[go: up one dir, main page]

SU1143187A1 - Device for measuring thermal conductivity of solid materials - Google Patents

Device for measuring thermal conductivity of solid materials Download PDF

Info

Publication number
SU1143187A1
SU1143187A1 SU833584534A SU3584534A SU1143187A1 SU 1143187 A1 SU1143187 A1 SU 1143187A1 SU 833584534 A SU833584534 A SU 833584534A SU 3584534 A SU3584534 A SU 3584534A SU 1143187 A1 SU1143187 A1 SU 1143187A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
sample
heating element
protective cap
measuring
heat shield
Prior art date
Application number
SU833584534A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
П.Н. Инглизян
Я.М. Шевченко
Т.Б. Шмакова
Original Assignee
Предприятие П/Я А-7797
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 Предприятие П/Я А-7797 filed Critical Предприятие П/Я А-7797
Priority to SU833584534A priority Critical patent/SU1143187A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1143187A1 publication Critical patent/SU1143187A1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее опорный фланец с установленным на нем соосно тепловым экраном , на котором расположен защитный колпак с вмонтированным в него нагревателем , установленный по оси устройства нагревательнъй элемент, у нижнего торца которого во врем  измерений расположен с тепловым контактом образец, теплоизол ционную засыпку , заполн ющую пространство между нагревательным элементом с образцом и тепловым экраном с защитным колпаком , и расположенные в ней измерительные провода, каждый из которых образует кольцевой виток в плоскости, перпендикул рной оси устройства и проход щей через точку креплени  провода с нагревательным элементом или образцом, отличающеес  тем, что, с целью уменьшени  погрешности измерений, измерительные провода закреплены на внутренней поверх- С; .ности защитного колпака и теплового экрана. iW 4 СХ, ... SA DEVICE FOR MEASURING THE HEAT CONDUCTIVITY OF SOLID MATERIALS containing a support flange with a heat shield coaxially mounted on it, on which is a protective cap with a heater built into it, a heating element installed along the axis of the device; backfill filling the space between the heating element with the sample and the heat shield with a protective cap, and the measuring wires located in it Yes, each of which forms an annular coil in a plane perpendicular to the axis of the device and passing through the attachment point of the wire with a heating element or sample, characterized in that, in order to reduce measurement errors, the measuring wires are fixed on the inner surface; protective cap and heat shield. iW 4 СХ, ... S

