SU864082A1

SU864082A1 - Method of checking thermal contact resistance

Info

Publication number: SU864082A1
Application number: SU792858896A
Authority: SU
Inventors: Юрий Викторович Ворона; Юрий Михайлович Ротнер
Original assignee: Одесский Ордена Трудового Красного Знамени Государственный Университет Им.И.И.Мечникова
Priority date: 1979-12-20
Filing date: 1979-12-20
Publication date: 1981-09-15

Description

(54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО КОНТАКТНОГО(54) METHOD FOR THERMAL CONTACT CONTROL

СОПРОТИВЛЕНИЯRESISTANCE

Изобретение относитс к теплоI физике и может быть использовано дл контрол термического контактного сопротивлени при теплофизических измерени х.The invention relates to heat physics and can be used to control thermal contact resistance during thermophysical measurements.

В известных способах исследовани теплофизических свойств нёпосредст венный контроль термического контактного сопротивлени не производ т Дл оценки термического контактного сопротивлени в контактных методах исследовани теплофизических свойств используютс данные, известные из литературы l.In the known methods for studying thermophysical properties, direct control of thermal contact resistance is not performed. For the evaluation of thermal contact resistance in contact methods for studying thermophysical properties, data known from the literature l are used.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс способ определени величины термического сопротивлени контакта двух теп, участвующих в теплообмене, путем линейной графической экстрапол ции распределени температур в каждом из тел и определением величи-i ны скачка температуры в области контакта. JDiH учета погрешности, св занной с усилием прижима датчика температуры к образцу, операцию повтор ют при различных усили х прижима и делают вывод о зависимости величины скачка температуры термическогоThe closest in technical essence to the present invention is a method for determining the magnitude of the thermal resistance of a contact of two tep participating in heat exchange by linearly graphically extrapolating the temperature distribution in each of the bodies and determining the magnitude of the temperature jump in the contact area. JDiH taking into account the error associated with the clamping force of the temperature sensor to the sample, the operation is repeated at various pressing forces and a conclusion is made regarding the dependence of the magnitude of the temperature jump of the thermal

контактного сопротивлени ) от давлени в области контакта 2 .contact resistance) of the pressure in the contact area 2.

Однако сложность и длительность операции по экстрапол ции распределени температур существенно ограни-, чивает возможности применени данного способа, так как при исследовании образцов малых размеров способ неприемлем .However, the complexity and duration of the extrapolation operation of temperature distribution significantly limits the applicability of this method, since it is unacceptable when examining small-sized samples.

10ten

Цель изобретени - упрощение и снижение длительности измерений за счет непосредственного измерени контактного сопротивлени в процессе исследовани теплофизических свойств.The purpose of the invention is to simplify and shorten the measurement time by directly measuring the contact resistance in the process of studying the thermophysical properties.

1515

Указаннс1 цель достигаетс тем, что согласно способу, заключающемус в прижиме датчика температуры к одной стороне плоского образца, нагреве противоположной стороны и оценки This goal is achieved by the fact that, according to the method comprising clamping the temperature sensor to one side of the flat sample, heating the opposite side and estimating

20 термического сопротивлени по сигналу датчика, нагрев производ т импульсами тепловой мощности, причем врем р&спространени тепловой волны в образцах должно более, чем в дес ть 20 of the thermal resistance of the sensor signal, heated by pulses of thermal power, and the time p & heat wave propagation in the samples should be more than ten

25 раз превышать длительность импульса, и оценивают величину термического сопротивлени контакта по изменению температуры во времени.25 times the pulse width, and estimate the amount of thermal resistance of the contact by the temperature change over time.

Кроме того, усилие прижима выбираетс таким, чтобы врем нарастани In addition, the pressing force is chosen so that the rise time

30thirty

емпературы не зависело от величины сили прижима, а деформации образа и датчика были упругими.The temperature did not depend on the size of the clamping force, and the deformations of the image and the sensor were elastic.

