SU1557499A1 - Apparatus for determining thermophysical parameters of materials - Google Patents
Apparatus for determining thermophysical parameters of materials Download PDFInfo
- Publication number
- SU1557499A1 SU1557499A1 SU884397617A SU4397617A SU1557499A1 SU 1557499 A1 SU1557499 A1 SU 1557499A1 SU 884397617 A SU884397617 A SU 884397617A SU 4397617 A SU4397617 A SU 4397617A SU 1557499 A1 SU1557499 A1 SU 1557499A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- output
- input
- materials
- subtractor
- trigger
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 13
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 10
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 claims description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 101100459439 Caenorhabditis elegans nac-2 gene Proteins 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение касаетс исследовани физических свойств веществ и материалов, а именно устройств дл определени теплофизических свойств материалов на образцах в виде пластин, не прозрачных дл излучени нагрева. Цель изобретени - повышение точности. В устройство, содержащее источник 1 импульсного нагрева, термопару 3, усилитель 4, дифференциатор 8, нуль-орган 9, триггер 10 и источник 14 опорного нарп жени , введены повторитель 5, интеграторы 6, 7, умножитель 11 и вычитатель 12, что позвол ет заменить операцию двойного дифференцировани дл определени точки перегиба температурной кривой операцией интегрировани этой кривой, что обеспечивает повышение точности. 2 ил.The invention relates to the study of the physical properties of substances and materials, namely, devices for determining the thermophysical properties of materials on samples in the form of plates that are not transparent to the radiation of heat. The purpose of the invention is to improve accuracy. A repeater 5, integrators 6, 7, multiplier 11 and subtractor 12 are inserted into the device containing the pulse heating source 1, the thermocouple 3, the amplifier 4, the differentiator 8, the zero-organ 9, the trigger 10 and the source 14 of the reference voltage. replace the double differentiation operation to determine the inflection point of the temperature curve by the integration operation of this curve, which provides improved accuracy. 2 Il.
Description
физ1nat1
Изобретение относитс к исследованию физических свойств веществ и материалов , а именно к устройствам дл определени теплофизических свойств материалов на образцах в виде пластин , не прозрачных дл излучени нагрева, и может быть использовано в исследовательских лаборатори х материаловедени различных отраслей на- родного хоз йства.The invention relates to the study of the physical properties of substances and materials, namely, devices for determining the thermophysical properties of materials on samples in the form of plates that are not transparent to the radiation of heat, and can be used in research laboratories of material science of various branches of the national economy.
Цель изобретени - повышение точности измерений.The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy.
На фиг. 1 представлена функциональна схема устройства дл опре- делени теплофизических характеристик материалов; на фиг. 2 - временные диаграммы, по сн ющие его работу.FIG. 1 shows a functional diagram of the device for determining the thermophysical characteristics of materials; in fig. 2 - time diagrams that show his work.
Устройство дл определени теплофизических характеристик материалов содержит (фиг. 1) источник 1 импульсного нагрева с регистратором начала импульса, исследуемый образец 2, размещаемый между источником 1 импульсного нагрева и термопарой 3, усилитель 4, повторитель 5, интеграторы 6 и 7, дифференциатор 8, нуль- орган 9, триггер 10, умножитель 11, вычитатель 12, измеритель 13 и источник 14 опорного напр жени . Выход термопары 3 подключен через усилитель 4 к информационным входам повторител 5 и интегратора 6, выход которого соединен с одним входом вычи- тател 12. Выход повторител 5 сое-- динен с одним входом умножител 11 и с входом дифференциатора 8, выход которого подключен через нуль-орган 9 к счетному входу триггера 10, подсоединенного обнул ющим входом к вы- ходу регистратора начала импульса источника 1 импульсного нагрева и выходом - к управл ющим входам повторител 5 и интеграторов 6 и 7. Интегратор 7 подсоединен информационным входом к выходу источника 14 опорного напр жени и выходом - к другому входу умножител 11, подключенного выходом к другому входу вычитател 12, выход которого вл етс выходом устройства и подсоединен к измерителю 13.A device for determining the thermophysical characteristics of materials contains (Fig. 1) a pulse heating source 1 with a pulse start recorder, sample 2 being placed between a pulse heating source 1 and a thermocouple 3, amplifier 4, repeater 5, integrators 6 and 7, differentiator 8, zero - organ 9, trigger 10, multiplier 11, subtractor 12, gauge 13 and reference voltage source 14. The output of thermocouple 3 is connected via amplifier 4 to the information inputs of repeater 5 and integrator 6, the output of which is connected to one input of the subtractor 12. The output of the repeater 5 is connected to one input of the multiplier 11 and to the input of the differentiator 8, the output of which is connected via zero - organ 9 to the counting input of the trigger 10, connected by a zeroing input to the output of the recorder of the beginning of the pulse of the source 1 of the pulse heating and the output to the control inputs of the repeater 5 and the integrators 6 and 7. The integrator 7 is connected by an information input to the output the source 14 of the reference voltage and the output to another input of the multiplier 11, connected by an output to another input of the subtractor 12, the output of which is the output of the device and connected to the meter 13.
