Устройство для измерения коэффициента теплопроводности электропроводных материалов

(22)Заявлено 15,11,78(21) 2685466/18-25 (51)М. Кд,Я 01 Й 25/18 с присоединением заявки ле Государственный комитет(23) Приоритет ло делам нэобретеннй н открытийОпубликовано 23.09,80, Беллетень РЙ 35 Дата опубликования описания 26.09.80(72) Авторы изобретения Ленинградский технологический институт холодильной промышленности(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭффИЦИЕНТА Т ЕПЛОПРОВОДНОСТИ ЭЛ ЕКТРОПРОВОДНЫХ МАТЕРИА ЛОВИзобретение относится к теплофизическому приборостроению и предназнач но преимущественно для иснользоввния в материаловедении при изучении свойств электропроводных материалов.Известны экспериментальные установ 5 ки, предназначенные для измерения коэффициента теплопроводности методом Кольраушв, состоящие из нагревателя с помещенным в него образцом, по которомуО10 пропускается электрический ток 1.Известна установка Г, Е. Иванчихина, предназначенная для измерения коэффициента теплопроводности электропроводных материалов ) 2). Устройство реализует15 метод Кольрауша, заключающийся в том, что используемый образец нагревается проходящим через него электрическим током в среде, температура которой задается нагревателем. Температурное поле среды (нагревателя) может быть либо равномерным, либо параболическим, но температура среды и образца не сов падают, и имеющийся боковой теплооб 2мен учитывается в расчетной форме системой поправок Егера и Диссельхорста.Расчетная формула для коэффициентатеплопроводности имеет вид(1)ВЬЭгде Ъ - коэффициент теплопроводностистержня,1 - сила проходящего по стержнютока,0 - падение напряэкения на рабочем участке стержня междудвумя крайними термопарами,- длина рабочего участка стержня,- площадь поперечного сечениястержня,9 - температурный перепад на.стержне между его средними крайним сечениями, который мог бы сформироваться вусловиях адиабатическойизоляции стержня.(2) температурный перепад наобразце между его средним икрайним сечениями в условияхопыта,введенные обозначения комплекгде Ь сов. 15(3) 2Е=-пЕ = -- ; п 2= -1 р. ск Я 2 ос8 ь дг хс зТемпературный перепад на образце, который мог бы сформироваться в условиях адиабатической изоляции, связан с температурным перепадом на образце в условиях опыта следующей зависимостью;(5) 712 4полнительная термопара, причем термопара охранного нагревателя и дополнительная термопара образца включеныдифференциально, и введена системаавтоматического регулирования, котораяуправляет работой охранного нагревате.я,поддерживая нулевую разность температур между соответствующими точкамиохранного нагревателя и стержня.Поддержание нулевой разности температур между охранным нагревателеми стержнем в сечении, находящемся нарасстоянии 1/5 длины его рабочегоучастка от середины, обеспечивает выполнение условиягде Ф где Ч - температурный перепад между 20средой и стержнем в его среднем сечении.При соблюдении условия (5) поправкана боковой теплообмен в первом приближении равна нулю, и расчетная формуладля коэффициента теплопроводности имеетвид:(4) где 1 - температура окружающей среды(нагревателя)11,О - температура стержня в егосреднем сечении.Величина Е определяется из опыта, что более целесообразно, путем измерения стационарного распределения температур на образце при включенном токе.Таким образом, расчет поправок требует исследования температурного35 поля вдоль образца, усложняет процесс измерения и снижает его точность.Белью изобретения является повышение точности и упрощение процесса измерения коэффициента теплопроводности40 электропроводных материалов.Это.достигается тем, что в устройстве для измерения коэффициента тепл проводности электропроводных материа 45 лов, имеющем нагреватель с помещенным в него образцом в виде стержня и с тремя термопарами, закрепленными в среднем и крайних сечениях рабочего участка стержня, схему регулирования мощности нагревателя, между стержнем и нагревателем установлен охранный нагреватель с термопарой, закрепленной на его внутренней трубе, выполненной из высокотеплопроводного материала, например меди, а на стержне, в сечении, находящемся на расстоянии 1/5 длины его рабочего участка от середины, независимо от направления, установлена до(6) 30 З.