SU235823A1

SU235823A1 - METHOD FOR DETERMINING THERMOPHYSICAL CONSTANT MATERIALS

Info

Publication number: SU235823A1
Application number: SU1187748A
Authority: SU
Inventors: А. Л. Гольдберг А. Г. Наголова В. М. Карасев В. А. Маковский; В. П. Иноземцев

Description

Известен способ определени теплофизических коистант материалов, в частности электроизол ционных покрытий кабельных изделий , расположенных аксиально симметрично вокруг токопровод ш:его элемента. Этот способ заключаетс в измерении сопротивлени токопровод щего элемента при пропускании по нему электрического тока. На концах нити и внешней поверхности исследуемого вещества поддерживают посто нную темнературу.There is a known method for determining thermophysical coistants of materials, in particular, electrically insulating coatings for cable products located axially symmetrically around the conductor W: its element. This method consists in measuring the resistance of a conductive element when an electric current is passed through it. At the ends of the filament and the outer surface of the test substance, constant temperature is maintained.

Способ основан на подборе тока, при котором увеличеиие притока тепла, вызванное увеличением сопротивлени нагретой проволоки, будет равно потер м тепла с поверхности проводника . Подобрав нужный ток, измер ют сопротивление проволоки, после чего определ ют теплопроводность исследуемого вещества.The method is based on the selection of a current in which the increase in heat input caused by the increase in resistance of the heated wire is equal to the heat loss from the surface of the conductor. By selecting the desired current, the resistance of the wire is measured, after which the thermal conductivity of the test substance is determined.

Основными недостатками этого способа вл ютс : трудность нодбора необходимой силы тока и высока температура проволоки при указанном токе, что не позвол ет примен ть данный способ дл исследовани материалов, имеющих невысокие температуры фазовых переходов или деструкции (например льда, полимеров и т. д.).The main disadvantages of this method are: the difficulty of setting the required current strength and the high temperature of the wire at the specified current, which does not allow this method to be used to study materials with low phase transition or destruction temperatures (for example, ice, polymers, etc.) .

Предлагаемый способ отличаетс от известных тем, что сопротивление токопровод щего элемента, например проволоки, измер ют при различных значени х силы тока и по величине его относительного изменени , отнесенного The proposed method differs from the known ones in that the resistance of a conductive element, for example a wire, is measured at different values of the current strength and in terms of its relative change, referred

к квадрату силы тока, определ ют теплофизические константы. Поскольку каждое измерение провод т при строго фиксированной силе тока, вместо сопротивленп можно измер тьto the square of the current strength, determine the thermophysical constants. Since each measurement is carried out with a strictly fixed current, instead of resistivity, it is possible to measure

иадение напр жени .voltage drop.

Это упрощает определение теплофизических констант.This simplifies the definition of thermophysical constants.

Дл определени коэффициента теплопроводности материалов измерение сопротпвлени токоировод щего элемента при различных значени х силы тока производ т при поддержании посто нной температуры на внешне-й поверхности образца. Дл определени степени черноты поверхности материала измерение сопротивлени токопровод щего элемента при различных значени х силы тока про 1звод т, помеща образец в вакуумную камеру, температуру внутренних стенок которой поддерживают посто нной .To determine the thermal conductivity of materials, the resistance of the current-carrying element at various values of current strength is measured while maintaining a constant temperature on the external surface of the sample. To determine the degree of blackness of the material surface, measuring the resistance of the conductive element at various values of amperage is applied by placing the sample in a vacuum chamber, the temperature of the inner walls of which is kept constant.

При использовании предлагаемого способа отпадает необходимость в тепловых и температурных измерени х, а измерени сопротивлени (падени напр жени ) можно проводить при минимальных токах (при которых становитс заметным изменение измер емых величин).When using the proposed method, there is no need for thermal and temperature measurements, and measurements of resistance (voltage drop) can be carried out at minimum currents (at which the change in measured values becomes noticeable).