Description

1 Изобретение относитс  к области измерени  физических свойств веществ и может быть использовано дл  измерени  теплопроводности твердых материалов и изделий. Известен прибор С J измерени  теплопроводности полупроводниковых материалов и изделий методом стационарного теплового потока с тепловым экранами, состо щий из опорного флан ца, нагревательного элемента, создающего тепловой поток через испытуемы образец, защитного колпака, теплово экрана, теплоизол ционной эасьшки и отход щих от испытуемого образца и нагревательного элемента измерительн электроизолированных проводов, расположенных в пространстве между испы туемым образцом и тепловым экраном вблизи испытуемого образца. Недостатком известных приборов  вл етс  то, что измерительные провода (термопары, токовые, потенциальные провода, используемые дл  подвода электрического tOKa к нагревате ьному элементу и сн ти  падени  напр жени  на нем) не делаю витка вокруг измер емого образца в плоскости креплени  провода к образцу , что ухудшает точность измерений температуры из-за большого отвода тепла с головки термопары. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  теплопроводности твердых материалов С2 , содержащее опорный фланец с установленным на нем соосно тепловым экраном, на котором расположен защитный колпак со смонтированным на нем нагревателем, установленный на оси устройства нагревательный элемент , у нижнего торда которого во врем  измерений расположен с тепловым контактом образец, теплоизол ционную засыпку, заполн ющую пространство между нагревательным элементом с образцом и тепловым экраном с защитным колпаком, и расположенные в ней измерительные провода, каждый из которых образует кольцевой виток в плоскости, перпендикул рной оси устройства и проход щей через точку креплени  провода с нагревательным элементом или образцом. Причем измерительные провода расположены в части теплоизол ционной засыпки, примыкающей к нагревательному элемен ту и испытываемому образцу и наход 72 щейс  внутри соосного с осью прибора цилиндра с радиусом, равным .ib, где Q - радиус ,образца (если он круглого сечени ) или среднее рассто ние от оси до боковой поверхности образца; b - радиус экрана. Таким образом, измерительные провода в пространстве между образцом и тепловым экраном расположены посередине или от середины ближе к образцу . Погрешность измерений на из вестной установке 8-50% в зависимости от теплопроводности изм р емых материалов . Дл  материалов с .а./-0,2 Вт/м.К погрешность измерений составл ет , а дл  материалов с эе./- 1 ,5 Вт/м.К . 8%. Недостатком прибора  вл етс  сравнительно больша  погрешность измереНИИ теплопроводности, обусловленна  тем, что кольцевые витки измерительных проводов и соответственно, их отводы расположены в экранированном пространстве в непосредственной близости к испытуемому образцу и нагревательному элементу и в нефиксированном положении. По -измерительным проводам происходит отвод тепла; во-первых, по металлу проводов , во-вторых, по электроизол ции (керамическим бусам). Так как в качестве электроизол ции используютс  бусы из окиси берилли , фарфора или алунда, имеющие по,сравнению теплоизол ционной засыпкой намного большую теплопроводность, и так как измерительных проводов и соответственно электроизол ционных бус достаточно большое количество (минимум 6 термопарных проводов, два токовых и по два потенциальных дл  питани  нагревательного элемента и измерени  падени  напр жени  на нем), то масса проводов и электроизол ции в экранированном пространстве оказываетс  достаточно большой. Тепло, проход щее в экранированном пространстве параллельно оси образца, отбираетс  частично от нагревательного элемента с образцом и проходит по части экранированного пространства, примыкающей к образцу с нагревательным элементом. Друга  часть тепла 3 отбираетс  от защитного колпака ( имеющего свой электрический нагрева тель) с тепловым экраном и проходит по той части теплоизол ционной засып ки, котора  примыкает к защитному колпаку и тепловому экрану. Дл  определени  теплового потока проход щего через образец, в величину тепловой мощности нагревательного элемента вводитс  поправка, равна  тепловой мощности, проход щей от нагревательного элемента по засыпке вдоль образца, котора  рассчитываетс  на основании знани  теплопровод ности засыпки и геометрии измеритель ной головки. В случае когда измерительные термопары с электроизол цией располагаютс  вблизи нагревательного элемента и испытуемого образца, заметно повышаетс  эффективна  теплопроводность засыпки, увеличиваетс  отвод на засыпке тепла от нагревательного элемента и образца, что пов щает погрешность измерений. Можно рассчитать и ввести поправк на поток тепла по проводам, однако при этом оказываетс  большой norpetaность в определении этой поправки (так как используютс  измерительные провода сложной конфигурации, изол  ционные бусы образуют большую массу не образуют сплошную среду и т.