р , Зр Е 2 Х = --х(7) эффективный коэффициент теплопередачи в зазоре междустержнем и нагревателем,радиус стержня,На фиг. 1 показано качественное распределение температур по длине образца (кривая а) и окружающей его седы (кривая б). Выбор сечения Х =1 для закрепления четвертой термопары определяется точкой пересечения кривых а и б, для которой справедливо равенство: где 1 - плотность проходящего постержню тока,Я - удельное сопротивление стержняХ - текущая координата, отсчитываемая от среднего сечениястержня.На фиг. 2 схематически изображенопредлагаемое устройство для измерениякоэффициента теплопроводности электропроводных материалов.Оно включает образец 1, выполненныйв виде стержня с утолщенными концами2, помещенный во внутреннюю трубу 3охранного нагревателя 4, выполненнуюиз высокотеплопроводного материала,например меди, основной нагреватель 5,7657 5теплоэапитную оболочку 6, термопары7 и 8, закрепленные в крайних сечениях рабочего участка стержня, термопару9, закрепленную в его среднем сечении,систему автоматического регулирования10 и дифференциально включенные термопары 11 и 12, одна из которых закреплена на внутренней трубе 3 охранногонагревателя 4, а вторая - на стержне,в сечении, находящемся на расстоянии 1 а1 /5 длины его рабочего участка от середины.Температурный уровень опыта задается основным нагревателем 5.центральная зона стержня под дейст - 5вием проходящего электрического токаоказывается перегретой относительноконцов 2, играющих роль "холодильниковблагодаря большому сечению и развитойнаружной поверхности, Температурный роперепад на стержне определяется попоказаниям термопар 7-9,Система автоматического регулирования 10 управляет работой охранногонагревателя 4 и обеспечивает выполнение условия (5), поддерживая нулевуюразность температур между внутреннейтрубой охранного, нагревателя и стержнем в сечении, находящемся на расстоянии 1/5 длины его рабочего участка от щосередины стержня,Также измеряются падение напряжения на концах рабочего участка стержня и проходящий через него ток.Использование новых элементовохранного нагревателя, двух дифференциально включенных термопар и системыавтоматического регулирования - выгодноотличает предлагаемое устройство дляизмерения коэффициента теплопроводности электропроводных материалов, таккак упрощается процесс измерения,устраняется необходимость определения 12 6величин Е и М, что повышает точность измерения.Предлагаемое устройство может испопьэоватся при изучении влияния химического состава, структуры и режима термообработки на свойства материалов, а также при создании промышленных образцов теплофизических приборов. формула изобретения Устройство для измерения коэффициента теплопроводности электропроводных материалов, содержащее нагреватель с помещенным в него образцом в виде стержня и с тремя термопарами, закрепленными в среднем и крайних сечениях рабочего участка стержня, схему регулирования мощности нагревателя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса измерения, между стержнем и нагревателем установлен охранный нагреватель с термопарой, закрепленной на его внутренней трубе, выполненной иэ высокотеппопроводного материала, а на стержне, в сечении, находящемся на ресстоянии 1/5 длины его рабочего участка от середины независимо от направления, установлена дополнительная термопара, причем термопара охранного нагревателя и дополнительная термопара включены дифференциально. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе:1. Осипова В. А. Экспериментальноеисспедование процессов теплообмена.М., Энергия, 1969, с. 195-205,2, Пелецкий В. Э. и др. Высокотемпературные исследования тепло- и электропроводности твердых тел. - М., Энергия, 1971, с. 66-67.765712 г.Г Волков остави тель хред А р Т, Клюкинаг аэ 64 96/4 ПП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,ф Тираж 1019 ВНИИПИ Государственнпо делам иэобретени 113035, Москва, ЖКорректор Г. Решетн Подписиго комитета СССРи открытийРаушская наб., д. 4/5