Авторами изобретени была установлена зависимость между скоростью увеличени сотекающего тока и потер ми тепла с ее поверхлоети . Это легло в основу предлагаемого способа . Как известно, распределение температуры вдоль тонкой проволоки, нагреваемой посто нным током /, в стационарном режиме определ етс уравнеппем; L. ( l-Jp llZl . у ; c7h dx С 1 Ci ,С,1 to 2 0ц где 1/(л ) - температура проволоки в точке х; /CiC) - коэффициент теплоироводности, теплоемкость и плотность матерпала, из котого изготовлена проволока; р - периметр сечеии проволоки; ы - площадь сечени ; Н - коэффициент теилоотдачи с поверхности провода; GO - проводимость. Предполагаетс , что удельное сопротивление проволоки измен етс от температуры по закону: Г --Т-То( - удельное сопротивление при нулевой температуре. Иначе уравнение ( () записываетс в виде --K,(2) о5://а к при граничных услови х 1/ О дл х О л- 21. Сопротивление проволоки может быть найдено как: R - -((1 + -V)t/A:, где а - темиературпый коэффициент изменени электрического сопротивлени ; V - ре HieHiie уравнени (1). В конечном счете были получены выражени дл относительного изменени сопротивленн : /, the/ 7г,( ) ft° - (й )0 т 1 :.z .-,.К1 ц2 Q /з RO3 Ч Если проволока окружена полым цилиндром , выполненным из материала, теплопроемиература , то плотность потерь теила проолокой в точке X выражаетс в виде де 0-1 и Ь - виутренний и наружный радиусы нилиндра соответственно. В этом случае распределение температуры доль проволоки оиредел етс тем же уравнеием (2), по 5Ду/22-К; а . - - , -oKl, 1 /Ci Введем следуюндие обозначени : Г2. ГГ . : / , П - Согласно выражепню (3) дл малых токов , . ,-. Л til / ( 1- а- Vв поскольку а - а/С; К , thai Прн 1 0; А О и а / Я , выбира / thai ,, столь ООЛЬШНЛ, чтобыГ С 1 МОЖИО al получить J - 0 H-M ::oKi П при определении Я Если мы хотим измерить степень черноты поверхпостп изолпрующего материала, то следует учесть, что плотность потерь тепла проволокой в точке X выражаетс : hbi 1+ где h - теплоотдача излучением с поверхностп тела, деленна на коэффициент теплопроводности . хМощность теплового потока ae(7i - Т), где Т - абсолютна температура излучающе° тела; Го - абсолютна температура окружающего пространства; о - посто нна Стефапа-Больцмана; s - относительна излучательна способность поверхности или степень черноты. с достаточной точностью выражаетс в виде 4сте7о( - о), так что коэффициент теплоотдачи h можно прин ть равным результате 2- hbi К-г 1+/г 1п«1 Поскольку теперь нельз считать о/ столь большим, чтобы можно было пренебречь члеtha/ НОМ поо дка - , в рассматриваемом слуА поэтому, ввод новые обозначени : Л л.: получаем, что, наход графически или численно f/ из уравнени f(t/), где l(U} №{l-t;), МЕз1 находим величину Я из определени И Осиовными стади ми процесса измерени теплофизических констант, таким образом, вл ютс следующие. Одновременное измерение соиротивлени отрезка провода, аксиально симметрично иокрытого испытуемым материалом, и силы тока , протекающего по проводу и нагревающего его. Расчет изменени относительного сопротивлени проводника по отношению к относительному сопротивлению его при нулевой температуре . Определение скорости изменени относительного сопротивлени проводника по отношению к квадрату силы тока. Определение коэффициента теплопроводности испытуемого материала по формулам (4), (5), а степени черноты по формулам (6) - (9). Предлагаемый способ осуществл етс с помощью установки, принципиальиа схема которой изображена на чертеже. Она имеет трубу, в которую номещают испытываемый образец провода. Через трубу пропускают поток хладагента, например масла , что обесиечивает посто нство температуры на поверхиости провода п концах проводника. Дл определени коэффициента теплопроводности изол ции проводов и кабелей берут провода / длиной 2 лг и закрепл ют в трубе 2. Образец через выводы 3 присоедин ют к зажимам 4 моста 5 дл измерени сопротивлеии . Затем в трубу подают хладагент, включают генератор 6 посто нного тока и в результате регулировани тока обмотки 7 возбуждени устанавливаетс минимальной ток /о, проход щий через образец. Величииу тока /о выбирают такой, чтобы было заметно отклонепие нуль-индикатора. При этом токе измер ют соиротцвлен;;е образцов провода. После этого измер ют сопротивление R образцов ировода при токах /. Максимальную величину тока / оиредел ют условием сохранени пропорциональности величин Ат и Дт. Затем вычисл ют коэффициент теплопроводностн покрытий. Трубу 2 при определении степени черноты заключают в рубашку, но которой пропускаЮ1 хладагент, причем поток его омывает контакты в местах закреплени образца. При этом в трубе 2 создаетс вакуум. Предмет изобретени 1.Способ определени теплофизических констант материалов, в частности электроизол ционных покрытий кабельных изделий, расположенных аксиально симметрично вокруг токопровод щего элемента, заключающийс в измерении соиротивлени токопровод щего элемента при пропускании по нему электрического тока п поддержаиии иосто нной темиературы на его концах, отличающийс тем, что, с целью уирощени определени теилофизическпх констант, сопротивление измер ют при различных значени х силы тока и по величине его относительного изменени , отнесенного к квадрату силы тока, определ ют теплофизические константы. 2.Способ по и. 1, отличающийс тем, что дл определени коэффициента теплопроводностн материалов измерение сопротивлени токопровод щего элемента при различных значенн х силы тока ироизвод т ирп поддержании посто нной температуры па внешне поверхности образца. 3.Способ по п. 1, отличающийс тем, что дл определени степенп черноты поверхностп .