Основу предлагаемого способа контол контактного термического сопроивлени составл ет решение уравнени еплопроводности дл неограниченной ластины и определение температуры дной ее стороны, котора ндгреваетс под действием теплового возмущени , вызванного импульсом радиационной энергии, поглощенным противо-положной ее стороной, The basis of the proposed method of controlling contact thermal resistivity is to solve the heat conduction equation for an unlimited base and determine the temperature of its bottom side, which is heated under the action of thermal perturbation caused by a pulse of radiation energy absorbed by its opposite side,

Контроль термического контактного сопротивлени производ т следук цим образом.The control of thermal contact resistance is carried out in the following way.

Датчик температуры ввод т в контакт со стороной образца, противоположной нагреваемой. Начальное усилие прижима датчика к образцу не пр вьшшет 0,1 усили , соответствующего пределу упругости исследуемо-, го материала.The temperature sensor is brought into contact with the side of the sample opposite to the heated side. The initial force of pressing the sensor to the sample does not exceed 0.1 force corresponding to the elastic limit of the material under study.

Подают кратковременный импульс тепла на поверхность образца с помощью излучени (лампа-вспышка), (лазер). Длительность импульса не должна превышать 0,1 времени распространени тепловой волны в образ це, Измен ющийс во времени сигнал датчика, соответствующий изменению температуры образца на стороне, противоположной нагреваемой, регистрируют осциллографически.A short pulse of heat is applied to the surface of the sample using radiation (flash lamp), (laser). The pulse duration should not exceed 0.1 of the time of propagation of the heat wave in the sample. The time-varying sensor signal corresponding to the change in the temperature of the sample on the side opposite to the heated one is recorded oscillographically.

На чертеже показан характер изменени температуры во времени (осциллограмма ) ,The drawing shows the nature of temperature change over time (waveform),

Полученное на основании анализа кривой 1 значение коэффициента температуропроводности соответствует эффективной температуропроводности системы образец-область контакта. После достижени теплового равновеси образца с окружающей средой увеличивают усилие прижима датчика на величину кратную начальному усилию и вновь нагревают образец импульсом тепла. Эффективна температуропроводность , определ ема на основании повторного нагрева (крива 2), превышает исходную на величину, соответствующую снижению термического контактного сопротивлени за счет увеличени усили прижима датчика.The value of the coefficient of thermal diffusivity obtained on the basis of the analysis of curve 1 corresponds to the effective thermal diffusivity of the sample-to-contact system. After the thermal equilibrium of the sample with the environment is reached, the pressure of the sensor is increased by a multiple of the initial force and the sample is again heated with a pulse of heat. The effective thermal diffusivity, determined on the basis of reheating (curve 2), exceeds the initial one by an amount corresponding to a decrease in thermal contact resistance due to an increase in the clamping force of the sensor.

Увеличение усили прижима производ т до тех пор, пока наблюдаетс различие в эффективных температурою, проводност х, полученных с помощью 1-ого и (1-1) нагрева.An increase in the pressing force is produced as long as there is a difference in the effective temperature, conductance, obtained using the 1st and (1-1) heating.

Последн полученна крива п соответствует минимально возможному контактному термическому сопротивлению системы датчик - образец.The last obtained curve n corresponds to the minimum possible contact thermal resistance of the sensor-sample system.

