SU1718078A1 - Method and device for complex determination of thermophysical characteristics - Google Patents
Method and device for complex determination of thermophysical characteristics Download PDFInfo
- Publication number
- SU1718078A1 SU1718078A1 SU904788611A SU4788611A SU1718078A1 SU 1718078 A1 SU1718078 A1 SU 1718078A1 SU 904788611 A SU904788611 A SU 904788611A SU 4788611 A SU4788611 A SU 4788611A SU 1718078 A1 SU1718078 A1 SU 1718078A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- thermal
- sample
- oscillations
- activity
- output
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к неразрушающим испытани м и может быть использовано дл измерени теплопроводности, температуропроводности и тепловой активности веществ и материалов в широком диапазоне температур. Цель изобретени - повышение точности и сокращение времени измерений. Измен посто нную времени Г0 дифференциатора-инвертора, вход щего в измерительную цепь обратной тепловой св зи, в системе возбуждают автоколеба ни . По величине Т0 , при которой возникают автоколебани , определ ют тепловую активность образца. Измер средние значени мощности, выдел емой на поверхно сти исследуемого образца, и температуры, наход т теплопроводности. По тепловой активности и теплопроводности вычисл ют температуропроводность образца. Это позвол ет повысить точность и сократить врем измерений. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. ЁThe invention relates to non-destructive testing and can be used to measure thermal conductivity, thermal diffusivity and thermal activity of substances and materials over a wide range of temperatures. The purpose of the invention is to improve the accuracy and reduce the measurement time. Changing the time constant T0 of the differentiator-inverter, which is included in the measuring circuit of the thermal feedback, excites auto-oscillations in the system. The thermal activity of the sample is determined from the value of T0 at which self-oscillations occur. Measured average values of the power released on the surface of the sample and temperature are the thermal conductivities. The thermal diffusivity of the sample is calculated from the thermal activity and thermal conductivity. This improves accuracy and reduces measurement time. 2 sec. f-ly, 1 ill. Yo
Description
Изобретение относитс к неразрушающим испытани м и может быть использовано дл измерени теплопроводности, температуропроводности и тепловой активности веществ и материалов в широком диапазоне температур.The invention relates to non-destructive testing and can be used to measure thermal conductivity, thermal diffusivity and thermal activity of substances and materials over a wide range of temperatures.
Известен способ комплексного определени теплофизических характеристик, состо щий в том, что исследуемый образец включают в систему автоматического регулировани в качестве элемента обратной св зи, а петлю обратной св зи замыкак при помощи теплового потока через образец . Измен коэффициент усилени регул тора , в системе автоматического регулировани возбуждают автоколебани , по частоте которых определ ют температуропроводность , а по критическому значению коэффициента усилени - теплопроводность образца.The known method of complex determination of thermophysical characteristics is that the sample under study is included in the automatic control system as a feedback element, and the feedback loop is closed with heat flow through the sample. By changing the gain of the regulator, auto-oscillations are excited in the automatic control system, the frequency of which determines the thermal diffusivity, and the critical value of the gain is the thermal conductivity of the sample.
Недостатком данного способа вл етс невысока точность измерений.The disadvantage of this method is the low measurement accuracy.
Известно устройство дл комплексного определени теплофизических характера стик, содержащее дифференциальную термопару , источник опорного напр жени , регул тор и нагреватель, замкнутые в систему автоматического регулировани через исследуемый образец.A device for the complex determination of the thermophysical nature of a stick containing a differential thermocouple, a source of reference voltage, a regulator and a heater, closed into an automatic control system through the sample under study is known.
Недостатком данного устройства вл етс низка точность измерений.The disadvantage of this device is low measurement accuracy.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сути вл етс способ комплексного определени теплофизических харак00The closest to the proposed technical essence is the method of complex determination of thermal characteristics.
о VJabout vj
0000
теристик и реализующее его устройство, состо щий в том. что возбуждают автоколеба- ни в системе автоматического регулировани с тепловой обратной св зью, тепловой элемент которой привод т в тепловой контакт с образцом. Реализующее данный способ устройство содержит термостат , дифференциальную термопару, нагреватель , блок сравнени , регистратор и источник опорного напр жени .the characteristics and the device that implements it. which excites auto-oscillations in an automatic control system with thermal feedback, the thermal element of which is brought into thermal contact with the sample. The device implementing this method comprises a thermostat, a differential thermocouple, a heater, a comparator unit, a recorder, and a source of reference voltage.