матерпала измерение сонротивлени токопроБод щего элемента при различных значени х силы тока производ т, иомеща образец в вакуумную камеру, температуру внутренних стенок которой поддерживают посто нной.The inventors have established a relationship between the rate of increase in the flowing current and the heat loss from its surface. This formed the basis of the proposed method. As is well known, the temperature distribution along a thin wire heated by a direct current /, in a stationary mode, is determined by a level equation; L. (l-Jp llZl. Y; c7h dx С 1 Ci, С, 1 to 2 0ts where 1 / (l) is the temperature of the wire at the point x; / CiC) is the coefficient of thermal conductivity, heat capacity and density of material from which it is made wire; p is the perimeter of the wire section; s is the section area; H is the coefficient of the return from the surface of the wire; GO - conductivity. It is assumed that the resistivity of the wire varies with temperature according to the law: G - T - To (- resistivity at zero temperature. Otherwise, the equation (() is written in the form - K, (2) o5: // a k with boundary conditions 1 / O for x O l - 21. The resistance of the wire can be found as: R - - ((1 + -V) t / A :, where a is the measured resistance coefficient of the electrical resistance; V is the re HieHiie equation (1 In the end, expressions were obtained for the relative change of resistance: /, the / 7g, () ft ° - (d) 0 t 1: .z .-. K1 c2 Q / C RO3 × If the wire is about If a tube is made of a hollow cylinder made of a material, the heat conduction, then the loss of teile loss at the point X is expressed as de 0-1 and b is the outer and outer radii of the nilind, respectively. In this case, the temperature distribution of the wire length is determined by the same equation (2) , according to 5Ду / 22-К; a. - -, -oKl, 1 / Ci We introduce the following notation: Г2. ГГ.: /, П - According to expression (3) for small currents,. , -. L til / (1-a-Vb because a - a / C; K, thai PRn 1 0; AO and a / I, choose / thai, so OOLSHNL, so with C 1 MOJIO al get J - 0 HM :: oKi P in determining I If we want to measure the degree of blackness on the top of an insulating material, it should be taken into account that the density of heat loss by a wire at point X is expressed as: hbi 1+ where h is the heat transfer by radiation from the body surface divided by the thermal conductivity. (7i - T), where T is the absolute temperature of the radiating body °; Go is the absolute temperature of the surrounding space; o is constant on Stefap-Boltzmann; s is the relative emissivity of the surface or the degree of blackness. It is expressed with sufficient accuracy in the form of 4 ste7o (-o), so that the heat transfer coefficient h can be taken equal to the result of 2-hbi K-1 + / g 1n "1 Since now it is not possible to consider o / so large that one could neglect the terms / NOM in order -, in the case under consideration, therefore, the introduction of new designations: L l: we find that, found graphically or numerically f / from the equation f (t /) , where l (U} No. {lt;), MEZ1 we find the value of I from the definition And the axial stages of the process and the measurements of the thermophysical constants are thus as follows. Simultaneous measurement of the coarsening of a piece of wire axially symmetrically covered with the test material and the strength of the current flowing through the wire and heating it. Calculation of the change in the relative resistance of the conductor with respect to its relative resistance at zero temperature. Determination of the rate of change of the relative resistance of the conductor with respect to the square of the amperage. Determination of the coefficient of thermal conductivity of the test material by the formulas (4), (5), and the degree of blackness by the formulas (6) - (9). The proposed method is carried out using an installation, the schematic diagram of which is shown in the drawing. It has a pipe into which the test specimen is placed in the wire. A coolant stream, such as oil, is passed through the pipe, which ensures a constant temperature on the wire surface and the ends of the conductor. To determine the thermal conductivity coefficient, the insulation of wires and cables is taken from wires / 2 lg in length and fixed in pipe 2. The sample is connected via leads 3 to terminals 4 of bridge 5 for measuring resistance. Then a coolant is supplied to the pipe, a direct current generator 6 is turned on and as a result of regulation of the current of the excitation winding 7, the minimum current / o passing through the sample is established. The magnitude of the current / o is chosen such that the deviation of the null indicator is noticeable. At this current, the measurement of the corresponding wire is measured; After that, the resistance R of samples of the black lead is measured at currents /. The maximum current value is determined by maintaining the proportionality of the values of At and Dt. The coefficient of thermal conductivity of the coatings is then calculated. The pipe 2, when determining the degree of blackness, is enclosed in a shirt, but with a U1 refrigerant which passes, and its flow washes the contacts in the places where the sample is fixed. A vacuum is created in the pipe 2. The subject of the invention that, in order to broaden the definition of theylophysical constants, the resistance is measured at various values of the current strength and in terms of its magnitude nogo variations, assigned to the square of current is determined thermal constants. 2. Method for and. 1, characterized in that in order to determine the coefficient of thermal conductivity of materials, measure the resistance of the conductive element at different current strengths and produce irp maintaining a constant temperature on the external surface of the sample. 3. The method according to claim 1, characterized in that to determine the degrees of blackness, the surfaces measured the resistance of the current-carrying element at various values of current strength and placed the sample in a vacuum chamber, the temperature of the inner walls of which was kept constant.

/ г/ g

fiocfofiocfo