Способ определения теплофизических характеристик материалов

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Своз СоветскихСоциалистическнхРеслублнк ни 949448(23) ПриоритетОпубликовано 070882. Бюллетень Мо 29Дата опубликования описания 07.08.82 1 М Кп 3 С 01 К 25/18 Государственный комитет СССР о делам изобретений и открытий(71) Заявитель Краснодарский политехнический институт(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ Изобретение относится к области тепловых испытаний, а именно к измерениям теплофизических характеристик материалов, и может применяться при лабораторных, технологических и полевых исследованиях различных материалов.Известен способ определения теплофиэических характеристик путем подвода постоянного теплового потока к поверхности полубесконечного тела и регистрации изменения температуры на поверхности тела и в глубине его (,11.Недостаток способа - необходимость нарушения целостности образца для закладки изМерителя температуры.Известен также способ определения теплофизических характеристик материалов путем подвода постоянного теплового потока кчасти плоской поверхности образца и регистрации изменения температуры поверхности образца в зависимости от времени, Температура регистрируется в точке центре симметрии круга2 .Недостаток известного способа- ограничение точности вследствие сложности создания надежного контакта образец-источник тепла, влияния . качества поверхности, твердости исследуемого. материала, а также искажения измеряемой температуры подвлиянием пористости, макронеоднородностей образца,Цель изобретения - повышение точности,Указанная цель достигается тем,что согласно известному способуопределения теплофизических характеристик, который заключается в подводе постоянного теплового потока кчасти плоской поверхности образцаи в регистрации изменения температу 15 ры поверхности образца в зависимостиот времени, тепловой поток подводятк поверхности, ограниченной кольцом,а изменение температуры регистрируютинтегрально по поверхности круга с20 диаметром не более внутреннего диаметра кольца.На фиг. 1 в качестве физическоймодели изображено полуограниченноетело; на фиг. 2 - устройство для ре 25 алиэации способа.На части поверхности полуограниченного тела, ограниченной кольцоми внутренним и внешним радиусами соответственно Й и й, центр которого30 совпадает с началом координат (О;О; 0), подводится тепловой поток постоянной мощности осопзй, нормальный к поверхности, Предпола" гается, что в начальный Момент времени б = 0 температура всех точек поверхности равна Т(0). 5При укаэанных гранИчных условиях ищется решение дифференциального уравнения теппопроводности для интегральной температуры поверхности, заключенной в круге радиуса к(й .а К)10 Это решение позволяет при Фиксированных й/В и К/й затабулировать зави- симости юа (Г 1. Ятй)"т(О)Д ( 1 б т(С)-т(о) 1 о" о),интегральная температура,критерий Фурье, 20 а 1- коэффициент теплопроводности материала;коэффициент температуропроводности материала. 25 где Т Отношение определяется из эксперимента, после чего пографику (таблице) находится Ро, азатем коэффициент температуропроводности Йт Ра =По известному критерию Е находят значение Функции Е (Го), рассчитывают коэффициент теплопроводностиад- б баГе) и далее ббъемную теплоемкость СУд40 Для реализации способа может служить, например, устройство ( фиг.2) состоящее в основном, из измерителя 45 интегральной температуры 1 и кольце- образного источника 2 теплового потока. Измеритель интегральной температуры 1 содержит кожух 3, внутри которого находится детектор 4 инфра красного излучения и инфракрасная оптическая система 5.Кожух 3 охлаждается парами жидкого азота. Кольцеобразный источник 3 теплового потока содержит кожух 6 нагревателя, внутри которого находит. 55 ся нагреватель 7 в виде кольцевой спирали, отражатель 8, инфракрасный фильтр 9, систему 10 экранов,Нагреватель 7 питается от высоко- стабильного источника питания. Уст ройство снабжено также теплоизоляционной заслонкой 11.Устройство устанавливается на определенном расстоянии от поверхности исследуемого материала 12, на ко тором предварительно "маркой черного телами (80 сажи, 20 жидкого стекла по объему) наносится рисунок - кольцо 13 с размерами й и К , в центре кольца круг 14 радиусом ккВ Необходимость нанесения рисунка на поверхность исследуемых материалов возникает вследствие того, что материалы имеют разную степень черноты. Поэтому для однозначности величины теплового потока и измерения температуры, поверхность приводят к одной степени черноты. (Величина теплового потока о, определяется по калибровочным опытам на эталонном материале) .Далее на нагреватель 7 подается высокостабильное напряжение при закрытой заслонке 11. Устройство некоторое время прогревается до рабочего состояния, Потом заслонка 11 резко убирается и происходит разогрев той части поверхности исследуемого образца 12, на которой нанесен рисунок 13 (кольцо) . С этого момента начинается отсчет времени. В кратные моменты времени детектор 4 инфракрасного излучения через оптическую систему 5 регистрирует интегральную температуру рисунка 14 (круга). По полученным данным производят расчеты. Иэ соображений надежности информации о температуре поверхности нижний предел возможных значений радиуса Е устанавливается равным 0,25 КИспользование способа обеспечивает следующие преимущества по сравнению с известными способами.1. Воэможность определения тепло- физических характеристик материалов бесконтактным методом, что необходимо при исследовании материалов на труднодоступных изделиях, химически вредных, обладающих очень малой твердостью, с шероховатой поверхностью и т,д.2. Увеличение круга объектов исследования за счет возможности определения теплофизических характеристик пористых и крупнодисперсных композиционных материалов.3. Повышение точности измерения теплофизических характеристик материалов за счет использования в расчетах интегральных температур, исключение погрешности вследствие несовершенства контактов межцу образцом и источником теплового потока, а также измерителем температуры.Формула изобретенияСпособ определения теплофизических характеристик материалов путем подвода постоянного теплового потока к части плоской поверхности образца и регистрации изменения температуры поверхностиобразца в зависимостиот времени, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повьааения точности,тепловой поток подводят к поверхности, ограниченной кольцом, а изменение температуры регистрируют интегрально по поверхности круга с диаметром не более внутреннего диаметракольца. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Дмитрович А,Д. Определение теплофизических свойств строительных материалов. М., Госстройиздат,1963, . с78-81. 2. Авторское свидетельство СССР 9458753, кл. С 01 И 25/18, 1972949448УГ ПСоставитель В,ВертоградскийРедаКтор Н.Джуран Техред А.Бабинец Корректор В.Бутяга Эаказ 5734/29 Тираж 887 ,.Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам иэобретений и открытий 113035, Иосква,Ж,Раушская наб.,д.4/5ду ю аа т т тФилиал ППП "Патент", г, Ужгород,ул.Проектная,4