На фиг. 2 обозначены сигнал 15 на выходе усилител 4i сигнал 16 на выходе повторител 5; сигнал 17 на выходе дифференциатора 8; сигнал 18 на выходе триггера 10; сигнал 19 на выходе интегратора 7; сигнал 20 на выходе интегратора 6; сигнал 21FIG. 2 denotes the signal 15 at the output of the amplifier 4i signal 16 at the output of the repeater 5; the signal 17 at the output of the differentiator 8; signal 18 at the output of the trigger 10; signal 19 at the output of the integrator 7; signal 20 at the output of the integrator 6; signal 21
на выходе умножител 11; сигнал 22 н выходе вычитател 12.at the output of the multiplier 11; signal 22 n output of the subtractor 12.
Устройство дл определени теплофизических характеристик материалов работает следующим образом. .A device for determining the thermophysical characteristics of materials works as follows. .
Тепловой поток от источника 1 импульсного нагрева поступает на исследуемый образец 2.The heat flux from the source 1 of pulsed heating enters the sample under study 2.
Одновременно триггер 10 и интеграторы 6 и 7 обнул ютс по сигналу с выхода регистратора начала импульса источника 1 импульсного нагрева, тем самым перевод интеграторы 6 и 7 в режим интегрировани входного сигнала , а повторитель 5 - в режим повторител входного сигнала. Температура на поверхности исследуемого образца 2, противоположной поверхности нагрева, измер етс термопарой 3, сигнал с выхода которой усиливаетс усилителем 4 (фиг.2, сигнал 15) и поступает на вход интегратора 6 и повторител 5. На выходе интегратора 6 по вл етс сигнал, пропорциональный интегралу от температуры Т (сигнал 20), а на выходе повторител 5 - сигнал 16, пропорциональный температуре .At the same time, the trigger 10 and the integrators 6 and 7 are zeroed by the signal from the recorder output of the beginning of the pulse of the pulse heating source 1, thereby switching the integrators 6 and 7 to the integration mode of the input signal, and the repeater 5 to the repeater of the input signal. The temperature on the surface of sample 2, opposite to the heating surface, is measured by thermocouple 3, the signal from the output of which is amplified by amplifier 4 (Fig. 2, signal 15) and fed to the input of integrator 6 and repeater 5. At the output of integrator 6, proportional to the integral of temperature T (signal 20), and the output of the repeater 5 is a signal 16 proportional to temperature.
Интегратор 7 интегрирует посто нное опорное напр жение, поэтому сиг- гал 19 на его выходе пропорционален текущему времени. При достижении максимальной температуры Тm сигнал 17 на выходе дифференциатора 8 становитс равным нулю, срабатывает нуль-орган 9, сигналом 18 с выхода которого устанавливаетс триггер 10 в единичное состо ние. Импульсом с выхода триггера 10 интеграторы 6 и 7 и повторитель 5 перевод тс в режим запоминани , тем самым на выходах интеграторов 6 и 7 и повторител 5 запоминаютс сигналы, пропорциональныеThe integrator 7 integrates the constant reference voltage, so the signal 19 at its output is proportional to the current time. When the maximum temperature Tm is reached, the signal 17 at the output of the differentiator 8 becomes equal to zero, the null organ 9 is triggered, and the trigger 18 is set to one state by the signal 18 from its output. The impulse from the trigger output 10 integrators 6 and 7 and repeater 5 are transferred to the memory mode, thereby the signals proportional to the outputs of the integrators 6 and 7 and repeater 5 are memorized
TdЈ; m и Тm соответственно, гдеTdЈ; m and Tm respectively, where
- интервал времени анализа; Јт- максимальннй интервал времени анализа . Сигналы с выходов интегратора 7 и повторител 5 подаютс на умножитель 11, на выходе которого по вл етс напр жение, пропорциональное - analysis time interval; Јt- maximum analysis time interval. The signals from the outputs of the integrator 7 and the repeater 5 are fed to a multiplier 11, at the output of which a voltage appears that is proportional to