Пример., Дл определени температуропроводности никел изготовл ют образец -ф 8 мм и толщиной о 1 мм. Датчик из монокристалла полупроводникового алмаза в виде куба с размером ребра 200 мкм прижимаютExample. To determine the thermal diffusivity of nickel, a sample of -8 mm and thickness of about 1 mm is fabricated. A semiconductor diamond monocrystal sensor in the form of a cube with a 200 μm rib size is pressed

к неосвещаемой стороне образца с нарастающим усилием. Регистрацию нарастани сигнала датчика произво- . д т с помощью осциллографа С8-13. При увеличении прижимающего усили 5 более 3,3 Н изменение временной характеристики нарастани температуры стает меньше разрешающей способности прибора. Дл расчета температуропроводности используют формулуto the unlighted side of the sample with increasing force. Registration of the sensor signal build-up d t with a C8-13 oscilloscope. As the pressing force 5 increases by more than 3.3 N, the change in the temporal characteristic of the temperature rise becomes less than the resolution of the instrument. To calculate the thermal diffusivity, the formula

,-,4тс Ц/г где а - температуропроводность, , -, 4ts C / g where a is the thermal diffusivity,

сГ - толщина пластины, t-.j- врем , при котором темпера5 тура достигает величины,равной половине максимальной температу л.сГ is the plate thickness, t-.j is the time at which the temperature reaches half the maximum temperature l.

Обработка кривой нарастани температуры дл средней температуры образQ ца дает значение ,41 мс.Processing the temperature rise curve for an average sample Q temperature gives a value of 41 ms.

И 1п- отсюда а 1,37 -ШИ.----.,65And 1n- from here a 1.37 - shi .----., 65

it -sTH. 10-it-sTH. ten-

. сПолученный результат хорошо согласуетс со справочными данными. Снижение длительности измерений термического контактного сопротивлени и получение надежного теплового контакта образца и датчика представл ет. The result obtained is in good agreement with the reference data. Reducing the duration of the thermal contact resistance measurements and obtaining reliable thermal contact between the sample and the sensor is

собой сложную технически и методически задачу. Другой сложной задачей вл етс оценка контактного сопротивлени в услови х быстропеременного процесса, например при нагреве тепловым импульсом. Решение этой задачи возможно при прижиме датчика к образцу с усили ми, вызывающими деформацию образца и датчика в области контакта.Поэтому выбор материала датчика определ етс прочностными характеристиками .Алмаз вл етс наиболее перспективным материалом дл изготовлени датчиков многократного использовани с очень малой инерционностью (теплопроводность алмаза превышает теплопроводностьis a difficult technical and methodical task. Another challenge is to estimate the contact resistance under conditions of a rapidly varying process, for example, when heated by a thermal pulse. This task is possible when the sensor is pressed to the sample with the forces causing deformation of the sample and the sensor in the contact area. Therefore, the choice of the sensor material is determined by the strength characteristics. Diamond is the most promising material for manufacturing reusable sensors with very low inertia (diamond thermal conductivity exceeds thermal conductivity

хромел и алюмел , широко примен емых дл измерений более чем в 20 раз) .chromel and alumel, widely used for measurements more than 20 times).

Известный способ основан на стационарном тепловом режиме, длительность которого может составл ть от нескольких минут до нескольких часов , в зависимости от размеров образца и его теплофизических свойств. Импульсный же метод (предлагаемый) позвол ет проводить измерени за врем , не превышающее 0,5 с.The known method is based on a stationary thermal regime, the duration of which can be from several minutes to several hours, depending on the size of the sample and its thermophysical properties. The pulsed method (proposed) allows measurements to be carried out in a time not exceeding 0.5 s.

Claims

1. A method of monitoring thermal contact resistance, comprising clamping a temperature sensor to one side of a flat sample.

heating the opposite side and estimating thermal resistance by a sensor signal, characterized in that, in order to simplify and reduce the measurement time, the heating is produced by pulses of thermal power, which is ten times shorter than the propagation time of the heat wave in the sample, and the temperature change is measured in time for which. estimate the thermal resistance of the contact.

2. Method POP.1, characterized in that the pressing force is chosen such that the rise time of the temperature does not depend on the value of the pressing force, and the deformations of the sample and the sensor are elastic.

Sources of information taken into account in the examination

1, Shlykov Yu.G ,, Ganin E.A. Contact heat transfer, M.-L., Gosenergoizdat, 1963, p.21.

2. The same, p.24 (prototype).