д.). Целью изобретени   вл етс  снижение погрешности измерений теплопрово ности. Дл  этого в устройстве дл  измерени  теплопроводности твердых материалов , содержащем опорный фланец с установленным на нем соосно тепловым экраном, на котором расположен защит ный колпак с вмонтированным в него нагревателем, установленный на оси устройства нагревательньп элемент, у нижнего торца которого во врем  измерений расположен с теп, )вым контактом образец, теплоизол ционную засыпку, заполн ющую пространство между нагревательным элементом с образцом и тепловым экраном с защитным колпаком и расположенные в ней измерительные провода, каждый из которых образует кольцевой виток в плоскости,перпендикул рной оси устройства и проход щий через точку креплени  провода с нагревательным элементом или образцом, измерительные «провода закреплены на внутренней поверхности защитного колпака и теплового экрана. 874 На чертеже изображено устройство дл  измерени  теплопроводности.. Оно состоит из опорного фланца 1, в котором имеютс  отверсти  2 дл  вьпсода измерительных проводов, испытуемого образца 3, термопар 4 дл  измерени  температуры и перепада, отводы которых расположены кольцевыми витками на йнутренней поверхности теплового экрана 5, нагревательного элемента 6, созд..ющего поток тепла через образец, защитного колпака 7, снабженного нагревателем 8, преп тствующ1тм утечке тепла с образца и нагревательного элемента 6 в окружающее пространство; груз 9 служит дл  прижати  нагревательного элемента 6 к образцу 3 дл  улучшение теплового контакта. Пространство между образцом 3 с нагревательным элементом 6 и тепловым экраном 5 с защитным клапаном 7 заполнено теплоизол ционной засыпкой 10 из размолотого пеношамотного кирпича. Работает устройство следующим образом. Нсгштуемый образец 3 с предварительно высверленньми в нем отверсти ми устанавливают на фланце 1. В отверсти  вставл ют штифты, к которым привариваютс  термопары 4. Термопарные , токовые и потенциальные провода располагают кольцевыми витками (1-2 витка) диаметром, равным внутреннему диаметру теплового экрана и вывод т через отверсти  2 в опорном фланце. Затем устанавливают тепловой экран 5. К образцу с помощью груза 9 прижимают нагревательный элемент 6. На тепловой экран опускают защитный колпак 7 с нагревателем 8. По окончании монтажа пространство между образцом с нагревательным элементом и тепловым экраном с защитным колпаком заполн ют теплоизол ционной засыпкой 10. По измеренным значени м мощности нагревател  нагревательного элемента , с учетом известных значений теплопроводности теплоизол ционной засыпки, изол ции проводов, их массы, радиуса образца, экрана и т.д. суд т о теплопроводности испытуемого твердого образца. Описанное расположение измерительых проводов 4 способствует тому, что тепловой поток, проход щий по ним, тбираетс  от защитного колпака 7 тегоювогоэкрана 5. Электроизол ци  роводов и сами провода практически1 The invention relates to the field of measuring the physical properties of substances and can be used to measure the thermal conductivity of solid materials and products. The device C J is used to measure the thermal conductivity of semiconductor materials and products by the method of stationary heat flux with heat shields, consisting of a support flange, a heating element that generates heat flow through the sample under test, a protective cap, a heat shield, heat insulation and waste from the test sample and a heating element measuring electrically insulated wires located in the space between the test sample and the heat shield near the test sample. A disadvantage of the known devices is that the measuring wires (thermocouples, current, potential wires used for supplying electrical tOKa to the heating element and relieving the voltage drop on it) do not turn the coil around the measured sample in the plane of attachment of the wire to the sample, which impairs the accuracy of temperature measurements due to the large heat removal from the thermocouple head. The closest to the present invention is a device for measuring the thermal conductivity of solid materials C2, containing a support flange with a heat shield mounted coaxially on it, on which is a protective cap with a heater mounted on it, mounted on the axis of the device heating element, at the bottom of which has a sample is placed with thermal contact, a heat insulating charge filling the space between the heating element with the sample and the heat shield with a protective cap, and measuring leads located therein, each of which forms an annular coil in the plane perpendicular to the axis of the device and passing through the attachment point of the wire with a heating element or sample. Moreover, the measuring wires are located in the part of the heat-insulating backfill adjacent to the heating element and the test sample and 72 inside the cylinder coaxial with the device axis with radius equal to .ib, where Q is the radius of the sample (if it is circular) axial to side surface of the specimen; b is the radius of the screen. Thus, the measuring wires in the space between the sample and the heat shield are located in the middle or from the middle closer to the sample. The measurement error at the known setup is 8–50% depending on the thermal conductivity of the measured materials. For materials with .a ./- 0.2 W / m. K the measurement error is, and for materials with ee ./- 1, 5 W / m.K. eight%. The disadvantage of the device is a relatively