SU1057830A1 - Способ определени теплопроводности материалов и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

1. Способ определени  теплопроводности материалов, включающи м одностороннее двухточечное тепловое зондирование поверхности образца с помо1чью двух стержнеобразных зондов , измерение разности температур между зондами и последующее определение теплопроводности по гращуировочной зависимости, отличающийс   тем, что, с целью уменьшени  погрешности определени  теплопровод- ности, измен ют разность температур на неконт.актирующих с образцом концах зондов до такой величины, при которой разность температур на концах зондов, контактирующих с образцом , становитс  заданной, после чего искомую величину определ ют по разности температур на неконтактирующих с образцом конца; зондов.

Description

2. Устройство дл  определени  теплопроводности материалов, содержащее два выносных стержнеобразных зонда, у которых одни концы контактируют с поверхностью образца, а другие - с тсрмоэлект-рической батареей, автоматический -регул тор разности температур зондов,, на вход которого ч.ерез зада.тчик посто нного компенсирующего напр жени  подключена дифферен,циальна  термопара, а в цепь его нагрузки включена термоэлектрическа  батаре , и схему измерени  разнрсти температур зондов, состо щую из второй дифференциальной термопары, подключенной к измерителю термо-ЭДС, отличающвес  тем, что, с целью уменьшени  погрешности определени  теплопроводности материалов, на вход автоматического регул тора разности температур подключена дифференциальна  термопара с рабочими спа ми, расположенными - на концах зондов , крнтактирующих с образцом, а к измерителю термо-ЭДС подключ&на дифференциальна  термопара с рабочими спа ми, pacпoлoжeнны и на концах зондов, установленных на термоэлектрической батарее .

Изобретение относитс  к измерению тепловых величин, а более конкретно к определению теплопроводности материалов , и может быть использовано в тех. отрасл х хоз йства, где требу ютс  скоростные измерени  теплопров ности реальных объектов без их разр шени . Известны способ и устройство дл  определени  теплопроводности матери , алов, Способ основан на зондировании поверхности исследуемых объектов с помощью зондов и последующем сопоставлением результатов с .резуль татами таких же испытаний на стандартных эталонных материалах с известной теплопроводностью Щ . Н-едостаток известного способа и устройства состоит в сложности пред верительной градуировки-, т.е. определении зависимости регистрируемой разности температур и Т на контактирующих с материалом концах зондов о теплопроводности материала Я , котора  существенно нелинейна и имеет вид дробно-рациональной,функции , где А., hq, АО - константы, определ емые в процессе градуировки. Наиболее близким к предлагаемому по. технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ определени  теплопроводности материалов , включающий одностороннее двухточечное тепловое зондирование поверхности образца с помощью двух стержнеобразных зондов, измерение .разности температур между зондами и последующее определение теплопровод ности по традуировочной зависимости Устройство дл  осуществлени  способ содержит два выносных стержнеобраэных зондс1, у которых одни концы контактируют с поверхностью образца, а другие - с термоэлектрической бата ре-ей, автоматический регул тор разности температур зондов, на вход которого задатчик посто нного компенсирующего напр жени  подключена дифференциальна  термопара, а в цепь его нагрузки включена термоэлектрическа  батаре , и схему измерени  разности температур зондов, состо щую из второй дифференциальной термопары , подключенной к измерителю термо-ЭДС 2 . Основным недостатком,указанных способа и устройства дл  определени  теплопроводности материалов  вл етс  относительно невысока  точность определени  теплопроводности, обусловленна  нелинейным характером зависимости Т f (/) . Погрешность определени  теплопроводности может быть значительной в тех интервалах , которые слабо обеспечены стандартными образцами. . Цель изобретени  - уменьшение погрешности определени  теплопроводности материалов.Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу определени  теплопроводности материалов, включающему одностороннее двухточечное тепловое зондирование поверхности образца с помощью двух стержнеобразных зондов, измерение разности температур между зондами и последующее определение теплопроводности по градуировочной зависимости, измен ют разность температур на некрнтактирующих с образцом концах зондов до такой величины, при которой разность температур на концах зондов, контактирующих с образцом, становитс  равной заданной, после чего искомую величину определ ют по разности температур на неконтактирующих ,с образцом концах зондов.

В устройстве дл  осуществлени  предлагаемого способа, содержащем два выносных стержнеобразных зонда, у которых одни концы контактируют с поверхностью образца, а другие - с термоэлектрической батареей, автоматический регул тор разности температур зондов, на вход которого через задатчик посто нного компенсирующего напр жени  подключена дифферент циальна  термопара, а в цепь его нагрузки включена термоэлектрическа  батаре , и схему измерени  разности температур зондов, состо щую из второй дифференциальной термопары , подключенной к измерителю термо- ЭДС, ца вход автоматического регул тора разности температур подключена дифференциальна  термопара с рабочими спа ми, расположенными на концах зондов, контактирующих с обазцом , а к измерителю термо-ЭДС подключена дифференциальна , термопара с рабочими спа ми , расположенныи на концах зондов, установленных на термоэлектрической батарее.

При таком выполнении способа и устройства зависимость измер емой разности температур от теплопроводности материала становитс  близкой к линейной

- йТиаА + Ь, , (2)

где а, Ь - константы, определ емые в процессе градуировки. Такой вид градуировочной зависимости позво-.  ет повысить точность аппроксимации анных, полученных на стандартных бразцах и уменьшить погрешность пределени  теплопроводности материалов .