m m
TmdC (сигнал 21). Из этого напр о TmdC (signal 21). From this example
жени в вычитателе 12 производитс вычитание напр жени с выхода интегратора 6. На выходе вычитател 12 по вл етс напр жение, пропорциональг тIn the subtractor 12, the voltage is subtracted from the output of the integrator 6. At the output of the subtractor 12, a voltage appears that is proportional to
ное I | (Tn1-T)d (сигнал 22), которое замер етс измерителем 13. При импульсном нагреве излучением поверхности плоского теплоизолированного непрозрачного дл излучени нагрева образца конечной толщины L определ ют через количество поглощенной энергии Q интегрированием по времени от до момента Ът когда Т Т, и в интервале (ТШ-Т) между максимальной (Тт) и текущей (Т) температурой на поверхности, противоположной поверхности нагрева, теплофизические пара- метры исследуемого образца 2 по формуламnoye i | (Tn1-T) d (signal 22), which is measured by the meter 13. When pulsed by radiation from the surface of a flat thermally insulated opaque to radiation of a heated sample of finite thickness L, is determined by the amount of absorbed energy Q by integrating over the time from time t to and in the interval (TSH-T) between the maximum (Tm) and current (T) temperature on the surface opposite to the heating surface, the thermophysical parameters of the sample 2 according to the formulas
-Т7 -T7
L2T2 61L2T2 61
TmLTml
(1)(one)
(2)(2)
(3) (4)(3) (4)
где I where i
J (Tm- T)dC;J (Tm- T) dC;
а,Ь, А- соответственно коэффициенты температуропроводности, теплопроводности и теплоусво е- мости материала объекта; f- объемна теплоемкость материала .a, b, a-, respectively, the coefficients of thermal diffusivity, thermal conductivity and thermal conductivity of the material of the object; f- volume heat capacity of the material.
. Соотношени (1) - (4) вытекают из решени задачи о распределении температуры Т в термически изолированной пластине конечной толщины L при подводе к одной из поверхностей энергии сГ-импульсом, причем энерги поглощаетс в поверхностном слое бесконечно малой толщины.. Relations (1) - (4) are derived from solving the problem of temperature distribution T in a thermally insulated plate of finite thickness L when energy is applied to one of the surfaces by an Γ pulse, and the energy is absorbed in the surface layer of infinitely small thickness.
Решение дл поверхности пластины, противоположной поверхности нагрева, получаетс с помощью импульсного коэффициента в видеThe solution for the plate surface opposite to the heating surface is obtained using a pulse coefficient in the form
-S- Ь+2 t (-1)ьехР(-а ГЬ 1 t -S- Ь + 2 t (-1) ЬхР (-а ГЬ 1 1
П2 II 2 ЛP2 II 2 L
-jj-0-jj-0
где п - натуральное Так какwhere n is natural since
ОABOUT
юYu
15 тт-т15 tt-t
-2Т,-2T
mm
воin
II
П: 1P: 1
66
(-1)(-one)
ехр(-аexp
2lЈV2lЈV
L2 L2
(6)(6)
Интегриру (6) делах от Г 0 доIntegra (6) cases from G 0 to
J(V тиг- TmgJ (V Tig Tmg
по времени в пре- Ј с , получимon time in pre- Ј s, we get
(7)(7)
Теоретическому значению , когда Т Т, на практике отвечает соответствующий момент времени To theoretical value, when Т Т, in practice the corresponding moment of time answers
- Тогда, обозначив J (Т -T)dС I,- Then, having designated J (T - T) dС I,
II
получим искомые расчетные формулы (1) - (4) в которых значение Т определ етс с помощью предлагаемого устройства .We obtain the required design formulas (1) - (4) in which the value of T is determined using the proposed device.
Вычисление коэффициентов a, v, Д, b по формулам (1) - (4) не представл ет технической сложности и реализуетс стандартными алгоритмами.The calculation of the coefficients a, v, D, b by formulas (1) - (4) does not represent technical complexity and is implemented by standard algorithms.