large error in measuring thermal conductivity, due to the fact that the annular coils of the measuring wires and, accordingly, their taps are located in a shielded space in close proximity to the test sample and the heating element and in a non-fixed position. By measuring wires, heat is removed; firstly, on the metal of wires, secondly, on the electrical insulation (ceramic beads). Since beryllium, porcelain or alundum beads are used as electrical insulations, they have a much higher thermal conductivity compared to the heat insulating charge, and since the measuring leads and, accordingly, the electrically insulating beads are quite a lot (at least 6 thermocouple wires, two current leads and two potential for supplying the heating element and measuring the voltage drop across it), the mass of wires and electrical insulation in the shielded space is quite large. The heat passing in the shielded space parallel to the axis of the sample is taken partly from the heating element with the sample and passes through part of the shielded space adjacent to the sample with the heating element. Another part of the heat 3 is taken from the protective cap (having its own electric heater) with a heat shield and passes along that part of the heat insulating charge that adjoins the protective cap and heat shield. To determine the heat flux passing through the sample, an amendment is introduced into the thermal power of the heating element equal to the thermal power passing from the heating element along the filling along the sample, which is calculated based on the knowledge of the thermal conductivity of the filling and the geometry of the measuring head. In the case when measuring thermocouples with electrically insulating are located near the heating element and the test sample, the effective thermal conductivity of the charge increases markedly, the removal of heat from the heating element and the sample increases, which increases the measurement error. It is possible to calculate and introduce an amendment to the heat flux through the wires, however, this turns out to be a great norpeticity in determining this amendment (since measuring wires of a complex configuration are used, the insulating beads form a large mass, do not form a continuous medium, etc.). The aim of the invention is to reduce the measurement error of thermal conductivity. For this purpose, in a device for measuring the thermal conductivity of solid materials, containing a support flange with a heat shield coaxially mounted on it, on which is a protective cap with a heater built into it, mounted on the axis of the heater device, at the bottom of which ,) the contact of the sample, the heat insulating filling, the filling space between the heating element with the sample and the heat shield with a protective cap and measuring points located in it oestrus, each of which forms an annular coil in the plane perpendicular to the axis of the device and extending through the point of attachment of wire with the heating element or the sample, measuring "wire secured to the inner surface of the shield cup and the heat shield. 874 The drawing shows a device for measuring thermal conductivity. It consists of a support flange 1 in which there are openings 2 for the measuring wire, test sample 3, thermocouples 4 for measuring temperature and differential, whose outlets are arranged in annular turns on the inner surface of the heat shield 5 heating element 6, creating heat flow through the sample, protective cap 7 equipped with heater 8, preventing heat loss from the sample and heating element 6 into the surrounding space; The load 9 serves to press the heating element 6 against the sample 3 in order to improve the thermal contact. The space between sample 3 with a heating element 6 and a heat shield 5 with a protective valve 7 is filled with a heat insulating filling 10 made of ground milled bricks. The device works as follows. An nestable sample 3 with pre-drilled holes in it is mounted on the flange 1. The pins are inserted into the holes, and thermocouples 4 are welded to them. The thermocouple, current and potential wires have annular turns (1-2 turns) with a diameter equal to the inner diameter of the heat shield and output through holes 2 in the support flange. A heat shield 5 is then installed. A heating element 6 is pressed onto the sample with a load 9. A heat shield 7 with a heater 8 is lowered onto the heat shield. After the installation is completed, the space between the sample with a heating element and heat shield with a protective cap is filled with insulating backfill 10. According to the measured power values of the heater of the heating element, taking into account the known values of thermal conductivity of thermal insulating filling, insulation of wires, their mass, radius of the sample, screen, etc. judge the thermal conductivity of the test solid sample. The arrangement of the measuring wires 4 described above contributes to the fact that the heat flux passing through them is drawn from the protective cap 7 of the translucent screen 5. The electrical insulation of the wires and the wires themselves are practically

