SU614371A1 - Method and apparatus for determining heat conductivity - Google Patents

Method and apparatus for determining heat conductivity

Info

Publication number
SU614371A1
SU614371A1 SU762335260A SU2335260A SU614371A1 SU 614371 A1 SU614371 A1 SU 614371A1 SU 762335260 A SU762335260 A SU 762335260A SU 2335260 A SU2335260 A SU 2335260A SU 614371 A1 SU614371 A1 SU 614371A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
heater
sample
temperature
thermal conductivity
time
Prior art date
Application number
SU762335260A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Геннадьевич Петровичев
Николай Игнатьевич Горбачев
Вячеслав Иванович Соловьев
Анатолий Николаевич Смирнов
Юрий Павлович Хорунжин
Original Assignee
Государственное Специальное Конструкторское Бюро Теплофизического Приборостроения
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Специальное Конструкторское Бюро Теплофизического Приборостроения filed Critical Государственное Специальное Конструкторское Бюро Теплофизического Приборостроения
Priority to SU762335260A priority Critical patent/SU614371A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU614371A1 publication Critical patent/SU614371A1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Description

Изобретение относитс  к области теплофизического приборостроени  и может быть использовано при измерении теплопроводности металлов, полупроводников и диэлектриков. Известны различные способы измерени  теплопроводности, например спо соб монотонного разогрева ij . О теплопроводности образца в этом случае суд т по времени, которое необходимо дл  изменени  температуры этгшонного тела на определенную величину при известном перепаде температур. При этом энерги  дл  изменени  температуры эталонного тела поступает через исследуемый образец. Ясно, что чем боль ше теплопроводность образца, тем мень ше времени потребуетс  дл  изменени  температуры тела на известную величину и наоборот. Недостаток описанного способа - небольша  точность измерени . Ближайишм техническим решением к предложенному  вл етс  способ измерени  теплопроводности 2 , заключающийс  в измерении подводимой мощности широтно-модулированных импульсов нагр ва при известном перепаде температур на образце. Величину теплопроводности Л определ ют по формуле: где К - коэффициент, учитываквдий размеры образца. Недостаток указанного способа - необходимость измерени  трех величин: тока нагревател , напр жени  нагревател  (дл  определени  мощности теплового потока) и перепада температур. Процессы измерени  и вычислени  сопр жены с ошибками, снижающими точность измерени . Кроме того, дл  реализаций способа .требуетс -много времени, так как стационарное состо ние наступает после длительного подготовительного периода. Цель изобретени  - повышение тучности измерени . Указанна  цель достигаетс  тем, что измер ют д.пительность широтно-модулированных импульсов нагрева, зддерживают включение счетчика времени относительно фронта указанных импульсов на врем , пропорциональное тепловому потоку, прошедшему помимо образца ,, и по измеренной длительности импульсов определ ют теплопроводность. При измерении теплопроводности пре ложенным способом необходимо определ ть только мацность нагревател / так как К. и лТ -посто нные величины дл  данной установки. Из выражени  (1) следует, что в этом случае теплопроводность образца пр мо пропорциональна мощности нагревател  Q при отсутствии теплообмена между нагревателем и окружающей сргдой помимо образца. Дл  соблюдени  этого услови  температура нагревател  должна быть равна температуре окружающей среды. Нагреватель выполн ют из стабильных материалов , и, поддержива  посто нной ампли туду тока нагревател , величину подводимой мощности измер ют по длительности широтно-мс.дулированнызс импульсо нагрева. Практически добитьс  равенст ва темперс1тур нагревател  и окружающей среды с необходимой точностью не удаетс  из-за колебаний температуры окружающей среды, стабилизаци  которой - техническа  проблема. Очевидно, часть мощности нагревател  пройдет мимо образца и измерение будет выпол нено с ошибкой, если не вводить поправку на мощность Q . Из сказанного  сно, что необходимо измер ть не всю длительность широтно-модулированных и пульсов нагрева, а только ту их часть котора  пропорциональна мощности нагревател , прошедшей через образец. Дл  этого необходимо счетчик времени измер ющий длительность импульсов, включить позднее фронта широтно-моду  рованных импульсов нагрева на врем , пропорциональное мощности Q , а выклю чить вместе с окончанием этого импульса . Способ состоит из следующих операций . Исследуемый образец помещают между нагревателем и теплостоком. Создают известный перепад температур на образце , измер ют длительность широтиомодулированных импульсов нагрева, задержива  включение счетчика времени относительно фронта указанных импульсов на врем , пропорциональное тепло вому потоку, прошедшему помимо иссле дуемого образца. По измеренному знач нию длительности определ ют величину теплопроводности. Можно подобрать такие значени  перепала температур и периода следовани  широтно-модулированных импут ьсов , что показание счетчика времени будет соответствовать величине тепло проводности. Это значительно упрощае создание автоматических измерительных систем дл  комплексного определени  теплоФизических характеристик образцов . Известное устройство дл  осуществ ни  способа включает блок импульсног нагревател  с установленными тепломе рами, регул тор температуры и измери тель длительности импульсов. Устройство работает следующим образом . На нагревателе выдел етс  тепловой поток (определ еГ1ый напр жением и током нагревател ), который проходит через исследуемый образец в теплосток, создава  на образце перепад температур дТ. Регул тор охранного нагревател  отрабатывает такое напр жение на охраннЪм нагревателе, при котором датчик нулевого теплового потока, расположенный между нагревател ми, регистрирует нулевой тепловой поток, В этом случае вс  .мощность нагревател , определ ема  значени ми напр жени  и тока, проходит через образец в теплосток, и теплообмен нагревател  с окружак дей средой отсутствует. Очевидно , измерив значени  напр жени  и тока нагревател  и перепад температур , можно по формуле (1) найти величину теплопроводности. Недостатки устройства: сложность конструкции (наличие охранного нагревател  и измерител  перепада температур); длительность измерени ; необходимость- измерени  трех величин ; тока, напр жени , перепада температур; необходимости вычислени  полного результата по формуле (1). В предложенном устройстве в измеритель длительности импульсов включено устройство задержки, управл емое сигналами тепломеров. На фиг. 1 показана структурна  схема предложенного устройства; на фиг. 2 - широтно-модулированные импульсы нагрева. Устройство дл  измерени  теплопроводности (см. фиг. 1) состоит из блока нагревател  1 с установленным на нем тепломером 2, активного теплостока 3 (термобатареи), между которыми помещаетс  образец 4, датчика 5 температуры теплоетока, датчика б температуры нагревател , регул тора 7 температуры, управл емого датчиками 5, б, поддерживающего посто нный перепад температур между нагревателем и теплостоком и обеспечивающим температуру блока нагревател  близкой к температуре