[go: up one dir, main page]

SU1557499A1 - Apparatus for determining thermophysical parameters of materials - Google Patents

Apparatus for determining thermophysical parameters of materials Download PDF

Info

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
Application number
SU884397617A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Юрьевич Троицкий
Валерий Иванович Рязанов
Original Assignee
Томский политехнический институт им.С.М.Кирова
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 Томский политехнический институт им.С.М.Кирова filed Critical Томский политехнический институт им.С.М.Кирова
Priority to SU884397617A priority Critical patent/SU1557499A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1557499A1 publication Critical patent/SU1557499A1/en

Links

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

QQ

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)

Формула изобретени Invention Formula I . Устройство дл  определени  теп- лофизических параметров материалов, содержащее источник импульсного нагрева с регистратором начала импульса , термопару, усилитель, источник опорного напр жени , нуль-орган, триггер и дифференциатор, выход которого через нуль-орган подключен к счетному входу триггера, подсоединенного обнул ющим входом к выходу регистратора начала импульса, выход термопары соединен с входом усилител I. A device for determining the thermophysical parameters of materials containing a source of pulse heating with a pulse start recorder, a thermocouple, an amplifier, a source of reference voltage, a null organ, a trigger and a differentiator, the output of which is connected via a null organ to a numeric trigger. the input to the output of the recorder of the beginning of the pulse, the thermocouple output is connected to the input of the amplifier , отличающеес , different тем, что, с целью повышени  точности, в него введены два интегратора, умножитель , вычитатель и повторитель, подключенный информационным входом к выходу усилител  и к информационно- the fact that, in order to increase the accuracy, two integrators, a multiplier, a subtractor and a repeater, connected by an information input to the output of the amplifier and to the information му входу первого интегратора, управл ющим входом - к управл ющим входам обоих интеграторов и к выходу триггера и выходом - к входу дифференциатора и к одному входу умножител , другой вход которого соединен с выходом второго интегратора, подключенного информационным входом к выходу источника опорного напр жени , выход первого интегратора соединен с одним входом вычитател , выход умножител  подсоединен к другому входу вычитател , выход которого  вл етс  выходом устройства.The first input of the integrator, the control input — to the control inputs of both integrators and the trigger output and output — to the input of the differentiator and to one input of the multiplier, the other input of which is connected to the output of the second integrator, connected by an information input to the output of the reference voltage source, the output of the first integrator is connected to one input of the subtractor, the output of the multiplier is connected to another input of the subtractor, the output of which is the output of the device. 2222
SU884397617A 1988-03-25 1988-03-25 Apparatus for determining thermophysical parameters of materials SU1557499A1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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