Кроме того, перепад температур ежду точками зондировани  сохран тс  одинаковым на разных образцах и авным заданной посто нной разности температур на концах зондов,контактирующих с образцом. Это уменьшает огрешность определени  теплопроводности , св занную с отнесением теп- . опроводности исследуемого или станартного материала к температуре.

На чертеже изображена схема устройст а , реализующего способ определени  теплопроводности материалов.

Устройство имеет два стержнеобразных зонда 1, у которых одни конijja . специальными наконечниками 2 контактируют с поверхностью исследуемого образца 3. Другие концы зондов установлены в медные пластинки 4 и прикреплены к холодной и гор чей поверхност м термоэлектрической батареи 5, включенной в цепь нагрузки автоматического регул тора 6 На вход последнего подключена диф- ..

ференциальна  термопара 7, рабочие спаи которой расположены на концах зондов, контактирующих с образцом. В разрыв цепи этой термопары включен встречно задатчик 8посто нного ком5 пенсирующего напр жени  так, что на вход регул тоЕэа- 6 поступает нулевой разностный сигнал. Друга  дифференциальна  термопара 9 со спс ми на медных пластинах 4 и измер юща  раз0 ность температур, создаваемую термобатареей на закрепленных на ней концах зондов, подключена к измерителю 10 термо-ЭДС.

Способ осуществл етс  следующим

5 образом.

Зонды 1 наконечниками 2 привод тс  в контакт с поверхностью исследуемого образца 3,, что вызывает изменение некоторой первоначальной разности температур между зондами и,

0 следовательно, изменение термо-ЭДС термопары 7. В результате на вход регул тора 6 начинает поступать отличный от нул  разностный сигнал. После этого регул тор 6 с помощью

5 термобатареи 5 автоматически измен ет разность температур между пластинками 4,а также вследствие тепловой проводимос,тй зондов и на их концах-, контактирующих с образцом, до тех

0 пор, пока сигнал термопары 7 будет

равен напр жению задатчика 8 и на вход регул тора вновь поступит нулевой разностный сигнал. .Полученную таким образом разность температур

5 на пластинках 4 и, следовательно, на закрепленных к ним концах зондов регистрируют термопарой 9 и измерителем 10 термо-ЭДС, по показанию которого суд т о теплопроводности

Q образца 3.

Автоматический регул тор 6 может быть выполнен, например по схеме с использованием фотокомпенсационного усилител  Ф 116/1 и усилител  мощности на транзисторах МП 37Б и- КТ.801Б,

5 или в качестве такого может быть использован высокоточный регул тор температуры ВРТ-2 .Задатчиком 8 посто нного напр жени  может служить падение напр жени  на резисторе, под0 ключенном к источнику стабилизированного питани , например, ИПС-148. Дл  этого также может быть использован сигнал от источ.ника регулируемого напр жени , например от ПП-63.

5 В качестве термобатареи 5 может использоватьс  термобатаре  типа селен . вида ТМБ-2М или С5-1.

Способ и устройство опробованы.

При испытани х использовались зонды, 0 изготовленные из- латуни с коническими наконечниками из меди, которые имели следующие геометрические параметры: длина зондов 1,0 м; площадь поперечного сечени  зондов 5 2 10 м, диаметр оснований нако5 1057 Мечников 4-103м. Разность температур на концах зондов, контактирующих с материалом, задавалась равной 5К. Полученна  в результате испытаний на стандартных образцах градуировочна  зависимостьДТ f СЛ) в интервале значений теплопроводности . 0,2-2,5 Вт/м-К отклон етс  от пр мой менее чем на 6%. 0 Предлагаемые способ и устройство позвол ют по сравнению с прототи- пом уменьшить погрешность определени  теплопроводности в 1,2-1,3 раза, а также ускорить и упростить процесс градуировки. Врем  измерени  теплопроводности предварительно отградуированным компаратором занимает не более 3 мин.

Claims (2)

1. Способ определения теплопроводности материалов, включающий одностороннее двухточечное тепловое зондирование поверхности образца с > помощью двух стержнеобразных зондов, измерение разности температур между зондами и последующее определение теплопроводности по градуировочной зависимости, отлич ающийс я тем, что, с целью уменьшения погрешности определения теплопроводности, изменяют разность темпера• тур на неконт.актирующих с образцом концах зондов' до такой величины, при которой разность температур на концах зондов, контактирующих с образцом, становится равной заданной, после чего искомую величину определяют по разности температур на неконтактирующих с образцом конца;, зондов.

SU.,,, 1057830 >

2. Устройство для определения теплопроводности материалов, содержащее два выносных стержнеобразных зонда, у которых одни концы контактируют с поверхностью образца,' а другие - с термоэлектрической батареей, автоматический регулятор разности температур зондов,, на вход которого через зада.тчик постоянного компенсирующего напряжения подключена дифференциальная термопара, а в цепь его нагрузки включена термоэлектрическая батарея, и схему измерения разности температур зондов, состоящую из второй дифференциальной термопары, под ключенной к измерителю термо-ЭДС, отличающееся тем, что, с •целью уменьшения погрешности определения теплопроводности материалов, на вход автоматического регулятора разности температур подключена дифференциальная термопара с рабочими спаями, расположеннымина концах зондов, контактирующих с образцом, а к измерителю термо-ЭДС подключена дифференциальная термопара с рабочими спаями, ’ расположенными на концах зондов, установленных на термоэлектрической батарее.