Устройство для определения теплофизических характеристик материалов

)ю 6018251 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ(71) Краснодарский политехнический институт(56) Авторское свидетельство СССР ЬВ 1857830, кл. О 01 й 25/18, 1982,Авторское свидетельство СССР й 873085, кл. 0 01 й 25/18, 1979.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ(57) Назначение: изобретение относится к тепловым испытаниям, а именно к определению теплофизических характеристик различных изделий и конструкций в процессе ласти те асти опр теристик ретение относится к об пт пытаний, а именно к обл етеплофизических харак и териалов.стно устройство для определения водности материалов, содержаыносных стержнеобразных зонда, х одни концы контактируют с поью образца, а другие - с термоэлекой батареей, автоматический р разности температур зондов, на араго через задатчик постоянного ирующего напряжения подключеренциальная термопара, а в цепь зки включена термоэлектрическая и схему измерения разности темзондов, состоящую иэ второй дифальной термопары, подключенной телсо герма-ЭДС. причем на вход ческого регулятора разности темНаиболее блиэкляется устройствоматериалов, состоящненного в виде термдополнительных разтрода, подключенныного тока, и служ им к изобретению явдля измерения ТФХ ее из датчика, выполопары, имеющй два оименных тесмоэлекк источнику г 1 остоянщей одновременно Изоб ловых ис деления(ТФХ) ма Изве теплопро щее два в у которы верхност трическ регул ято вход кот комплекс на диффе его нагру батарея,ператур ференци к измери автоматиКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ их изготовления и.эксплуатации. Сущность изобретения заключается в том, что датчик, выполненный в виде термопары с двумя дополнительными термоэлектродами, установлен в эталоне, Горячий спай термопары и дополнительные термоэлектроды расположены в центре рабочего торца эталона, в холодный сдай - в эталоне на его оси на расстоянииот горячего спая, равном десяти диаметрам шарика рабочего спая. Минимальный линейный размер эталонг превышает диаметр шарика спая на эту же величину. Рабочий торец эталона выполнен плоским в случае исследования плоских поверхностей, а в случае образцов сложной формы рабочий торец эталона - в виде тупого конуса. 3 з,п.ф-лы, 3 ил. ператур подключена дифференциальная термопара с рабочими спаями, расположенными на концах зондов, контактирующих с образцом, э к измерителю термо-ЭДС под ключена дифференциальная термпара с С) рабочими спаями, расположенными на кон-,(ф цах зондов, установленных на термоэлектрической батарее.йфйНедостатком известного устроиства является его сложность и ограниченность, связанная с определением толькс одной ТФХ-теплопроводности, 1770871нагревателем, холодильником и датчиком термопары.Недостатками известного устройства является невысокая точность измерений, связанная с неадекватностью идеальной модели способа и реальной системы, возникающей из-эа массивности зонда, а также необходимость внедрения устройства в исследуемый материал, что ограничивает егоприменение.Цель изобретения - повышение точности и. расширение диапазона применения за счет обеспечения воэможности неразрушающего определения йскомых величин.Поставленная цель достигается тем, что термопара с дополнительными разноименными термоэлектродами установлена в эталоне, причем горячий (рабочий) спай термопары и дополнительных термоэлектродов расположен в центре рабочего торца эталона, а другой свай (холодный) термопары расположен в эталоне на его оси на расстоянии от горячего (рабочего) спая не менее чем в 10 раз превышающем диаметр шарика рабочего спая, при этом минимальный размер эталона превышает диаметр шарика спая на эту же величину.На фиг.1 показана схема устройства при исследовании плоских поверхностей; на фиг,2 - пояснение к обработке экспериментальных данных. полученных при использовании предлагаемого устройства; на фиг.З - схема устройства, позволяющего определять ТФХ изделий с криволинейной поверхностью.Устройство состоит из эталона 1, выполненного в виде ограниченного цилиндра, на торце которого в центре размещен горячий (рабочий) спай 2 термопары 3 с дополнительными разноименными электродами 4 и 5, Эти дополнительные электроды соединены с источником б постоянного тока, На оси эталона 1 на расстоянии Н от горячего (рабочего) спая 2, равном 10 диаметрам шарика спая 2, расположен пассивный термостат 7, в котором размещены холодные концы термопары 3. Термопара 3 подключена к регистратору термо-ЭДС (измерительный прибор 8),который через согласующий блок 9 соединен с генератором временных импульсов 10 и микро-ЭВМ 11. Радиус Вэ эталона удовлетворяет условию ВэН,Устройство работает следующим образом.При подготовке к измерениям создают хороший контакт устройства (рабочего торца эталона) с поверхностью исследуемого образца или изделия 12 и в течение некоторого времени систему термостатируют, Контроль зэ процессом термостатирования(2) 5 10 20 25 30 35 40 производят по показаниям измерительного прибора 8. После термостатирования на дополнительные электроды 4,5 подают стабилизированный постоянный электрический ток, При пропускании постоянного электрического тока через свай 2 термопары он нагревается или охлаждается, в зависимости от направления тока, Одновременно с подачей тока на дополнительные электроды 4 и 5 включают генератор временных импульсов 10, который через согласующий блок задает интервал регистрации термо- ЭДС измерительному прибору 8, Полученная с помощью измерительного прибора 8 информация накапливается в памяти микро-ЭВМ 11 и по окончании эксперимента обрабатывается согласно программе, реализующей алгоритм способа определения ТФХ, заложенного в основу работы настоящего устройства.Теоретические основы метода, реализуемого предлагаемым устройством, заключаются в использовании закономерности температурного поля системы эталон - исследуемый материал, в плоскости которых действует локальный (в виде круга радиусом й) источник постоянной мощности оо, Так при значениях числа Фурье Ро1,5 характер изменения избыточной температуры Ь Т в месте спая 2 термопары 3 в координатах ЬТ- (где ю- время) имеет линейный видЖ(фиг.2).Строя график зависимости Ь Т = 1(-г-)1. по экспериментальным данным в указанном временном диапазоне, можно получить прямую, продолжение которой до пересечения с координатными осями дает значения1 1 ЛТст = Л Т и (значение соотф,еоф // ф ветствует Ь Т = О). Расчет ТФХ производятпо формулам(1)э,Л 2 Л 2а= ЛI( +Ьэ),где а = (й /4 т) (1/Угг.): Ьэ = ЛэФээ Л иЛэ - коэффициенты теплоповоднс,сти исследуемого и эталонного материалов; а и аэ - кОэффициенты темперэуропроводности исследуемого и эталонного материала.Значение плотности теплового потока цо определяется в калибровочных опытах наобразцах с известными ТФХ,Заказ 3738 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобрете 113035, Москва, Ж, Раушск