SU741126A1

SU741126A1 - Способ экспрессного измерени теплофизических свойств материалов и устройство дл его осуществлени

Info

Publication number: SU741126A1
Application number: SU782683784A
Authority: SU
Inventors: Евгений Степанович Платунов; Виталий Васильевич Курепин; Владимир Макарьевич Козин; Юрий Викторович Левочкин; Владимир Григорьевич Карпов
Original assignee: Ленинградский технологический институт холодильной промышленности
Priority date: 1978-11-10
Filing date: 1978-11-10
Publication date: 1980-06-15

Description

Изобретение относится к способам и технике измерения теплофизических свойств веществ и может быть использовано в теплофизическом приборостроении.

Известные способы комплексного измерения теплофизических характеристик разработаны в основном для динамических режимов. Так, комплексное измерение температуропроводности, теплопроводности, теплоемкости £1^ проводится в монотонном режиме. Абсолютные и относительные стационарные способы измерения теплопроводности, адиабатические, импульсные способы измерения теплоемкости, способы, основанные на регулярном тепловом ₍режиме, позволяют за один опыт измерить только одну' теппофиэическую характеристику.

Ближайшим техническим решением к предложенному является способ из мере— . ния теплопроводности [21 , заключающийся в том, что плоский образец и контактирующий с ним тепломер помешают между двумя массивными теплопроводящими блоками, причем один из них, например, верхний, предварительно перегрет на несколько градусов. Через некоторое время через образец начинает протекать практически постоянный тепловой поток. Измерив перепады температур в образце Т)_о.и тепломере 'Όγ , теплопроводность рассчитывают по формуле:

(1) где ^λ_ S Λ,'

Ку- тепловая проводимость тепломера (Вт/К),

S - толщина и площадь образца (мм²).

Тепловая проводимость тепломера оп ределяется в градуировочных опытах на стандартных образцах.

Описанный способ измерений прост в реализации, производителен и точен, но этим способом можно измерять только теплопроводность. Время измерения·

2-3 мин, большая часть его занимает период ввода в квазистационарный режим.

Целью изобретения является обеспечение измерения в одном опыте теплопроводности и теплоемкости.

Поставленная цель достигается тем, что в начале опыта образец принимает темпе- ₅ратуру нижнего, более холодного, блока и после контакта с верхним блоком во время выхода в кваэистационарный режим измеряется количество тепла, поглощенного образцом, путем регистрации входящего и 10 выходящего переменных тепловых потоков.

Схема устройства для осуществления предлагаемого способа представлена на фиг.1.

Образец 1 перед началом опыта помещают на тепломер 2 нижнего блока 3. 15 . После выравнивания температуры образца и нижнего блока, что определяют по отсутствию сигнала тепломера 2, на обра- , зец устанавливают предварительно перегретый на 5-10К верхний блок 4 с тепло- 20 мером 5. Теплоемкость и чувствительность (термоэдс на единицу удельного теплового потока) тепломера верхнего блока равны теплоемкости и чувствительности тепломера нижнего блока. 25

На фиг. 2 изображены графики входящего Q_B в образец со стороны горячего блока и выходящего 0 ц тепловых потоков. Теплоемкость образца определяется по интегральной разности этих потоков и пере- зо паду температур на образце и тепломере нижнего блока в квазистадионарной стадии:

СТ ш(2) где С-у-£, С_тн - теплоемкость верхнего и нижнего тепломеров (Дж/К),40

t) , Ъ_тн - скорости охлаждения ^ТВ верхнего и разогрева нижнего тепломеров (К/с).

Выполнение условия равенства тепло- 45 ёмкости и чувствительности тепломеров, а также использование соотношений где ί) -Л)_о , _ть , - перепады температур на об- 50

Е-Е Е Е *- ^О’^иТВ7 '-ТН разце и тепломерах (К),

- сигналы термобатарей (мкВ):

- чувствительность термопар

К мкВ приводит к упрощению расчетной формулы (2): τ _с._ S , (31 где К - коэффициент, учитывающий количество спаев термобатарей.

Измерение интегральной разности сигналов верхнего и нижнего тепломеров заканчивается в момент равенства их сигналов, что соответствует выходу устройства в квазистадионарный режим, в котором измеряются сигналы термобатарей, характеризующие перепад температур на образце и нижнем тепломере. Расчет, теплопроводности и теплоемкости проводится по формулам (1), (3).

Независимое изменение теплопроводности и теплоемкости позволяет по известному соотношению рассчитывать температуропроводность образца:

xhs ® ~ См'

Изобретение дает возможность, практически не увеличивая времени измерения, получать более полную информацию о теппофизических свойствах, исследуемого вещества.