Недостатками данного способа и реализующего его устройства вл ютс невысока точность измерений и большие затраты времени на измерени .The disadvantages of this method and the device implementing it are the low accuracy of measurements and the large amount of time spent on measurements.
Целью изобретени вл етс повышение точности и сокращение времени измерений .The aim of the invention is to improve the accuracy and reduce the measurement time.
Цель достигаетс тем, что автоколебани возбуждают, измен посто нную времени системы, по критическому значению посто нной времени определ ют тепловую активность, по средним значени м мощности нагревател и температуры образца - теплопроводность, а по теплопроводности и тепловой активности вычисл ют температуропроводность образца.The goal is achieved by self-oscillations that excite the system time constant, determine the thermal activity by the critical value of the constant time, determine the thermal diffusivity of the sample by the mean values of the heater power and sample temperature - the thermal conductivity and thermal activity.
В данном способе по критической величине посто нной времени системы автоматического регулировани (САР) с тепловой обратной св зью наход т тепловую активность , а теплопроводность определ ют методом плоского источника по поступающей, на образец удельной мощности и градиенту температуры, по значени м которой определ ют температуропроводность образца.In this method, the thermal activity is determined by the critical value of the time constant of the automatic control system (SAR) with thermal feedback, and the thermal conductivity is determined by the method of a flat source by the specific power supplied to the sample and the temperature gradient, the values of which determine the thermal diffusivity sample.
Исследование уравнени данной САР, имеющего вид нелинейной краевой задачи нестационарной теплопроводности:The study of the equation of this SAR, which has the form of a nonlinear boundary value problem of unsteady heat conduction:
t(x,t)-aT (х, t): T(x, t)| x-o 0t (x, t) -aT (x, t): T (x, t) | xo 0
т1(p1 (
(д ,t) -atUo-ьа /exp x(d, t) -atUo-aa / exp x
°)- 00°) - 00
x((d.t)dr,(1)x ((d.t) dr, (1)
-00-00
где Т(х, t) о Т(х, t)/dt - скорость изменени температуры;where T (x, t) о T (x, t) / dt is the rate of temperature change;
T(xt t) - разность температур образца и термостата;T (xt t) is the temperature difference between the sample and the thermostat;
х - координата;x - coordinate;
t - врем ; д толщина образца;t is time; d sample thickness;
К - коэффициент усилени регул тора;K - regulator gain factor;
а - температуропроводность образца;a - thermal diffusivity of the sample;
А - теплопроводность образца;And - thermal conductivity of the sample;
S - площадь нагревател ;S is the heater area;
R - сопротивление нагревател ;R is the resistance of the heater;
00
U0 опорное напр жение;U0 is the reference voltage;
а- коэффициент термоЭДС;a - thermoelectric coefficient;
г0 - посто нна времени дифференциатора;r0 is the time constant of the differentiator;
6- мощность, выдел ема в нагревателе;6- power released in the heater;
т- переменна интегрировани ; а- функци Хевисайда, дает следующую формулу дл определени тепловой активности;t is variable integration; The a-Heaviside function gives the following formula for determining thermal activity;
.«UK2“UK2
SRSR
/2ъ ./ 2b.
(2)(2)
5five
00
5five
00
5five
00
5five
00
5five
А BUT
(4)(four)
Из нее следует, что относительна чувствительность способа составл етIt follows that the relative sensitivity of the method is
с, - d ос/Toe поc, - d os / Toe to
(3)(3)
где гос критическое значение посто нной времени Т0 .where the state is the critical value of the constant time T0.
Теплопроводность А определ етс с чувствительностью и вычисл етс по формулеThermal conductivity A is determined with sensitivity and is calculated by the formula
S R Т (6 ) S R T (6)
где - среднее квадратичное значени выходного напр жени блока сравнени ;where is the root mean square value of the output voltage of the reference block;
Т (б) - температура образца толщиной д. T (b) is the temperature of the sample thickness d.
Устройство дл комплексного определени теплофизических характеристик исследуемого образца 1, содержит термостат 2, дифференциальную термопару 3, нагреватель 4, дифференциатор-инвертор 5, блок 6 сравнени , источник 7 опорного напр жени , регистратор 8 и коммутатор 9.The device for complex determination of the thermophysical characteristics of sample 1, contains a thermostat 2, a differential thermocouple 3, a heater 4, a differentiator-inverter 5, a comparison unit 6, a reference source 7, a recorder 8 and a switch 9.
