содержит регулируемыйпо частоте первый низкочастотный генератор 1, модулируемый по напряжению источник 2 питания плоского малоинерционного нагревателя 3 который 20установлен на поверхности контролируемого образца 4. Нагреватель 3 термоизолирован оболочкой 5, Температура ненагренаемой 25 поверхности образца измеряется термопреобразонателем 6 с термочунствительным элементом. Выходной сигнал переменного тока термопреобразователя 6 усиливается усилителем 7 низ кой частоты, выпрямляется фазочувствительным выпрямителем 8, на опорный вход которого через удвоитель 9 частоты и фаэовращатель 1 С поступает сигнал удноенной частоты генератора 1. Выходной сигнал фазочувствительного выпрямителя 8 регистрируется индикатором 11, Измеритель 12 отношения частот, например электронно-счетный частотомер, первым входом соеди О нен с выходом удноителя 9 частоты, а вторым - с выходом низкочастотного генер тора 13, выход его соединен с цифровым индикатором 14.Сущность способа заключается в 45 следующем, В отсх гствие переменной составляющей теплообмена с окружающей средой плоской пластины., н которой возбуждается температурная волна, распределение температуры ь вдоль 5 г оси координат Х, перпендикулярной пластине, описывается выражениемвеличиной, но которой судят лб измеряемой величине Я, то частота, при которой длина температурной волны равна толщине контролируемого образца, прямо пропорциональна коэффициенту теплопроводностиР==Кг47где К =- коэффициент измеритель 2ного преобразования.Например, коэффициент температуропроводности образца пенополиуретана толщиной 1 мм, определенный по предлагаемому способу, равен1 ( 1 ОЙ = 4- 4.Г 5,097- 0,4056 10 м/сУстройство работает следующим образом,Мощность нагревателя 3 пульсируетс частотой, равной удвоенному значению частоты генератора 1, и возбуждает температурную волну в контролируемом образце 4, Термопреобразователь 6 с термочувствительнымэлементом преобразует колебания температуры ненагреваемой поверхностиобразца 4 в сигнал постоянного тока,модулированный переменной составляющей частоты, равной частоте температурной волны. Усилитель 7 низкойчастоты усиливает только переменнуюсоставляющую этого сигнала, а фазочувствительный выпрямитель 8, в опорный канал которого включен удвоитель9 частоты и переменный фазовращатель 1 О, компенсирующий фазовые набеги в измерительном канале, производит синхронное выпрямление этойсоставляющей. Индикатор 11 показывает величину амплитуды переменнойсоставляющей температуры на ненагреваемой поверхности образца.Если установить частоту генератора 13 низкой частоты численно равной4 и= в -", - Гц,где 8 - толщина образца в мм, то измеритель отношения частот выполнитоперацию деления, результат и которого равенри == -- Е = Е 1 ОГ .4 й с 1 ифровой индикатор 14 фиксируетьпри этом число и = 1 1 О м/с,Так, для измерения коэффициентатемпературопроводности пенополиуретака толщиноймм при температуре333 К необходимо возбудить гармонические колебания температуры с амплитудой порядка 5 К. С учетом значениякоэффициента теплопроводности для 1 О этого материала 1 = 0,4066 О мсчастота переменного тока создающего переменную составляющую температуру, составляет 2,5-3 Гц.11 редлагаемый способ измерения ко эффициента температуропроводностиматериалов, преимущественно диэлектрических и устройство для его осуществления повышают точность измерения коэффициента температуропровод 20 ности диэлектрических материалов,которые обычно имеют низкие значения этого коэффициента и, следовательно, требуют чувствительных и точныхсредств измерений очень малых колебаний температуры ненагреваемой поверхности образца,формула изобретения30 . Способ измерения коэффициентатемпературопроводности материалов,основанный на возбуждении температурной волны в образце, моделируемой вплоской неограниченной пластине, из мерении амплитуд температурной волны и вычислении определяемой величины, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности, приизмерениях температурную волну ре гулируют до установления ее длины,краткой толщине образца, а коэффициент температуропроводности Ч определяют по соотношению245 (4 игде о - толщина образца;частота температурной волны;и = 1,2,3 - одно из чисел натурального ряда.2. Устройство для измерения коэффициента температуропроводности материалов, содержащее первый генератор низкой частоты, соединенный суправляемым источником питайия, выход которого соединен с плоским нагревателем, установленным на однойстороне контролируемого образца,129360 б СоставительТехред В,Кад евин кт Тираж 777 ПодпГосударственного комитета СССРелам изобретений и открьггийМосква, Ж, Раушская наб., д. 4 Заказ/47ВНИИПИпо д113035,о ул Проектная Произво енно-полиграфическое предприятие, г.ужг термопреобраэователь, установленныйна другой стороне образца и соединенныйс усилителем, индикатор, о т л ич а и щ г е с я тем, что сно снабжено дополнительно фазочувствительнымвыпрямителем, удвоителем частоты,фазовращателем, измерителем отношения частот, вторым низкочастотным генератором, вторым цифровым индикатором, при этом первый вход фаэочувст-.вительного выпрямителя соединен с выходом усилителя, а выход соединен с первым индикатором, удвоитель частоты выходом соединен с входом фачовращателя, выход которого соединен с вторым входом фазочувствительного выпрямителя, вход удвоителя частоты соединен с первым генератором, первый вход измерителя отношения частот соединен с выходом удвоителя частоты, а второй вход его соединен : вторым низкочас то. ным генератором, второй цифровойиндикатор соединен с выходом измерителя отношения частот. ГусеваКорректор М.Демчи