Claims (1)

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ, содержащее опорный фланец с установленным на нем соосно тепловым экраном, на котором расположен защитный колпак с вмонтированным в него наг ревателем, установленный по оси устройства нагревательный элемент, у нижнего торца которого во время измерений расположен с тепловым контактом образец, теплоизоляционную засыпку, заполняющую пространство между нагревательным элементом с образцом и тепловым экраном с защитным колпаком, и расположенные в ней измерительные провода, каждый из которых образует кольцевой виток в плоскости, перпендикулярной оси устройства и проходящей через точку крепления про вода с нагревательным элементом или образцом, отличающееся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерений, измерительные провода закреплены на внутренней поверх ности защитного колпака и теплового «гчл· экрана.DEVICE FOR MEASURING THERMAL CONDUCTIVITY OF SOLID MATERIALS, containing a support flange with a coaxial heat shield mounted on it, on which is a protective cap with a heater installed in it, a heating element mounted along the device axis, at the lower end of which a sample is located with the thermal contact during measurements, a heat-insulating backfill filling the space between the heating element with the sample and the heat shield with a protective cap, and the test leads located in it, each the second of which forms an annular coil in a plane perpendicular to the axis of the device and passing through the attachment point of the wire with a heating element or sample, characterized in that, in order to reduce the measurement error, the test leads are fixed to the inner surface of the protective cap and thermal screen.
SU833584534A 1983-04-27 1983-04-27 Device for measuring thermal conductivity of solid materials SU1143187A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833584534A SU1143187A1 (en) 1983-04-27 1983-04-27 Device for measuring thermal conductivity of solid materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU833584534A SU1143187A1 (en) 1983-04-27 1983-04-27 Device for measuring thermal conductivity of solid materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1143187A1 true SU1143187A1 (en) 1985-08-30

Family

ID=21060951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU833584534A SU1143187A1 (en) 1983-04-27 1983-04-27 Device for measuring thermal conductivity of solid materials

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1143187A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1 . Авторское, свидетельство СССР № 171866, кл. G 01 N 25/18, 1967. 2. Петров А.В. Методики измерени теплопроводности полупроводников при высоких температурах. В сборнике Термоэлектрические свойства полупроводников. Из-во АН СССР, М., т. 1, с. 15, 1963 (прототип). *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4018624A (en) Thermocouple structure and method of manufacturing same
US3962919A (en) Temperature compensated inductive liquid metal level detection system
US3940996A (en) Method and device for remotely monitoring electrically conductive liquids
FI57181B (en) FASTRANSFORMATIONSMAETARE
JPH06168833A (en) Current and voltage converter for metal- encapsulated and gas-insulated high- voltage apparatus
US3434207A (en) Process for making pyrometric probes or rods
US3948100A (en) Probe for measuring the level of a liquid
JPH0418779B2 (en)
SU1143187A1 (en) Device for measuring thermal conductivity of solid materials
US3393101A (en) Thermocouple probe with plural junctions
CN1144057C (en) Device for measuring capacitance of electrical wires
US7126343B1 (en) Conductivity probe with toroid keeper
US4350968A (en) Liquid level detector
US2896452A (en) Flowmeter
US4388267A (en) Temperature profile detector
RU2356684C2 (en) Device for detection of slag content in molten metal stream
SU1597971A1 (en) Device for thermal measurements of thermoelectric batteries and thermocouples
US3260939A (en) Cylindrical instrument shunt for large magnitude currents
RU2063653C1 (en) Detector of coolant boiling on fuel element surface in nuclear reactor core
RU218022U1 (en) Device for measuring electrical conductivity
SU415894A3 (en)
JPS6126858Y2 (en)
SU1006987A1 (en) Cell for measuring melt specific resistance
US3287977A (en) Threadline temperature monitor
CN221260140U (en) Thermocouple structure for temperature measuring instrument