Изобретение относитс к теплофизи ческим измерени м и может быть испол зовано в материаловедении при опреде лении свойств электропроводных материалов Иэвестен способ определени тепло- и,электропроводности электропроводных материалов, заключающийс в том, что образец в виде стержн , концы которого имеют одинаковую температуру , помещают в среду с посторнной температурой, и разогревают электрическим током. После включени электрического тока в стахщонарном состо нии измер ют распределение тем пературы по длине образца, падение напр жени на нем и силу тока идущег через образец 11 Недостатком этого способа вл етс длительность сн ти температурной зависимости искомых параметров, обус ловленна ступенгатым характером перехода от одного температурного уров н к другому и длительностью создани требуемого температурного режима опы та, а также то, что определ ютс только два параметра: теплопроводность и электропроводность. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому вл етс способ определени тепло- и электрогфоводности электропроводных материалов , заключающийс в том, что образец в виде тонкого стержн нагревают электрическим током, концы образца поддерживают при температуре, равной температуре среды, измен ющейс монотонно, измер ют распределение температуры по длине образца, падени напр жени на нем, силу тока, идущег через образец и скорость изменени температуры среды по которым суд т об определ емых величинах 23. Недостатком этого способа вл етс ограниченна производительность так как величину скорости изменени температуры средыприходитс ограничивать таким образом, чтобы в расчетной формуле дл теплопроводности комплекс, содержащий ск.оростьразогрева , носил поправочный характер и не превышал 0,1-0,2. В этот комплекс входит также и коэффициент температуропроводности исследуемого материала (либо теплоемкость), Который должен быть определен из независимых экспериментов, либо по литературным данным. Операци измере ни скорости не может быть достаточно точной; дл новых, неизученных материалов коэффициент температуропроводности не известен, а литературные данные дл изученных часто не вл ютс достоверными, В св зи с этим увеличение скорости разогрева, необходимое дл увеличени производительности, приводит к возрастанию роли указанного комплекса и снижению точности. Недостатком известного способа . вл етс также возможность определени только двух параметров: теплопроводности и электропроводности. Цель изобретени - ускорение процесса определени тепло- и электропроводности и расширение функциональных возможностей за счет определени температуропроводности. Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу определени тепло- и электропроводности, заключающемус в том, что образец в виде тон-, кого .стержн нагревают электрическим током, концы образца поддерживают при температуре, равной температуре среды, измен ющейс монотонно, измер ют распределение температуры по длине образца , падение напр жени на нем, силу тока, идущего через образец, и скорость изменени температуры среды, по которььм С5д т об определ емых величинах, , среднее сечение образца поддерживают при температуре среды, в обе сторо ь от среднего сечени пропускают не равные между собой токи, измер ют разность температур между д) сечени ми, расположенными по разные стороны от среднего сечени и равноудаленными от концов образца и от среднего сечени , разность температур между концом образца и сечением, расположенным на равном рассто нии от среднего сечени и одним из концов образца, по которым суд т о распределении температуры по длине образца, силу тока измер ют по разные стороны от среднего сечени образца, а падение напр жени определ ют на одинаковых по длине участках образца по разные стороны от среднегс: сечени . Искомые величины рассчитывают по следующим формулам: . ), ,, ,. и и, 5 iM. 2|Д 2где - теплопроводность, Вт-м- электропроводность. Ом Ь а темпер туропроводность, с-; сила тока через одну половину образца. А; падение напр жени на одной половине образца. В; сила тока через другую поло вину образца, А; падение напр жени на другой половине образца. В; С - длина образца между средним сечением и концом образца, н; площадь поперечного сечени образца, разность температур между двум сечени ми, расположенны ми по разные стороны от среднего сечени и равноудаленным от концов образца и от средне сечени . К; разность температур между концом образца и сечением,расположенным на равном рассто нии от среднего сечени и одним из концов образца. К; скорость измерени температур среды. Кна боковой теплообпоправка В формулу (1) дл теплопроводности входит скорость изменени темпера туры среды, ни температуропроводность образца. Таким образом, точность опре делени коэффициента теплопроводности не уменьшилась. Точность определени электропровод ности также не изменилась. Наличие на образце среднего сечени с температурой равной температуре его концов, пропускание не равных по величине токов прозвол ет создать в каждой части образца различное тепловое состо ние. Использование дифференциальной схемы измерени позвол е исключить из расчетной формулы дл теплопроводности скорость измененг1р.темпе ратуры среды и проводить измерени при больших скорост х разогрева. Кром того, это дает возможность дополни109 84 ельно определ ть температуропроводость исследуемого материала. В известном способе С/. дл материалов с 10-100 Вт (м-К), скорость разогрева при токах через образец 100-200 А не должна превьаиать 0,03 К/с, чтобы оказалось возможным измерение Д с погрешностью в 2-3%. Така погрешность получаетс при следующих услови х: относительна погрешность измерени площади поперечного сечени образца не более 0,5%; относительна погрешность измерени длины рабочего участка образца не более 0,5%, относительна погрешность определени силы тока не более 0,1%, относительна погрешность определени температуры не более 1%, относительна погрешность комплекса, содержащего скорость разогрева среды и температуропроводность не более 1%. Ecjni скорость разогрева среды увеличить в три раза, то погрешность определени Л увеличитс на 1,4% и будет равной 3,44 ,4%. При скорости разогрева среды в0,03 К/с измерени в диапазоне температур 320-1200 К провод тс в течение 7-8 ч. В предлагаемом способе погрешность равна 2-2,5% и не зависит от скорости разогрева. увеличить скорость разогрева в три раза, тем самым уменьша врем измерени в три раза, не ухудша точности определени теплопроводности и электропроводности . Пример. Опытна проверка способа проводилась на образце из нержавеющей стали 12Х18Н 10 Т диаметром 5 мм и длиной 150 мм. Образец закрепл лс в установке так, что температуры концов Исредн-его сечени были равны температуре среды. Одна дифференциальна термолара крепилась в точках, расположенных по разные стороны среднего сечени и равноудаленных от концов образца и среднего сечени . Втора дифференциальна термопара крепилась в точке, расположенной на одном конце образца, и в точке, расположенной в сечении, равноудаленном от среднего сечени образца и конца образца. Увеличивают температуру среды монотонно со скоростью 0,1 3 К/с. Через половину образца пропускали ток 3 19 А. При этом jt 29,4 К, At 19,4 К, и 49 мВ.Полученные значени теплопроводности отличались от литературных на 2,5%, 1/2%, 6%
$1096548ft
соответственно,Процесс измерени тем- а точность определ емых величин пературной зависимости параметров в ин- сохранилась. Дополнительно потервале температур 320-1 200 К зан л 2 ч, вилась возможность определеПо сравнению с прототипом длитель- ни коэффициента температуропроность процесса измерени уменьшилась, ; водности.