Claims

Изобретение относитс к способам и технике измерени теплофизических свойств веществ и может быть использовано в теплофизическом приборостроении. Известные способы комплексного измерени теплофизических характеристик разработаны в основном дл динамических режимов. Так, комплексное измерение темпераггуропроводности, теплопроводност теплоемкости 1 проводитс в монотонном режиме. Абсолютные и относительные стационарные способы измерени теплопр водности, адиабатические, импульсные способы измерени теплоемкости, способы , основанные на регул рном тепловом режиме, позвол ют за один опыт измерит только одну теп офизическую характеристику . Ближайшим техническим решением к предложенному вл етс способ измере НИИ теп опроводности 23 , ааключаощи с в том, что плоский образец и ковтактиру1стаий с ним тепломер помешают между двум массивными теплопровод щими блоками, причем один из них, например, верхний, предварительно перегрет на несколько градусов Через некоторое врем через образец начинает протекать практически посто нный тепловой поток. Измерив перепады температур в образце Л)о.и тепломере - теплопроводность рассчитывают по формуле: Х- bJL . А - сV S о где j- теплова проводимость тепломера (Вт/К), S - толщина и площадь образца ( мм). Теплова проводимость тепломера определ етс в гргщуировочных опытах на стандартньтх образцах. Описанный способ измерений прост в реализации, производителен и точен, но этим способом можно измер ть только теппопроводнооть. Врем измерени 2-3 жн, больша часть его занимает период ввода в квазистационарный режим . 3 .74 Целью изобретени вл етс обеспечение измерени в одном опыте теппопро- водности и теплоемкости. Поставленна цель достигаетс тем, что в начале опыта образец принимает температуру нижнего, более холодного, блока и после контакта с верхним блоком во врем выхода в квааистационарный режим измер етс количество тепла, поглощенного образцом , путем регистрации вход щего и выход щего переменных тепловых потоков. Схема устройства дл осуществлени предлагаемого способа представлена на фиг.1 Образец 1 перед началом опыта помещают на тепломер 2 нижнего блока 3. . После выравнивани температуры образца и нижнего блока, что определ ют по отсутствию сигнала тепломера 2, на обра- , зец устанавливают предварительно перегретый на верхний блок 4 с тепломером 5. Теплоемкость и чувствительност ( термоэдс на единицу удельного теплового потока) тепломера верзашго блока равны теплоемкости и чувствительнос и тепломера нижнего блока. На фиг. 2 изображены графики вход щего QQ в образец со стороны гор чего блока и выход щего Оц тепловых потоков Теплоемкость образца определ етс по интегральной разности этих потоков и перепаду температур на образце )з и тепломере ОтН нижнего блока в квазистационарной стадии: С-Г )(Ст1уЬта ЧнЬтн в-с () где С, С теплоемкость верхнего и нижнего тепломеров (Дж/К), Чв- тн - скорости охлаждени верхнего и разогрева нижнего тепломеров (К/с). Выполнение услови равенства тепло- 45 ёмкости и чувствительности тепломеров, а также использование соотношений В- ТВ ТвЯн-Чн Н -i) ---ЕК. , )о.-0ть , J - перепады темТпператур на об- 50 разце и тепломерах (К), t--Eo,E - сигналы TepMCkбаггарей (мкВ): - чувствитель-. 55 ность термопар К - ) ; 40 6 приводит к упрощению расчетной формулы ): МА тв:Ь:« ()(з; где К - коэффициент, учитывающий количество спаев термобатарей. Измерение интегральной разности сигналов верхнего и нижнего тепломеров заканчиваетс в момент равенства их сит налов, что соответствует выходу устройства в квазистационарный режим, в котором измер ютс сигналы термобатарей, характеризующие перепад температур на образце и нижнем тепломере. Расчет, теплопроводности и теплоемкости проводитс по формулам (1), (3). Независимое изменение теплопроводности и теплоемкости позвол ет по известному соотношению рассчитывать температуропроводность образца: Изобретение дает возможность, практически не увеличива времени измерени , получать более полную информацию о теплофизических свойствах исследуемого вещества . Формула изобретени 1. Способ экспрессного измерени теплофизичёских свойств материалов на плоском образце, расположенном вместе с контактирующим с ним тепломером между двум массивными холодным и гор чим тегепопроБоо щими блоками, включающий измерение теплопроводности в квазистационарном режиме, отличающийс тем, что, с целью ускорени эксперимента при комплексности измерений, выравнивают температуру холодного блока и образца , после чего последний привод т в контакт с гор чим блоком, а затем определ ют теплоемкость образца путем регистрации вход щего и выходтцего переменных тепловых потоков за врем выхода на квазистационарный режим.
2. УстЕОйство дл осуществлени спсь соба по п. 1, содержащее массивные тепгюпровод щие блоки с образцом между ними , тепломер, расположенный в холодном блоке, и термобатарей, отличающ е е с тем, что в гор чем блоке расположен тепломер, одинаковый по чувствительности и теплоемкости с ниж