SU989419A1 - Устройство дл измерени теплопроводности твердых материалов - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к тегглофизнческому приборостроению и может быть использовано дл  определени  коэффициента теплопроводности твердых материалов.

Известны устройства, реализующие способ определени  теплопроводности путем создани  параллельных тепловых потоков в исследуемом и эталонном образцах с помощью регулируемых нагревателей , поддержива  равные перепады температур в образцах путем регулировани  мсшиости нагревателей. После установлени  стационарного процесса по замеренным мощност м нагревателей и известному перепаду температур определ ют коэффициент теплопроводности р.

Яепостаткс л таких устройств  вл етс  необходимость готовить образцы из исследуемого материала одинаковых размеров с эталоном. -В устройстве должен быть крсме нагревателей холодильник , что усложн ет устройство. Дл  иэмереи л коэффициентов теплопроводности нужно определ ть перепад температур в образце. Все это затрудн ет определение теплопроводности в полевых услови х.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  теплопроводности твердых образцов,

с содержащее эталон, нагреватели образ ;а и эталона, теплоприемник, тепломеры . Работа устройства основана на следующем свойстве. Если на концах эталона и образца, имеющих одинаковую

IQ высоту, действует одна и та же-разность температур, то плотность установившихс  тепловых потоков через этсшон и образец пропорционгшьна их коэффициентам теплопроводности ГЗ. i

Недостатком известного устройства  вл етс  необходимость готовить образ1фы материалов дл  измерений, причем размеры образцов должны совпадать с размерами эталона. Это приво20 дит к значительным затратам времени на подготовительные работы. Кроме того, теплофизические свойства грун-; тов при отборе образцов измен ютс . Также необходимо иметь криостат дл 

юдцержани  отрицательной температуры лри определении теплопроводности черзлых грунтов. Поэтому устройство нельз  использовать дл  определени  геплопроводности в полевых услови30  х.

Цель изобретени  - увеличение точности измерени  в полевых услови х и упрощение конструкции.

Поставленна  цель достигаетс  тем что устройство, содержащее нагреватель образца, измеритель электрической мощности и эталон, на котором размещены нагреватель и тепломер, включает эталон, выполненный в виде полусферы диаметром D, на плоской стороне которой коаксиально разметены нагреватель эталона, тепломер и нагреватель образца, имеющие форму, дисков диаметром d, причем выполн етс  соотношение 0/d 5-10.

На чертеже схематически изображен предлагаемое устройство.

Устройство состоит из плоских нагревател  эталона 1, нагревател  образца 2 и расположенного между ним тепломера 3. Нагреватели подключены к источнику посто нного тока 4. Мощность нагревателей регулируетс  с помощью реостатов 5 и амперметрор б. Дл  установки равенства температур нагревателей используетс  нуль-прибо ( 1 гальванометр 7. Дл  того, чтобы избежать тепловых потерь по боковой поверхности тепломера примен етс  теплоизол ци  8. Нагреватели 1 и 2, тепломер 3 имеют форму дисков диаметром d, эталон 10 имеет форму сферы диаметром О. Прибор устанавливаетс  на образец 9,

Теплопроводность материалов с по .мощью устройства определ етс  следуюадим образом.

Устройство, состо щее из нагревателей 1 и 2 и тепломера нулевых сигн алоБ 3, устанавливаетс  на плоскую поверхность исследуемого материала 9, который должен моделировать полубесконечное тело. Дл  этого его размеры выбираютс  такими, чтобы кратчайшее рассто ние от нагревател  до поверхности , ограничивающей исследуеМ1лй материал, превышало п тикратный собственный размер d нагревател  в плоскости контакта с исследуемым материалом . Сверху на него ставитс  эталон 10. Эталонный образец, также как и исследуе1 ый материал выбираетс такого размера и такой формы, чтобы его можно было счита гь полуогранученНЕЛм телом. Оптимальным  вл етс  эталон , имеющий полусферическую форму диаметром D, причем D/d лежит в пределах 5-10. После выравнивани  температур нагревателей, о чем покажетнуль-прибор 7, на нагреватель 2, расположенный у эталона 10, подаетс  посто нна  мощность. Затем включает с  нагреватель 1, расположенный у исследуемого материала 9. Измен   мощность нагревател  1 с помощью нуль-прибора 7, устанавливают равные температуры на нагревател х. После

установлени  стационарного процесса теплопередачи замер ют мощности нагревателей или величины сил тока, а затем по этим данным определ ют теппопроводность материала по формулам, вывод которых приведен ниже.

Тепловой поток в полуограниченное тело от плоского нагревател  при устновившемс  режиме определ етс  из из вестногО выражени 

, q - (Т - , ).

где q - тепловой поток, ккал/ч;

- коэффициент теплопроводности материала, ккал/м«ч К Тц - температура нагревател . К} Т - температура тела в бесконечно удаленной точке. К} R - характерный размер нагревател , завис щий от его гв.-. ометрии (дл  круглого нагревател  - радиус, дл  квадратного - сторона квадрата), м Если разместить устройство между двум  полуограниченными телами, одно из которых  вл етс  эталоном (т.е. с известным коэффициентом теплопроводности ), и включить оба нагревател  на мощности, соответствующие нулевому сигналу нуль-прибора, то тепловые потоки, идущие в исследуемый материа и эталон определ ютс  соответственно из выражений

«1Рд (Тц- t,). ;

q - «R ср).

где q ,q - тепловые потоки, идущие в исследуемый материал и

эталон

коэффициент теплопроводности исследуемого материала и эталона. Поделив первое уравнение на второе, получаем

х,.з..л,. (1)

Величины тепловых потоков д и д определ ютс  из следующих выражений

I - г(Т);

.2)

- Ч- э(Ч

где 1 Ig - токи в цеп х нагревателей , А;

)Ст)Кд(т)- электрические сопротивлени . Ом.

Причем, поскольку нагреватели идентичны и температу1%1 их в момент измерени  одинаковые, то

ГУ(Т) г(Т).

(3)

Подставл   соотношени  (2) и (1) ,и выполн   сокращение, возможное в

(3), получаем силу равенства ную формулу

JL

vifэПрименейие такого устройства дл  определени , теплопроводности материалов методом с равненй  приводит к увеличению точности, замеров. Предшагаема  конструкци  устройства позвол ет проводить измерени  в полевсш уелоВИЯХ с использованием простых измерительных прибс ов без отбора образцов.

Claims (2)

1.Авторское свидетельство СССР 359582, кл. G 01 N 25/18, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР 542945, кл.С 01 N 25/18, 1973 (прототип).