SU1293606A1 - Method and apparatus for measuring thermal diffusitivity of materials - Google Patents
Method and apparatus for measuring thermal diffusitivity of materials Download PDFInfo
- Publication number
- SU1293606A1 SU1293606A1 SU853879635A SU3879635A SU1293606A1 SU 1293606 A1 SU1293606 A1 SU 1293606A1 SU 853879635 A SU853879635 A SU 853879635A SU 3879635 A SU3879635 A SU 3879635A SU 1293606 A1 SU1293606 A1 SU 1293606A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- frequency
- thermal diffusivity
- sample
- temperature wave
- output
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к области теплофизических измерений и может быть использовано дл измерени коэффициента температуропроводности низкотемпературопроводных материалов , в том числе диэлектрических, не допускающих значительный перегрев контролируемых образцов. Целью изобретени вл етс повышение точности измерени коэффициента температуропроводности диэлектрических материалов с низкой теплопроводностью. Способ измерени коэффициента температуропроводности диэлектрических материалов основан на возбуждении плоской температурной волны в образце в виде неограниченной пластины. Прово- д т измерени отношени амплитуд температурной волны на поверхности образца . Частоту температурной волны устанавливают равной значению, при котором длина температурной волны становитс равной толщине контролируемого образца материала. Искомый коэффициент температуропроводности определ ют по соотношению а S F/4 п , где - толщина образца, F - частота температурной волны. Предложенный способ позвол ет точнее и проще проводить измерени температуропроводности диэлектрических материалов. с (Л N5 QD О5 О а „А.The invention relates to the field of thermophysical measurements and can be used to measure the thermal diffusivity of low-temperature materials, including dielectric, that do not allow significant overheating of controlled samples. The aim of the invention is to improve the accuracy of measuring the thermal diffusivity of dielectric materials with low thermal conductivity. The method for measuring the thermal diffusivity of dielectric materials is based on the excitation of a plane temperature wave in a sample in the form of an unlimited plate. Measurements are made of the ratio of the amplitudes of the temperature wave on the sample surface. The frequency of the temperature wave is set equal to the value at which the length of the temperature wave becomes equal to the thickness of the monitored material sample. The desired thermal diffusivity is determined by the ratio a S F / 4 p, where is the sample thickness, F is the frequency of the temperature wave. The proposed method makes it more accurate and easier to measure the thermal diffusivity of dielectric materials. c (L N5 QD O5 O a „A.
Description
Изобретение относитс к области теплофизических измерений и может быть использовано дл измерени коэффициента температуропроводности нэко температуропроводных материалов, не допускающих значительного перегрева контролируемых образцов.The invention relates to the field of thermophysical measurements and can be used to measure the thermal diffusivity of thermal conductivity materials that do not allow significant overheating of monitored samples.
Цель изобретени - повышение точности измерени коэффициента температуропроводности материалов с низкой теплопроводностью.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measuring the thermal diffusivity of materials with low thermal conductivity.
На чертеже изображена функциональна схема устройства дл осуществлени способа измерени козфсЬициентаThe drawing shows a functional diagram of an apparatus for implementing a method for measuring a carrier.
температуропроводности материалов.thermal diffusivity of materials.
Устройство содержит регулируемый по частоте первый низкочастотный генератор 1 , модулируемый по напр жению источник 2 питани плоского малоинерционного нагревател 3,, который установлен на поверхности контролируемого образца 4.The device contains a frequency controlled first low-frequency generator 1, a voltage-modulated power supply source 2 of a flat low-inertia heater 3, which is mounted on the surface of the test sample 4.