окружающей среды; счетчика времени 8, измер ющего длительность Импульсов нагрева, устройства 9 задержки, управл емого сигналами тепломера 2. Спуст  некоторое врем  после установки образца 4 наступает стационарное состо ние, при котором тепловой поток через образец не зависит от времени. Предполагаетс , что изменение температуры окружающей среды за врем  измерени  незначительно. Врем  измерени  составл ет несколько минут. Регул тор 7 температуры, поддержива  посто нный перепад темпера-The invention relates to the field of thermophysical instrumentation and can be used in measuring the thermal conductivity of metals, semiconductors and dielectrics. Various methods of measuring thermal conductivity are known, for example, the method of monotonic heating ij. The thermal conductivity of the sample in this case is judged by the time it takes to change the temperature of the etched body by a certain amount at a known temperature difference. At the same time, the energy for changing the temperature of the reference body flows through the sample under study. It is clear that the greater the thermal conductivity of the sample, the less time it will take to change the body temperature by a known amount and vice versa. The disadvantage of the described method is the low measurement accuracy. The closest technical solution to the proposed method is the measurement of thermal conductivity 2, which consists in measuring the input power of width-modulated heating pulses at a known temperature difference across the sample. The value of thermal conductivity L is determined by the formula: where K is a coefficient, taking into account the sample size. The disadvantage of this method is the need to measure three quantities: the heater current, the heater voltage (to determine the heat flux rate) and the temperature difference. Measurement and calculation processes are fraught with errors that reduce measurement accuracy. In addition, it takes a lot of time to implement the method, since the steady state occurs after a long preparatory period. The purpose of the invention is to increase the obesity of the measurement. This goal is achieved by measuring the pulse width of the modulated heating pulses, keeping the time counter on with respect to the front of said pulses for a time proportional to the heat flux that passed in addition to the sample, and the thermal conductivity is determined from the measured pulse duration. When measuring the thermal conductivity in the proposed way, it is only necessary to determine the heater's maturity / since K. and LT are the constant values for this installation. From expression (1) it follows that in this case, the thermal conductivity of the sample is directly proportional to the power of the heater Q in the absence of heat exchange between the heater and the surrounding environment in addition to the sample. To comply with this condition, the temperature of the heater must be equal to the ambient temperature. The heater is made of stable materials, and, maintaining a constant amplitude of the heater current, the magnitude of the input power is measured by the width of the pulse width of the heated pulse. It is practically impossible to achieve equal temperature between the heater and the environment with the required accuracy because of fluctuations in ambient temperature, stabilization of which is a technical problem. Obviously, a part of the heater power will pass by the sample and the measurement will be performed with an error, unless corrections are made for power Q. From what has been said it is clear that it is necessary to measure not the entire duration of the width-modulated and heating pulses, but only that part of them which is proportional to the power of the heater passing through the sample. To do this, you need a time counter measuring the pulse duration, turn on the late front of the width-modulated heating pulses by a time proportional to the power Q, and turn it off together with the end of this pulse. The method consists of the following operations. The test sample is placed between the heater and heat sink. A known temperature difference is created on the sample, the duration of the width-modulated heating pulses is measured, delaying the activation of the time counter relative to the front of the indicated pulses by a time proportional to the heat flow, which passed in addition to the sample under study. The value of thermal conductivity is determined from the measured duration. It is possible to choose such values of the temperature drop and the period of the pulse-width modulated impulses, that the reading of the time counter will correspond to the value of the thermal conductivity. This greatly simplifies the creation of automatic measuring systems for the complex determination of the thermophysical characteristics of samples. A known device for implementing the method includes a pulse heater unit with installed heat meters, a temperature controller and a pulse duration meter. The device works as follows. The heater produces heat flux (determined by the voltage and current of the heater), which passes through the sample to the heat sink, creating a temperature difference of dT on the sample. The safety heater regulator processes the voltage on the security heater, at which the zero heat flux sensor located between the heaters registers the zero heat flux. In this case, the entire heater power determined by the values of voltage and current passes through the sample heat sink, and heat exchange between the heater and the environment is absent. Obviously, by measuring the values of the voltage and current of the heater and the temperature difference, one can find the value of thermal conductivity by formula (1). Disadvantages of the device: the complexity of the design (the presence of security heater and temperature difference meter); measurement time; the need to measure three quantities; current, voltage, temperature difference; need to calculate the full result by the formula (1). In the proposed device, a delay device controlled by the heat meter signals is included in the pulse width meter. FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device; in fig. 2 - width-modulated heating pulses. A device for measuring thermal conductivity (see Fig. 1) consists of a heater unit 1 with a heat meter 2 installed on it, an active heat sink 3 (thermopile), between which sample 4, a heat current temperature sensor 5, a heater temperature sensor 6, and a temperature controller 7 are placed controlled by sensors 5, b, maintaining a constant temperature difference between the heater and the heat sink and providing the temperature of the heater block close to the ambient temperature; a time counter 8, measuring the duration of the Heating pulses, a delay device 9 controlled by signals from the heat meter 2. Some time after the installation of the sample 4, a steady state occurs at which the heat flux through the sample does not depend on time. It is assumed that the change in ambient temperature during the measurement is insignificant. The measurement time is several minutes. Temperature controller 7, maintaining a constant temperature difference

