SU1133525A1 - Способ определени теплофизических характеристик материалов /его варианты/ - Google Patents

Abstract

1. Способ определени  теплофизических характеристик материалов, по которому на поверхность исследуемого и эталонного образцов, наход пщхс  в тепловом контакте, воздействуют синусоидальными тепловыми потоками, регистрируют разность фаз и амплитуды тепловых потоков на поверхност х образцов , противолежавщх поверхност м, подвергаюпщмс  воздействию тепловых потоков, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и ускорени  определени , синусоидальньА тепловой поток -подают в плоскость теплового контакта образцов , увеличивают его частоту до нулевой разности фаз между синусоидами тепловых потоков, проход щих через исследуемый и эталонный образцы , после чего коэффициент температуропроводности и теплоемкость опре . дел ют по формулам , шсЛ-,, а, . 1 ( « .Р згэ где к U) 2а f,.. j; толпщна соответственно исследуемого и эталонного образцов-, АЛ амплитуда соответственно синусоидальных тепловых , потоков через иследу емый и эталонный образцы , - коэффициенты ж емперату н ропроводности соответственно исследуемого и эталонного образцов с, теплоемкость соответ И ственно исследуемого и эталонного образцовj U) кругова  частота; Яэ плотность соответственРм но исследуемого и эта лонного образцов. 00 00 . 2, Способ определени  теплофизических характеристик матерчалов, по сд которому на поверхность исследуемого и эталонного образцов, наход щихс  INU. в тепловом контакте, роздейств тот сд синусоидальными тепловыми потоками , регистрируют разность фаз и амплитуды тепловых потоков на поBepxHocTjrx образцов, противолежащих поверхност м, подвергающимс  воздействию тепловых потоков, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и ускорени  определени  синусоидальный тепловой поток подают в плоскость теплового контакта двух исследуемых образцов различной толщ ны tf и «, ,

Description

после чего теплофизические характеристики материала определ ют по фо рмулам ( - «„r-i- -1 -.. 817 ( f, 1133525 R - термическое сопротив-, ление датчика теплового потока, 3 - площадь образца.

Изобретение относитс  к области тепловых измерений, в частности к способам определени  теплофизически характеристик материалов, и может быть использовано дл  определени  коэффициента температуропроводности и теплоемкости любых, материалов (полимерных,, строительных материало жидкостей и др.) как в лабораторной так и в производственной практике. Известен способ определени  тепл физических характеристик материалов при котором образец исследуемого и эталонного материала привод т в тепловой контакт по-плоскости, размещают в этой плоскости нагреватель,подвод т к нагревателю посто нную мовщость и.регистрируют изменение температуры и врем  достижени  максимума температуры D Однако .этот способ не обеспечивает высокой точности, так как необходимо измер ть несколько парамет ров процесса, а именно температуру и врем , что вносит дополнительные погрешности. Кроме того, в этом спо собе вноситс  дополнительна  погрешность за счет инерционности нагревател . Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  спо соб определени  температуропроводности и теплоемкости, заключающийс  в воздействии синусоидальными тепло выми потоками на поверхность исследуемого образца, наход щегос  в тепловом контакте с эталоном, регистр ции сдвига фаз, амплитуды и .последу ющего определени  теплофизических характеристик по известным ф.орму лам 2. Однако известный способ не обеспечивает требуемой точности, что обусловлено необходимостью измер ть фазы тепловых потоков, проход щих через исследуемый и эталонный образ цы. Дл  этого необходимо иметь два регистрирующих прибора. Кроме того, об зательно наличие эталонного образца, а его присутствие вносит погрешность, котора  возникает в процессе градуировки. Способ реализован только дл  высоких температур (вьше 1200С), так как все расчетные формулы выведены из анализа лучистого теплообмена, который становитс  существенным только при высоких температурах. При понижении температуры измерение точности уменьшаетс . Целью изобретени   вл етс  повышение точности и ускорение определени  теплофизических характеристик. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу определени  теплофизических характеристик материалов, включаюпщй использование исследуемого и эталонного образцов , приведенных в тепловой контакт, состо щему в том, что па поверхность исследуемого и эталонного образцов воздействуют синусоидальными тепловыми потоками, регистрируют разность фаз и измер ют амплитуды тепловых потоков на поверхност х образцов, противолежащих поверхност м, подвергающимс  воздействию тепловых потоков , синусоидальный тепловой поток подают в плоскость тецлового контакта образцов, увеличивают его частоту до нулевой разности фаз между синусоидами тепловых потоков, проход щих через исследуемый и эталонный образцы, после чего коэффициент температуропроводности и теплоемкость определ ют по формулам Д . , tof где толщина исследуемого и эталонного образцов; и э -амплитуды соответстве но синусоидальных тепловых потоков через исследуемьш и эталонный образцы; -коэффициент температу м э ропроводности соответ ственно исследуемого и эталонного образцов -теплоемкость соответ и э ственНр исследуемого и эталонного образцов U) - кругова  частота, р о - плотность соответстве но исследуемого и эта лонного образцов. Согласно способу по второму варианту синусоидальный тепловой поток пбдают в плоскость теплового контакта двух исследуемых образцов различной толщины «/ и с, после чег теплофизические характеристики материала определ ют по формулам , ( 2-« 1l Л2 - Ч . -Brt - термическое сопротивление датчика теплового потока , 5 - площадь образца. На фиг.1 схематически изображен пример реализации предлагаемого спо соба-j на фиг.2 - диаграмма тепловых потоков, проход щих через исследуемый и эталонный образцы. На фиг.t обозначены верхний холо ; ильник 1,верхний датчик 2 теплового потока, исследуемый образец 3, нагреватель 4, эталонный образец 5, нижний датчик 6 теплового потока, нижний холодильник 7. На фиг.2 изображены синусоидальные тепловые потоки, проход щие через исследуемый 8 и эталонный. 9 образцы А и Aj - соответственно амплитуды тепловых потоков. Определение коэффициента температуропроводности и теплоемкости производитс  следующим образом. С помощью нагревател  (любого ти па) , приведенного в контакт с иссле дуемым и эталонным образцами, созда ют в них синусоидальные тепловые потоки. Увеличива  часто.ту нагрева, добиваютс , чтобы (, после чего теплофизические характеристики определ ют по формуле 2( 1 - кругова  частота; сУ - толщина исследуемого образца 2 Л - сдвиг фазы между тепловыми потоками-. сЛ 2м э характеристика эталона. «j,«j-.коэффициент температуропроводности соответственно исследуемого и эталонного образцов, 1 , - толщина соответственно исследуе ого и эталонного образцов.. Теплоемкость определ етс  по фор-. Уле г г t 1 - .. где А, AJ - соответственно амплитуды исследуемого и эталонного образцов. Способ по второму варианту состоит в том, что нагреву синусоидальыми тепловыми потоками подвергаютс  два исследуемых образца разной толщины c,,«Ai теплофизические характеристики определ ютс  по формулам K-.fu) . c....-.. Mfw (.lA. 5 . В - термическое сопротивление датчика теплового потока S - площадь образца. Способ определени  коэффициента емпературопроводности и теплоемости по второму варианту состоит следующем. Вместо эталона беретс  исследуеьш образец. Добиваютс , чтобы . После чего образец предпочтиельно брать правильной формы; если сследуетс  жидкость, то ее помещат в кювету. Затем с помощью датчиов теплового потока измер ют сИну- , оидальные тепловые потоки, регулиуют сигналы датчиков. Увеличива  астоту нагрева, добиваютс  уменьени  сдвига фаз до нул , и зна  олщину об азцов, вычисл ют коэффи 1