((
Нагреватель 3 термоизолирован оболочкой 5. Температура ненагреваемой поверхности образца измер етс термопреобразователем 6 с термочувствительным элементом. Вь1ходной сигнал переменного тока термопреобразовател 6 усиливаетс усилителем 7 низ- кой частоты, выпр мл етс фазочув- ствительным выпр мителем 8, на опорный вход которого через удвоитель 9 частоты и фазовращатель 10 поступает сигнал удвоенной частоты генерато- pa 1. Выходной сигнал фазочувствител ного выпр мител 8 регистрируетс индикатором 11. Измеритель 12 отношени частот, например электронно-счетный частотомер, первым входом соеди- нен с выходом удвоител 9 частоты, а вторым - с выходом низкочастотного генератора 13, выход его соединен с цифровым индикатором 14.The heater 3 is thermally insulated with a shell 5. The temperature of the non-heated surface of the sample is measured by a thermocouple 6 with a temperature-sensitive element. The AC output signal of the thermocouple converter 6 is amplified by a low-frequency amplifier 7, rectified by a phase-sensitive rectifier 8, whose reference input through a frequency doubler 9 and phase shifter 10 receives a double-frequency generator signal 1. The output of the phase-sensitive rectifier 8 is registered by indicator 11. A meter 12 of the frequency ratio, for example, an electron-counting frequency meter, is connected to the output of the frequency doubler 9 with the first input and the second with the output of the low-frequency generator 13; with digital display 14.
Сущность способа заключаетс в следующем. В отсутствие переменной составл ющей теплообмена с окружающей средой плоской пластины, в которой возбуждаетс температурна волна- , распределение температуры Q вдол оси координат Х, перпендикул рнойThe essence of the method is as follows. In the absence of a variable component of heat exchange with the environment of a flat plate in which a temperature wave is excited, the temperature distribution Q along the coordinate axis X, is perpendicular
пластине, описываетс выражениемplate described by the expression
г со у -J.Xg with -J.X
cos (tot S 0,e cos (tot S 0, e
, Y-) Y-)
2Q 2Q
где УЛ - температура на нагреваемойwhere UL is the temperature at the heated
поверхности (); CJ - кругова частота температурной волны;surface (); CJ - circular frequency of the temperature wave;
Q - коэффициент ), ггуропр{1- Q - coefficient), gyhuropr {1-
в од f: ости .in one f: spines.
При услопии одностороннего доступа к контролируемому образцу со стороны ненагреваемой поверхности (например , в технологическом контроле листовых и pynoiiHbix материалов) необходим критерий выбора частоты о, который позволил бы судить и об амплитуде температуры наг-реваемой поверхности . Это нужно, чтобы исключить радиационную составл ющую коэффициента теплообмена, котора существенно велика при температуре более 400 К, и кондуктивную составл ющую этого коэффициента, внос щую свой вклад в теплообмен при градиенте температуры нагреваемой поверхности и окружающей более нескольких дес тых долей градуса. В особенности, это важно, при контроле материалов с низкой температуропроводностью (например, раз- личнь х диэлектрических материалов на основе полимеров), поскольку дл ощутимых изменений температуры ненагреваемой поверхности недопустимоUnder the condition of one-sided access to a controlled sample from the side of an unheated surface (for example, in the technological control of sheet and pynoiiHbix materials), a criterion for choosing the frequency o, which would allow to judge the temperature amplitude of the heated surface, is necessary. This is necessary in order to exclude the radiation component of the heat transfer coefficient, which is substantially large at temperatures above 400 K, and the conductive component of this coefficient, which contributes to heat transfer with a temperature gradient of the heated surface and surrounding more than a few tenths of a degree. This is especially important when inspecting materials with a low thermal diffusivity (for example, differences in dielectric materials based on polymers), since for tangible changes in temperature, an unheated surface is unacceptable.
перегревать контролируемый материал.overheat controlled material.
II
Если длина L температурной волныIf the length L of the temperature wave
L 2W. некоторой частоте W будет равна тол1цине О пластины, т.е. , то поглощение температурной волны в тол- ш;е пластины составл ет -.L 2W. some frequency W will be equal to the plate O, i.e. , the absorption of the temperature wave in thickness; the e plate is -.
е е 535 разe e 535 times
Из этой зависимости следует значение частоты F температурной волны, при которой L 5From this dependence follows the value of the frequency F of the temperature wave at which L 5
У-. 2-7 2Q W- 2-7 2Q
откудаfrom where
. ..«. .. "
Таким образом, условие L S позвол ет судить о кол€ бании температу- ры нагреваемой поверхности.Thus, the condition L S makes it possible to judge the variation of the temperature of the heated surface.