SU762335260A 1976-03-15 1976-03-15 Method and apparatus for determining heat conductivity SU614371A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU762335260A SU614371A1 (en) 1976-03-15 1976-03-15 Method and apparatus for determining heat conductivity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU762335260A SU614371A1 (en) 1976-03-15 1976-03-15 Method and apparatus for determining heat conductivity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU614371A1 true SU614371A1 (en) 1978-07-05

Family

ID=20652529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU762335260A SU614371A1 (en) 1976-03-15 1976-03-15 Method and apparatus for determining heat conductivity

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU614371A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100485944B1 (en) Thermal flow sensor, method and apparatus for identifying fluid, flow sensor, and method and apparatus for flow measurement
US5056047A (en) Method and device for measuring fluidic or calorimetric parameters
US4501145A (en) Immersion thermal exchange parameter determination
US3621381A (en) Coulometric system having compensation for temperature induced viscosity changes
CN109891234B (en) Thermal conductivity detector for gas mixtures having at least three components
JPS62293126A (en) Method and device for measuring level
SU614371A1 (en) Method and apparatus for determining heat conductivity
KR930023703A (en) Steam flow meter
JPS61105422A (en) Flow rate measuring instrument
GB2069726A (en) Fluid flow control apparatus and method
SU777585A1 (en) Gaseous and liquid media parameter measuring method
JP2964186B2 (en) Thermal flow meter
JPH05107094A (en) Flow detection method of thermal flowmeter
SU556329A1 (en) Heat flow meter
JP2879256B2 (en) Thermal flow meter
SU1645903A1 (en) Method of measuring liquid and gas flow parameters
SU815657A1 (en) Direct-reading calorimetric power meter
JPS57120816A (en) Heat ray pulse flowmeter
JPH0219738Y2 (en)
SU1040352A1 (en) Device for measuring thermoelectric converter thermal lag index
SU974148A1 (en) Device for measuring thermoconverter thermal lag
JP2771949B2 (en) Thermal flow sensor
JPH03195924A (en) Method and apparatus for measuring flow rate of liquid
SU545869A1 (en) Heat flow meter
SU1150484A1 (en) Thermal flowmeter