Один из спаев дифференциальной термопары 3 закреплен на термостате 2, а второй - на исследуемом образце 1. Выводы дифференциальной термопары 3 подключены к соответствующим входам дифференци- атора-инвертора 5, подсоединенного первым и вторым выходами соответственно к первому и второму входам коммутатора 9. Блок 6 сравнени подключен первым входом к выходу источника 7, вторым входом - к третьему выходу дифференциатора-инвертора 5 и выходом - к термопаре 3 и к третьему входу коммутатора 9, выход которого соединен с входом регистратора 8.One of the junctions of the differential thermocouple 3 is fixed on the thermostat 2, and the second on the sample under study 1. The outputs of the differential thermocouple 3 are connected to the corresponding inputs of the differential-inverter 5 connected to the first and second outputs respectively to the first and second inputs of the switch 9. Block 6 Comparison is connected by the first input to the output of the source 7, the second input to the third output of the differentiator-inverter 5 and the output to the thermocouple 3 and to the third input of the switch 9, the output of which is connected to the input of the recorder 8.
Устройство дл комплексного определени теплофизических характеристик работает следующим образом.A device for complex determination of thermophysical characteristics works as follows.
При небольших значени х посто нной времени блока 6 сравнени в нагревателе 4 выдел етс посто нна мощность, а в образце 1 устанавливаетс стационарное температурное поле:At small values of the time constant of the comparator unit 6, the constant power is released in the heater 4, and a stationary temperature field is established in sample 1:
Т(х) T (x)
K2UЈK2UЈ
При определенных значени х Uo. К и Т0 . называемых критическими, в системе возникают автоколебани . Эти значени св заны с тепловой активностью соотношением (2), которое может быть использовано дл ее определени . Теплопроводность образца может быть вычислена по средним значени м выдел емой в нагревателе мощности и температуры Т(5, t) с помощью формулы (5).At certain values of Uo. K and T0. called critical, auto-oscillations occur in the system. These values are related to thermal activity by the relation (2), which can be used to determine it. The thermal conductivity of the sample can be calculated from the average values of the power released in the heater and the temperature T (5, t) using formula (5).
Дл измерени теплофизических характеристик параметры Do и К следует выбирать такими, чтобы J(d , t) не превышала некоторой налагаемой услови ми эксперимента предельной величины Т0 (в данном случае Т0 2 К). При этом может оказатьс , что диапазона изменени Г0 недостаточно дл возбуждени автоколебаний. Поэтому перед измерени ми необходимо установить значени Uo и К, которые удовлетвор ли бы следующим услови м:To measure the thermophysical characteristics, the parameters Do and K should be chosen such that J (d, t) does not exceed a certain limit imposed by the experimental conditions T0 (in this case T0 2 K). At the same time, it may turn out that the range of variation of r0 is not enough to induce self-oscillations. Therefore, before measurements, it is necessary to establish the values of Uo and K, which would satisfy the following conditions:
л К UQ тl K UQ t
дтнт-Т|DntT |
о about
где Гомакс - максимальное значение посто нной времени ть where Gomax - the maximum value of the constant time th
Дл этого первый переключатель дифференциатора-инвертора 5 устанавливают в среднее положение и уменьшением U0 возбуждают автоколебани , одновременно регулиру К таким образом, чтобы Т (д, t) оставалась в пределах Т0. Измерени тепло- физических характеристик проводились следующим образом.For this, the first switch of the differentiator-inverter 5 is set to the middle position and auto-oscillations are excited by decreasing U0, while simultaneously adjusting K so that T (g, t) remains within T0. The measurements of the thermophysical characteristics were carried out as follows.
В соответствии с требовани ми, сформулированными выше, были выбраны значени параметров U0 и К. Затем посто нную времени г0 измен ли от нул до некоторого критического значени Г0с , при котором в системе возникали автоколебани . Значение Гос определ ли, измер регистратором сопротивление резисторов RC-цепочки дифференциатора-инвертора 5, при котором происходит возбуждение автоколебаний . Так как блок 6 и источник 7 опорного напр жени были прокалиброваны заранее , и в дальнейшем U0 и К не измен лись, то тепловую активность измер ли, определ экспериментально лишь один параметр Го . Дл нахождени теплопроводности измер ли действующие значени выходных напр жений блока 6 сравнени и диффеIn accordance with the requirements formulated above, the values of the parameters U0 and K were chosen. Then the time constant r0 was changed from zero to a certain critical value H0c, at which auto-oscillations occurred in the system. The value of the state is determined by measuring by the recorder the resistance of the resistors of the RC-chain of the differentiator-inverter 5, at which the self-oscillations are excited. Since block 6 and the source 7 of the reference voltage were calibrated in advance, and subsequently U0 and K did not change, thermal activity was measured, only one parameter Go was determined experimentally. To find the thermal conductivity, the effective values of the output voltages of the comparator unit 6 and diff
10ten
1515
2020
30thirty
3535
4040
4545
5050
5555
ренциатора-инвертора 5. Тепловую активность и теплопроводность вычисл ли по формулам (2) и (4).of the inverter 5. The thermal activity and the thermal conductivity were calculated using formulas (2) and (4).