Из последнего выражени очевидна возм:ожность определени коэффициента температуропроводности Q если из- 1зестны 7 и вIt is obvious from the last expression that it is possible to determine the thermal diffusivity coefficient Q if of izestna 7 and
Q «I F. , 4ТТQ "I F., 4TT
Таким образом, если прин ть, что частота температурной волны вл етс Thus, if it is assumed that the frequency of the temperature wave is
величимой, по котороГ суд т лб измер емой величине Q, то частота, при которой длина температурной волны равна толщине контролируемого образца , пр мо пропорциональна коэффициенту теплопроводностиthe largest, according to which the measured value Q is measured, the frequency at which the length of the temperature wave is equal to the thickness of the test sample is directly proportional to the coefficient of thermal conductivity
„ tf ,, . Р -jjyQ K-Q,„Tf ,,. PjjyQ K-Q,
АТГATG
где К -- - коэффициент измерительного преобразовани . Например, коэффициент температуропроводности образца пенополиуретана толщиной 1 мм, определенный по предлагаемому способу, равенwhere K - is the measurement conversion factor. For example, the coefficient of thermal diffusivity of a sample of polyurethane foam with a thickness of 1 mm, determined by the proposed method, is equal to
S „ S „
41Г41G
5,097 5,097
0,Д056 10 0, D056 10
Устройство работает следующим образом .The device works as follows.
Мощность нагревател 3 пульсирует с частотой, равной удвоенному значению частоты генератора 1, и возбуждает температурную волну в контролируемом образце 4. Термопреобразователь 6 с термочувствительным элементом преобразует колебани температуры ненагреваемой поверхности образца 4 в сигнал посто нного тока, модулированный переменной составл ющей частоты, равной частоте температурной волны. Усилитель 7 низкой частоты усиливает только переменную составл ющую этого сигнала, а фазо- чувствительный выпр митель 8, в опор ный канал которого включен удвоитель 9 частоты и переменный фазовращатель 10, компенсирующий фазовые набеги в измерительном канале, производит синхронное выпр мление этой составл ющей. Индикатор 11 показывает величину амплитуды переменной составл ющей температуры на ненагреваемой поверхности образца.The power of the heater 3 pulses at a frequency equal to twice the frequency of generator 1 and excites the temperature wave in the controlled sample 4. A thermal converter 6 with a temperature-sensitive element converts the temperature fluctuations of the unheated surface of sample 4 into a DC signal modulated by a variable frequency component equal to the temperature frequency the waves. The low-frequency amplifier 7 amplifies only the variable component of this signal, and the phase-sensitive rectifier 8, in the reference channel of which the frequency doubler 9 is connected and the variable phase shifter 10, which compensates for phase ramps in the measuring channel, produces a synchronous rectification of this component. Indicator 11 shows the amplitude of the variable component of temperature on the unheated surface of the sample.
Если установить частоту генератора 13 низкой 1астоты численно равнойIf you set the frequency of the generator 13 low 1astot numerically equal
f -р- Гц,f - p - Hz
где S - толщина образца в мм, то измеритель отнощени частот выполнит операцию делени , результат п которого равенwhere S is the sample thickness in mm, then the frequency ratio meter will perform the division operation, the result of which is equal to
5J . 4 -и5J. 4th
„ .|. -si,p,,.,o .:j„. |. -si, p ,,., o.: j
3606436064
Цифровой индикатор 14 при этом число п Q 10 м /с.Digital indicator 14 with the number n Q 10 m / s.
Так, дл измерени коэйхЬициента температуропроводности пенополиуре тана толщиной 1 мм при температуре 333 К необходимо возбудить гармонические колебани температуры-с амплитудой пор дка 5 К. С учетом значени коэффициента теплопроводности дл So, to measure the thermal diffusivity of the thermal diffusivity of a foam with a thickness of 1 mm at a temperature of 333 K, it is necessary to excite harmonic temperature fluctuations with an amplitude of about 5 K. Taking into account the value of the thermal conductivity for
Ш этого материала Q О ,4066 1 0 частота переменного тока, создаюп1е- го переменную составл ющую температуру , составл ет 2,5-3 Гц.The width of this material Q O, 4066 1 0 is the frequency of the alternating current, which creates a variable component of the temperature, is 2.5-3 Hz.