циент температуропроводности по формуле (1), а теплоемкость по.формуле (2).

Расчетные формулы получены из следую1цих условий,

Температура нагревател  t. и тепловой поток в верхней ветви моста св заны между собой посредством передаточной функции 0, к . .

(П 1 21

133525,6

I где uiy - средн   температура

соответственно образца и эталона.

Величины Q„ и Q J можно получить, 5 интегриру  тепловой поток за период от О до J7

//

м А„ sinwrdr

И и

6 Т

Э jSinwr-cfr

Аналогично св заны температура нагревател  .и тепловой поток на выходе нижней ветви -1

iK. . (И

Поскольку температурные перепады па эталонных и исследуемых образцах одинаковы, (источник и приегжик тепла один и тот же), то - и, поделив выражение .(5) на (6), получим 2. X

(7)

К.

Передаточные функции образцов К и К дл  гармонического нагрева с точностью до 0,5% записываютс  в лзиде

expl |c 2 iJ

(М

1 2 2

, С-,0)

Прин в (9) и (11), (10) и (12) и поделив полученные равенства одно

на другое, получим (2). Вьит  полученные равенства и провед  неслож-ные преобразовани , получим формулу (А) дл  определени  теплоемкости. Проведенные измерени  при нулевой

разности фаз между синусоидами теплового потока позвол ют избежать погрешности изм.ерени  величины сдвига фаз, При этом удешевл етс  экспериментальна  установка. Использование

двух исследуемых образцов позвол ет уменьшить погрешность измерени  благодар  отсутствию погрешности эталона . Одновременно упрощаютс  расчетные формулы.

Пример расчета коэффициента теплопроводности оптических стекол К-8 толщиной cj.S мм, cf 2 мм. Кругова  частота нагрева ,38, а период

.030...,

Ь38

По формуле (3) получаем а 6 j3 Ю , что соответствует табличным данным дл  стекла К-8 при температуре 273 К. При этом предельна  относительна  погрешность по предлагаемому способу (при доверительной веро тности 0,95) определени  коэффициента температуропроводности и теплоемкости составл ет

+2,5%, а по известному способу 4-10%, Т;е, погрешность уменьшаетс  в 4 раза.

Предлагаемый способ значительно повышает точность и одновременно

У РоЩзет процесс определени  коэффициента температуропроводности и теплоемкости .

tliltllllllllPff

J

xxx wvsrt vxxxxxx wvwyxj

llHIlin

Фиг.1

Claims (1)

1. Способ определения теплофизических характеристик материалов, по которому на поверхность исследуемого и эталонного образцов, находящихся в тепловом контакте, воздействуют синусоидальными тепловыми потоками, регистрируют разность фаз и амплитуды тепловых потоков на поверхностях образцов, противолежащих поверхностям, подвергающимся воздействию тепловых потоков, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и ускорения определения, синусоидальный тепловой поток .подают в плоскость теплового контакта образцов, увеличивают его частоту до нулевой разности фаз между синусоидами тепловых потоков, проходящих через исследуемый и эталонный образцы, после чего коэффициент температуропроводности и теплоемкость опре. деляют по формулам ι