Способ измерения теплофизических характеристик материалов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 1 Б 25/18 ОПИСАНИ К АВТОРСКОМУ БРЕТЕНИ ЕЛЬСТ хническии инстимсомолаРогоцкий ельство СССР 25/18, 1985. я теплопроводдности./Поднергия, 1973,теплофизыть иским измерениям ьзовано для оп ж по еления теплопроропроводности раз ости и темпе ых материалов,ель изобретенияи путем исключенипараметров. и овышение точ- неинформативчертеж на ма ус аемый еняупре Способ изм арактеристик ерительнь стоит из ячеики, одна кот ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ(57) Изобретение относится к тепловым Изобретение относитс оказана принципиаль йства, реализующего особ. ения теплофнзическихатериалов реализова следующим образом, Создают две тепло 2испытаниям, а именно измерению тепло- физических свойств материалов. Цель - повышение точности за счет исключения неинформативных параметров. Используют исследуемые и эталонные образцы в виде пластин, Создают иэ них два пакета.В первом пакете наружными слоями являются эталонные образцы, а внутрен-. ним - исследуемый образец. Во втором пакете расположение образцов обратное. Толщина среднего слоя пакета равна сумме наружных слоев. Испытание ведут и и монотонном нагреве пакетов с рав- Рной скоростью при квазистационарном тепловом режиме. Теплопроводность, температуропроводность и теплоемкость рассчитывают на основании значе - е ний перепадов температур по слоям пакетов. 1 ил. исследуемого образца, размещенногомежду двумя эталонными образцамиодинаковой толщины, другая - иэ этлонного образца, размещенного междудвумя исследуемыми образцами одинаковой толщины, причем толщиныцентральных образцов обеих теплоизмерительных ячеек выполняют равнымисумме толщин контактирующих с нимобразцов, Температуры внешних поверкостей обеих теплоизмерительных яч.ек поддерживают одинаковыми и измеют по линейному закону. После настления квазиетационарного режиматеплопередачи измеряют для каждойтеплоизмерительной ячейки разностимежду температурами ее внешнейповерхности и области контакта центрального образца с боковым образцом, а также - области контакта центрального образца с примыкающими к нему образцами и серединой центрального образца. Используя измеренные величины, определяют искомые величины по формулам;дпя коэффициента температуропро- водности 10 0ЬТофк э ЬТдпя коэффициента теплопроводности 2 ЬТл лЬТ - ЬТ Д о(3) 25 30 костЬ исследуемогоматериала;С э - то же соответственнодля эталонного материала; 35 ЬТ, ЬТ - соответственно разности между температурами внешней поверхности слоев эталонного материала и 40области контакта слоев эталонного и исследуемого материалов, а также областиконтакта слоев эталонного и исследуемого материалов исередины слоя исследуемого материала дпяОдной теплОизмерительной ячейки;Е Т, Ь Т - соответственно разности между температурами внешней поверхности слоев исследуемого материала и области контакта слоевисследуемого и эталон-.ного материалов, а где 3 е Чх С- соответственно теплопроводность, температуропроводность и объемная теплоемтакже области контакта слоев исследуемого и эталонного материалов и середины слоя эталонного материала дпя другой теплоизмерительной ячейки.Устройство, реализующее предпага емый способ, состоит из теплоизоляционного корпуса 1, в котором между блоками 2 и 3 программированного изменения температуры размещены две теплоиэмерительные ячейки, состоящие соответственно из исследуемого 4 и эталонных 5 и 6 образцов, а также - из эталонного 7 и исследуемых 8 и 9 образцов. Теплоизмерительные ячейки разделены между собой теплоизоляцией 10. Кроме того, тенлоизмерительные ячейки содержат температуровыравнивающие пластины 11-16, причем в некоторых иэ них, а также по середине исследуемого 4 и эталонного 7 образцов размещены датчики 17-22 температуры. Датчики 17 и 22 . температуры подключены к измерительному устройству 23, которое соединено с блоком 24 набора ТФХ стан дартных образцов и блоком 25 индикации ТФХ исследуемых образцов. Измерительное устройство 23 состоит иэ со единенных в определенной последовательности измерителей 26-29 разности температур, блоков 30-36 деления, блоков 37-41 умножения, блоков 42 и 43 суммирования, блоков 44 и 45 вычитания и блоков 46 и 47 задания постоянных. Блок 24 набора ТФХ стандартных образцов состоит иэ блоков 48 и 49 набора соответственно, температуропроводности, теплопроводности и блока 50 объемной теплоемкости стандартных образцов. Блок 25 индикации ТФХ исследуемых образцов включает в себя индикаторы температуропроводности 51, теплопроводности 52 и объемнойтеплоемкости 53 исследуемых образцов.П р и м е р. В качестве блоков про-. граммированного изменения температуры использованы электронагреватели, работающие по заданной программе.Центральные образцы обеих теплопроводящих цепей выполнены в виде пластин толщиной 8 мм, а примыкающие к ним образцы - в виде пластин толщиной 4 мм.где ф -Ч 9 СС э ЬТ 5 152909 Для эталонных образцов применены органическое стекло по ГОСТ 7622-72 и кварцевое стекло КВ по ГОСТ 15130- 69. Датчики температуры представляют собой термопвры ХА с диаметром элек,5 тродов 0,2 мм. Температуровыравниввющие пластины изготовлены из меди толщиной 1,5 мм. Проведены измерения свойств оптического стекла ТФ 1, нержавеющей стали 1218 Н 10 Т (ГОСТ 5632-72) и сравнение полученных характеристик с имеющимися стандартными данными по этим материалам, Погрешность измерения теплопроводности не превышает 5 53, температуропроводности - 6 Х, теплоемкости - 2 . Время проведения опыта по испытанию материалов в диапазоне 300-400 Х составляет 0,5-1 ч.Положительный эффект изобретения - повышение точности - достигается в результате того, что в расчетные формулы способа не входят такие свойственные прототипу величины как тепловой поток, скорость нагрева толщины образцов. Способ может найти применение для массовых испытаний широкого класса твердых матернапов. Формула изобретения 30 Способ измерения теплофизических характеристик материалов, состоящий в том, что создают трехслойный пакет из образцов, размещая между35 двумя слоями эталонного материала равной толщины слои исследуемого материала, температуру внешней поверхно,сти пакета изменяют с постоянной ско ростью, после установления квазиствционврного теплового режима пакета 1 6измеряют перепад температур на наружном слое пакета и перепад температуры мекду поверхностью и средним по тол" щине сечением центрального слоя, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности зв счет исключения,неинформативных параметров, дополнительно создают и подвергают испытанию терхслойный пакет из образцов, размещая меаду двумя слоями исследуемого материала равной толщины слой эталонного материала, толщины центральных слоев пакетов выбирают равными мвкду собой и равными сумме внешних слоев пакета, в искоиие величины определяют по ФормуламаТ - атьЯ еееаюаюеееэ 2 ЬТо теплопроводность исследуемогомвтериапа;теппопроводность эталона;температура исследуемогоматериала;температура эталона;объемная теплоемкость исследуемого материала;объемная теплопроводностьэталона;перепад температур по толщине наружного слоя первогопакета;перенвд температур в центральном слое первого лакетаперепад температур в цент"рвльном слое второго пакета,1529091 Ог 110 Ю Ю Составитель В,ВертоградскийРедактор С.Лисина Техред Л. Сердюкова Корректор С.Черни,раж 789 дписн при ГКНТ ССС тениям и открытия ская наб., д. 4/5 мите оиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 10 аз 7633/38 НИИПИ Государственного 113035, о изо35, Р