Предлагаемый способ измерени коt5 эффициента температуропроводности материалов, преимущественно диэлектрических и устройство дл его осу- П1ествлени повышают точность измерени коэффициента температуропровод20 ности диэлектрических материалов, которые обычно имеют низкие значени этого коэффициента и, следовательно , требуют чувствительных и точных средств измерений очень малых коле 5 баний температуры ненагреваемой поверхности образца.The proposed method for measuring the coefficient of thermal diffusivity of materials, mainly dielectric, and a device for its implementation improve the accuracy of measuring the thermal diffusivity of dielectric materials, which usually have low values of this coefficient and, therefore, require sensitive and accurate means of measuring very small fluctuations of the temperature of the unheated sample surface.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU853879635A SU1293606A1 (en) | 1985-04-08 | 1985-04-08 | Method and apparatus for measuring thermal diffusitivity of materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU853879635A SU1293606A1 (en) | 1985-04-08 | 1985-04-08 | Method and apparatus for measuring thermal diffusitivity of materials |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1293606A1 true SU1293606A1 (en) | 1987-02-28 |
Family
ID=21171459
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU853879635A SU1293606A1 (en) | 1985-04-08 | 1985-04-08 | Method and apparatus for measuring thermal diffusitivity of materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1293606A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5080495A (en) * | 1989-08-30 | 1992-01-14 | Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. | Method and apparatus for measuring thermal diffusivity by ac joule-heating |
-
1985
- 1985-04-08 SU SU853879635A patent/SU1293606A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Филиппов Л.И. Измерение тепловых свойств твердых и жидких металлов, М.: МГУ, 1967, с. 129-130. Филиппов л.п. Измерение тепловых свойств твердых и жидких металлов. М.: МГУ, 1967, с. 46-47. , * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5080495A (en) * | 1989-08-30 | 1992-01-14 | Mitsui Toatsu Chemicals, Inc. | Method and apparatus for measuring thermal diffusivity by ac joule-heating |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4117712A (en) | Emissimeter and method of measuring emissivity | |
US5629482A (en) | Measuring device utilizing a thermo-electromotive element | |
SU1293606A1 (en) | Method and apparatus for measuring thermal diffusitivity of materials | |
US20050281312A1 (en) | Fluid temperature measurement | |
Garnier et al. | A new transient hot-wire instrument for measuring the thermal conductivity of electrically conducting and highly corrosive liquids using small samples | |
Siu et al. | National Bureau of Standards line‐heat‐source guarded‐hot‐plate apparatus | |
Karthik et al. | Measurement of thermal conductivity of fluids using 3-ω method in a suspended micro wire | |
KR100306361B1 (en) | Measurement Apparatus for Multiful Thermal Properties of Meterial Using the Needle Probe and Method Thereof | |
US3488584A (en) | Method and apparatus for resistivity measurement of flowing high temperature liquid metals | |
CA2119809A1 (en) | Method for simultaneous determination of thermal conductivity and kinematic viscosity | |
Bednarz et al. | High‐resolution, high‐sensitivity ac calorimeter | |
SU783664A1 (en) | Apparatus for determining heat-conduction factor | |
JP4042816B2 (en) | Moisture content detection sensor | |
Muijlwijk et al. | The temperatures at the transition points in solid oxygen | |
Radak et al. | A simple relative laser power meter | |
Ikeda et al. | Improvement of ac calorimetry | |
SU875543A1 (en) | Device for indication of locations of short-circuitings of electric machine rotor steel sheets | |
RU2045049C1 (en) | Device for measuring temperature-conductivity coefficient of materials | |
SU763757A1 (en) | Device for measuring heat conductance of materials | |
JPS5923369B2 (en) | Zero-level heat flow meter | |
SU1388703A1 (en) | Thermal probe for measuring thickness of film coatings | |
SU1160291A1 (en) | Device for determining material thermal diffusivity coefficient | |
SU1267241A1 (en) | Method of complex determining of thermal physical characteristics of materials | |
SU1275240A1 (en) | Method of measuring pressure and device for effecting same | |
SU1659815A1 (en) | Method of determining thermal conductivity of a material |