Использование изобретени позвол ет повысить точность измерений за счет увеличени чувствительности измерени тепловой активности по критической посто нной времени примерно в 4 раза. Сокращаетс врем измерений, поскольку не требуетс установлени определенной амплитуды ко лебаний и регистрации необходимого числа полных циклов колебаний. The use of the invention makes it possible to increase the measurement accuracy by increasing the sensitivity of measuring thermal activity at a critical constant time by about 4 times. The measurement time is shortened, since it is not necessary to establish a certain amplitude of oscillations and to register the necessary number of full cycles of oscillations.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904788611A SU1718078A1 (en) | 1990-02-05 | 1990-02-05 | Method and device for complex determination of thermophysical characteristics |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904788611A SU1718078A1 (en) | 1990-02-05 | 1990-02-05 | Method and device for complex determination of thermophysical characteristics |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1718078A1 true SU1718078A1 (en) | 1992-03-07 |
Family
ID=21494752
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904788611A SU1718078A1 (en) | 1990-02-05 | 1990-02-05 | Method and device for complex determination of thermophysical characteristics |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1718078A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2625599C1 (en) * | 2016-04-04 | 2017-07-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФМ СО РАН) | Method for determining thermal conductivity of solid bodies |
-
1990
- 1990-02-05 SU SU904788611A patent/SU1718078A1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Авторское свидетельство СССР Мг 1267241, кл. G 01 N 25/18. 1985. Алексеев В.П. и др. Определение тепло- физических характеристик методом автоколебаний. ИФЖ, 1987. N 2, с.255-260. Авторское свидетельство СССР Мг 1518750, кл. G 01 N 25/18. 1989. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2625599C1 (en) * | 2016-04-04 | 2017-07-17 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФМ СО РАН) | Method for determining thermal conductivity of solid bodies |
RU2625599C9 (en) * | 2016-04-04 | 2018-04-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физического материаловедения Сибирского отделения Российской академии наук (ИФМ СО РАН) | Method for determining thermal conductivity of solid bodies |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Shiozawa et al. | Soil thermal conductivity | |
US5739416A (en) | Fast, high sensitivity dewpoint hygrometer | |
JPH0361843A (en) | Method and apparatus for measuring heat conductivity of gas | |
Riou et al. | A very sensitive microcalorimetry technique for measuring specific heat of μ g single crystals | |
SU1718078A1 (en) | Method and device for complex determination of thermophysical characteristics | |
US4623263A (en) | Apparatus for the thermal measurement of the texture of a porous body | |
Halperin et al. | Apparatus for``Hyperbolic Glow Curves'' | |
Kettler et al. | Differential ac method of thermopower measurement | |
US4114421A (en) | Apparatus for measuring the concentration of impurities within a substance | |
RU2178166C2 (en) | Method of complex determination of thermal and physical characteristics of solid and dispersive materials | |
SU1610415A1 (en) | Method of determining differences of heat capacities of tested specimen and standard | |
SU1741036A1 (en) | Device for determination of thermal conductivity of materials | |
RU2018117C1 (en) | Method of complex determining of thermophysical properties of materials | |
JPH0566160A (en) | Calorimetric unit and method | |
JPS634134B2 (en) | ||
SU1057830A1 (en) | Method and device for determination of material heat | |
SU1711052A1 (en) | Method of testing heat-insulating material thermophysical characteristics | |
SU712746A1 (en) | Device for determining microconcentrations of combustible gases | |
SU1267241A1 (en) | Method of complex determining of thermal physical characteristics of materials | |
Kalliomaki et al. | Measurement of surface temperature with a thermally compensated probe | |
SU830224A1 (en) | Method of analysis of gases by thermal conductance | |
Bell et al. | Precision temperature control | |
SU1712849A1 (en) | Method for determination of thermophysical characteristics of materials | |
JPH0136115Y2 (en) | ||
SU493718A1 (en) | Measurement of chemical potential of water |