Спосіб визначення коефіцієнта теплопровідності матеріалу

Реферат: UA 85792 U UA 85792 U 5 Корисна модель належить до галузі теплофізичних вимірювань і може бути використана для визначення теплопровідності матеріалів. Відомий спосіб визначення коефіцієнта температуропровідності матеріалів (SU, № 258665 А1, кл. G01K17/02, опубл. 03.07.1969 p.), що полягає в тому, що на поверхню досліджуваного матеріалу подають тепловий імпульс, вимірюють температуру і визначають коефіцієнт температуропровідності за залежністю: a де 2 x 2  x1 2 4 ln  , x1, x 2 - координати точок розміщення термопар;  - відношення надлишкових температур в момент часу  . 10 Визначений даним способом коефіцієнт температуропровідності використовують для визначення коефіцієнта теплопровідності за відомою залежністю: теплопровідності, Вт/(м•К); 20 , де  - коефіцієнт p - коефіцієнт температуропровідності;  - щільність матеріалу; - теплоємність матеріалу. Недоліком цього способу є невисока точність вимірювання температури через похибки, що виникають при фіксації моментів часу подачі теплового імпульсу. Найбільш близьким аналогом пропонованої корисної моделі є спосіб неруйнівного контролю теплофізичних характеристик матеріалів, зокрема коефіцієнта теплопровідності (RU, 2149387 С1, кл. G01N 25/18, опубл. 20.05.2000 p.), що полягає в тому, що на теплоізольовану поверхню досліджуваного зразка встановлюють точкове джерело тепла для подачі теплового імпульсу та C a 15   a    Cp два термодатчики (термопари) для вимірювання температури T1 і T2 , які розташовують відповідно на відстані R і R від джерела, де  - заданий коефіцієнт   1 , а коефіцієнт теплопровідності визначають за формулою:  25 Q  RIn0  1 2  Ф2 i  n i 1 , де Q - енергія, що виділяється точковим джерелом тепла; R - задана відстань; In0 T - інтегральне значення температури 1 в момент часу n - число здійснюваних теплових впливів; F - частота проходження теплових імпульсів; 30 35 40 45 n0 ;   Ф 2 i - інтеграл ймовірності. Недоліком цього способу є невисока точність визначення коефіцієнта теплопровідності, оскільки вимірювання температури проводять всього в двох точках зразка і це призводить до того, що отримане значення неповне і недостатньо відповідає дійсній теплопровідності матеріалу через неточності реєстрації показників термодатчиків. Подальше визначення коефіцієнта теплопровідності досліджуваного матеріалу за наведеною формулою також включає похибку. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу визначення коефіцієнта теплопровідності матеріалу, в якому за рахунок певних технологічних особливостей забезпечується більш повне і достовірне вимірювання теплофізичних параметрів досліджуваного зразка, що призводить до підвищення точності визначення коефіцієнта теплопровідності. Поставлену задачу вирішують тим, що в способі визначення коефіцієнта теплопровідності матеріалу, що включає подачу теплового імпульсу на поверхню досліджуваного зразка, вимірювання температури в двох основних точках зразка та визначення коефіцієнта теплопровідності, згідно з корисною моделлю, температуру зразка вимірюють у додатковій точці, розташованій між основними, визначають похідні від температури по часу в основних точках: t'    , де  - швидкість нагріву зразка, а коефіцієнт теплопровідності визначають за наступною залежністю: t '0   b 2 1  3n  32 n   t' b n  1 2 2 b b3 b3 n n 1 t b  t 0 n  1  t b / n n   Cp , 1 UA 85792 U де t 0 , t b / n , t b - температура досліджуваного зразка в точках з координатами 0-b/n-b (в основних і додатковій), °C; t '0 , t 'b 5 - похідні від температури в основних точках; b - товщина досліджуваного зразка, мм; n - число, що характеризує місце установки термопари у додатковій точці;  - щільність досліджуваного зразка, кг/м 3; Cp 10 15 20 - теплоємність досліджуваного зразка, Дж/К. Суть способу пояснюється кресленням, на якому представлена схема здійснення пропонованого способу. На кресленні показані: 1 - досліджуваний зразок у вигляді пластини; 2 - основні точки на поверхні зразка з координатами 0-n; 3 - додаткова точка на поверхні зразка з координатами b/n; b - товщина пластини. Визначення коефіцієнта теплопровідності здійснюють наступним чином. У досліджуваний зразок у вигляді пластини 1 товщиною, рівною b, встановлюють три термопари з заданими координатами відносно поверхні. З координатами 0-b встановлюють основні точки 2, з координатою b/n встановлюють додаткову точку 3, де n - число, що характеризує точність установки термопари в точці b/n (з точки зору точності подальших обчислень бажано приймати n=2). На пластину від нагрівального елемента подають тепловий потік заданої потужності. При сталому стаціонарному режимі нагріву вимірюють поточне значення температур у трьох точках 0-b/n-b, визначають похідні від температур (похідна температури за часом є швидкість нагріву зразка) у точках 0, b. Визначають коефіцієнт теплопровідності за залежністю, використовуючи виміряні параметри: t '0  25   t' b n  1 2 2 b b3 b3 n n 1 t b  t 0 n  1  t b / n n   Cp , t0, t b / n , t b де - температура досліджуваного зразка в точках з координатами 0-b/n-b (в основних і додатковій), °C; t '0 , t 'b 30  b 2 1  3n  32 n - похідні від температури в основних точках; b - товщина досліджуваного зразка, мм; n - число, що характеризує місце установки термопари у додатковій точці;  - щільність досліджуваного зразка, кг/м 3; Cp 35 40 - теплоємність досліджуваного зразка, Дж/К. При визначенні коефіцієнта теплопровідності пропонованим способом похибка вимірювання складає 0,001 % порівняно зі способом-найближчим аналогом, яка складає 0,1 %. Крім того, в запропонованому способі при підведенні теплового потоку на зразок немає необхідності в спеціальних теплотехнічних стендах та час підведення теплового потоку не обмежується, а показники знімають у всьому діапазоні вимірювання температури, при цьому спрощується процес визначення коефіцієнта теплопровідності, розширюється діапазон проведення досліджень. Підвищення точності вимірювання коефіцієнта теплопровідності зразка дозволяє підвищити рівень контролю ряду технологічних процесів і, в кінцевому підсумку, якість продукції, що випускається. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 Спосіб визначення коефіцієнта теплопровідності матеріалу, що включає подачу теплового імпульсу на поверхню досліджуваного зразка, вимірювання температури в двох основних точках зразка та визначення коефіцієнта теплопровідності, який відрізняється тим, що температуру зразка вимірюють у додатковій точці, розташованій між основними, визначають похідні від температури по часу в основних точках: t'    , де  - швидкість нагріву зразка, а коефіцієнт теплопровідності визначають за наступною залежністю: 2 UA 85792 U t '0  b2 1  3n  32 n   t' b n  1 2 2 b b3 b3 n n   Cp , 1 t b  t 0 n  1  t b / n n де t 0 , t b / n , t b - температура досліджуваного зразка в точках з координатами 0-b/n-b (в основних і  5 додатковій), °C; t '0 , t 'b - похідні від температури в основних точках; b - товщина досліджуваного зразка, мм; n - число, що характеризує місце установки термопари у додатковій точці; 3  - щільність досліджуваного зразка, кг/м ; C p - теплоємність досліджуваного зразка, Дж/К. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3