SU1004838A1 - Способ комплексного измерени физико-технических свойств электропроводных материалов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к теплофизическим измерени м и может быть использовано в материаловедении при изучении свойств электропроводных материалов.

Известен способ измерени  теплопроводности металлов, заключающийс  в том, что образец нагревают пропускаемьнч через него электрическим током и измер ют распределение температуры вдоль образца при посто нной мощности нагрева l.

Основным недостатком способа  вл етс  длительность сн ти  температурной зависимости теплопроводности в широком диапазоне температур. Данным способом нельз  измерить температуропроводность и теплоемкость исследуемого образца.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  способ- измерени  теплопроводности и электропроводности, за ключающийс  в том, что испытуемый образец в виде тонкого .стержн , концы которого помещают в среду с посто нной температурой, и нагревают , пропускаемым через него электрическим током. После установлени  стационарного температурного пол  в стержне измер ют температуру в среднем и

двух равноудаленных от него крайних сечени х стержн , силу тока, идущего через образец, и падение напр жени  на его рабочем участке, и известным формулам рассчитывают теплопроводность и электропроводность f23,

Недостатком известного способа  вл етс  длительность сн ти  температурной зависимости искомых пара10 ме.тров, обусловленна  ступенчатым характером перехода от одного температурного уровн  к другому и длительностью создани  требуемого температурного режима опыта, котора 

15 измер етс  часами. Кроме того, согласно этому способу определ етс  только один теплофизический параметр - теплопроводность.

Цель изобретени  - повышение точ20 ности при увеличении числа измер емых теплофизических характеристик и увеличение производительности при независимом измерении коэффициента температуропроводности, теплоемкос25 ти и -теплопроводности в широком диапазоне температур.

Claims (2)

1. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу измерени  физиг ко-технических свойств электропровод30 ных материалов, заключающемус , в том, что образец в виде тонкогс: сте н , концы которого помещают в среду с посто нной температурой, разогревают электрическим током и измер ют распределение температуры по длине стержн , падение напр жени  на нем и силу тока, идущего через образец и по полученньам данным определ ют искомые параметры, монотонно измер  температуру среды, образгц дополнительно разогревают мгновенным им . пульсом электрического тока, измер ют изменение температуры образца feo времени в трех сечени х, несимметричных друг другу относительно среднего сечени  стержн , и темпера туру его торцов. На чертеже изображена схема, по сн юща  предлагаемый способ. Схема содержит калориметр 1, тем перат ра которого мен етс  с посто нной скоростью, испытуемый образец 2, термопары 3, измен квдие температуру торцов стержн , Tej :onapy 4, измер ющую температуру каЛориметра (среды), вольтметр 5, амперметр б, термопары 7, измер ющие тем пературу в трех сечени х стержн , несимметричных друг другу относительно среднего сечени . Анализ температурного пол  стерж н , концы которого помещаютс  в ере ду, температура которой измен етс  с посто нной скоростью, и который разогреваетс  электрическим током, показывает, что, начина  с некоторого момента времени, в стержне ус ,танавливаетс  кваэкстационарное состо ние . Если теплообмен образца с окружа к цей средой носит поправочный харак тер, может быть получена следующа  расчетна  формула дл  теплопроводшости . . --(), . - диаметр стержн , м; 3 - сила тока. А; U - длина рабочего участка стержн , м; и - падение напр жени  на рабочем участке стержн . В/ ut - температурный перепад между средним и крайними сечени ми рабочего участка стержн , к; X - коэффициент теплопроводности материала стержн , В КЛ у - плс даль поперечного сечени  стержн , м , Ь - скорость измерени  температуры среды, КС Скорость изменени  температуры еды определ етс  по показани м тер пар, которые измер ют температуру рцов стержн , котора  совпадает с мпературой среды. Если теперь, когда температурное ле стержн  носит квазистационарный рактер, подать на образец мгновенй импульс электрического тока, то мпера1турное поле стержн  описывас  выражением «и«с,,р Г-Лг-саии), Ci) Г е ( а - коэффициент температуропроводности , м Q - полна  энерги , котора  выдел етс  в образце в pesyjjbтате действи  мгновенного импульса электрического тока,Дж} Из выражени  (3) получим следуюю расчетную формулу дл  теплоемсти образца Cs 4G -Глв 9г«оч I н(Т)-Ост ) I; tr TH-T, (Л) - перепад температуры ме щу средним сечением стержн  и торцами стержн  перед подачей импульса. К, мС1Г„)- перепад температуЕШ ме ду средним сечением стержн  и торцами стержн  в момент времени CH, К э Т; - момент начала подачи дО по нительного импульса электрического тока, с; Tj, - врем  окончани  дополнительного импульса электрического тока; t. длительность дополнительного импульса электрического тока, с Коэффициент температуропроводти определ ют по формуле а--(д.)). (5) Здесь врем  Т, находитс  из эксримента . Это врем , при котором ступает следующее равенство: ,( T)-&iHtt)3 |19,н(г)-9-,,)3. е в,и).е,.1,),в,н - значени  вн(т) сечени х стержн  с координатами , х,, хзв момент времени (Г-Т) . Паргшетр А наход т из следующего ажени : )/, 6m-Si«),-) .|, Параметр 11)д в-формуле (5) определ ю «э следующего равенства: rtii lllrsiiJ: :: -lexpt-Un-ifu) |iLч.-1 -I -ь г . т « Г H)--si. -у- е,рс-(2и-)-и;3 и L и - J Так как врем  Тд составл ет несколько секунд, а дл  того, чтобы на точност измерени  а не сказывалась конечна  длительность и временна  форма дополнительного импульса электрического тока, необходимо удовлетвор ть неравенству Сц/Тп 5 0,02, длительность дополнительного шщульса составл ет около 0,1 с. При наступлении квазистационарного режима измер ют падение напр жени  и на рабочем участке стержн  и силу тока I- и рассчитывают коэффициента электропроводности исследуемого материала по формуле Итак , по формулам (1), (3), (5)и(7) определ ют теплопроводность, теплоемкость , коэффициент, температуропроводности и электропроводность исследуемого материала в широком диапазоне температур в ходе одного эксперимента . Таким образом,изменение температу ры среды позвол ет увеличиь экспрессность при независимом измерении коэфф циента температуропроводности, теплоемкости и теплопроводности в широком интервале температур, что повышает производительность измерений иувеличивает надежность полученных данных. Дополнительный периодический разогрев образца импульсом электрического тока, измерение изменени  температуры образца во времени в тр точках, несимметричных относительно среднего сечени  стержн , и темпера туры торцов стержн  позвол ет повысить точность комплексных измерений при увеличении числа теплофизических свойств, а точность определени  коэффициента температуропроводности теплоемкости и теплопроводности уве личиваетс , особенно когда теплообм образца с окружающей средой играет существенную роль, и формулой (1) дл  определени  теплопроводности пользоватьс  нельз . В этом случае коэффициент теплопроводности рассчи тываетс  по формуле. Л.-асу (У) Величина а вычисл етс  по формуле (5) и, как видим, не зависит от о(., т.е. интенсивность теплообмена образца с окружающей средой через зазор между ними на точность измерени  температуропроводности не сказываетс . Вли ние тепловых потерэ на точность измерени  теплоемкости по формуле (4) за счет теплообмена образца с окружающей средой через зазор ме щу ними пренебрежимо мало,так как оно пропорционально длительности дополнительного импульса электрического тока, котора  много меньше 1 . Всё , это и приводит кповышении -точности измерени  при определении X предлагаемым способом при дополнительном измерении двух теплофизических параметров : теплоемкости и коэффициента температуропроводности. Предлагаемый способ может использоватьс  при изучении теплофизических свойств металлов и сплавов, а также при создании промььшенных теплофизических приборов. Формула изобретени  Способ комплексного измерени  фн- зико-технических свойств элeктpJO- . проводных Материалов, заключающийс  в том, что образец в виде тонкого, стержн , концы которого помещ.чют в среду с посто нной температурой, разогревают электрическим током и измер ют распределение температуры по длине стержн , падение напр жени  на нем и силу тока, идущего через образец , и по пол/ченным данным определ ют искомые параметры, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности при увеличении числс. измер емых теплофизических характе|ристик и увеличени  производительности при независимом измерении ко ффициента температуропроводности, теплоемкости и теплопроводности в широком диапазоне температур,- монотонно измер ют температуру среды, образец дополнительно разогревают : мгновенным импульсом электрического тока, измер ют изменение температуры об .разца во времени в трех сечени х,несимметричных друг другу относительно среднего сечени  стержн , и температуру его торца. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Пелецкий В.Э., Тимрот Д.Л., Воскресенский В.Ю. Высокотемпературные исследовани  тепло- и электропроводности твердых тел. М., Энерги , 1971, с. 61-68.
2. 2.Филиппов Л.П. Измерение тепловых свойств твердых и жидких металлов при высоких температурах, МГУ, 11967, с. 232-240 (прототип).