Использование изобретени позвол ет повысить точность измерений теп- лофизических параметров материалов примерно на пор док. Так, дл исследовани образцов из вольфрама в виде дисков диаметром 20-32 мм и толщиной 1-2 мм, нагреваемых лампой- вспышкой ИФК-120 (длительность импульса 3 мс), имеющих значение коэффициента температуропроводности а 6,27 -10 5(м2/с), получены следующие результаты. С помощью известного прибора ТАУ-1, определ ющего коэффициент температуропроводности по времени, когда втора производна отThe use of the invention makes it possible to increase the accuracy of measuring the thermophysical parameters of materials by about an order of magnitude. So, for examining samples of tungsten in the form of discs with a diameter of 20-32 mm and a thickness of 1-2 mm, heated by a flash lamp IFK-120 (pulse duration 3 ms), having a value of thermal diffusivity a of 6.27 -10 5 (m2 / c), the following results were obtained. With the help of the well-known instrument TAU-1, which determines the coefficient of thermal diffusivity over time, when the second derivative of
температуры по времени станет равной нулю, значение измер емого коэффициента , полученное как среднее из дес ти измерений при надежности доверительного интервала, равной 0,997,temperature over time will be equal to zero, the value of the measured coefficient, obtained as an average of ten measurements with a confidence interval of 0.997,
составило а (7,94±0,1)10 5(м2/с), т.е. отклонение от табличного значени равно 26,6%. Измеренное с помощью предлагаемого устройства соответствующее значение коэффициентаamounted to a (7.94 ± 0.1) 10 5 (m2 / s), i.e. the deviation from the tabular value is 26.6%. Measured using the proposed device, the corresponding value of the coefficient
теплопроводности составило а (6,4It ±0,02)-10 (м2/с), что дает отклонение от табличного значени 2,24%.thermal conductivity was a (6.4It ± 0.02) -10 (m2 / s), which gives a deviation from the table value of 2.24%.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU884397617A SU1557499A1 (en) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | Apparatus for determining thermophysical parameters of materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU884397617A SU1557499A1 (en) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | Apparatus for determining thermophysical parameters of materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1557499A1 true SU1557499A1 (en) | 1990-04-15 |
Family
ID=21363503
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU884397617A SU1557499A1 (en) | 1988-03-25 | 1988-03-25 | Apparatus for determining thermophysical parameters of materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1557499A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2108568C1 (en) * | 1996-08-12 | 1998-04-10 | Томский политехнический университет | Gear determining characteristics of materials |
| RU2132548C1 (en) * | 1997-09-09 | 1999-06-27 | Томский политехнический университет | Device for measuring thermal characteristics |
| RU2307344C1 (en) * | 2006-04-17 | 2007-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Device for determining characteristic of materials |
-
1988
- 1988-03-25 SU SU884397617A patent/SU1557499A1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Авторское свидетельство СССР - № 694805, кл. G 01 N 25/18, 1979. Авторское свидетельство СССР № 913196, кл. G 01 N 25/18, 1982. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2108568C1 (en) * | 1996-08-12 | 1998-04-10 | Томский политехнический университет | Gear determining characteristics of materials |
| RU2132548C1 (en) * | 1997-09-09 | 1999-06-27 | Томский политехнический университет | Device for measuring thermal characteristics |
| RU2307344C1 (en) * | 2006-04-17 | 2007-09-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский политехнический университет | Device for determining characteristic of materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| SU1557499A1 (en) | Apparatus for determining thermophysical parameters of materials | |
| SU1755150A1 (en) | Device for precision determining of material characteristics | |
| JPS6250652A (en) | Method and instrument for measuring thermal diffusivity | |
| US4185497A (en) | Adiabatic laser calorimeter | |
| GB855658A (en) | Improvements in and relating to the measurement of thermal conductivity | |
| JP2604596B2 (en) | Differential AC specific heat measurement method and apparatus | |
| SE424024B (en) | PHOTOTHERMIC METCELL FOR STUDYING THE LIGHT ABSORPTION OF A TEST SUBSTANCE | |
| US3572092A (en) | Pulsed hot wire system | |
| SU1711052A1 (en) | Method of testing heat-insulating material thermophysical characteristics | |
| Powell | An apparatus giving thermogravimetric and differential thermal curves simultaneously from one sample | |
| SU1069527A1 (en) | Method of determining thermal physical characteristics of material under pressure | |
| RU2823581C1 (en) | Luminescent measurement device | |
| SU972359A1 (en) | Thermal conductivity determination method | |
| SU1610415A1 (en) | Method of determining differences of heat capacities of tested specimen and standard | |
| SU1265562A1 (en) | Method of determining thermal and physical properties of solid materials | |
| SU1573403A1 (en) | Method of measuring thermal diffusivity | |
| SU1721491A1 (en) | Method of measuring thermal and physical characteristics of materials | |
| SU1741036A1 (en) | Device for determination of thermal conductivity of materials | |
| SU1718078A1 (en) | Method and device for complex determination of thermophysical characteristics | |
| SU1408213A1 (en) | Method of measuring mass surface density or thickness | |
| SU1130787A1 (en) | Method of determination of loose material humidity | |
| RU2024826C1 (en) | Device for measuring ir-radiation scattering and absorption factors | |
| SU693196A1 (en) | Device for measuring thermophysical characteristics of specimens | |
| RU2255330C1 (en) | Device for measuring characteristics of materials | |
| SU1712849A1 (en) | Method for determination of thermophysical characteristics of materials |