SU1712849A1 - Method for determination of thermophysical characteristics of materials - Google Patents
Method for determination of thermophysical characteristics of materials Download PDFInfo
- Publication number
- SU1712849A1 SU1712849A1 SU904802513A SU4802513A SU1712849A1 SU 1712849 A1 SU1712849 A1 SU 1712849A1 SU 904802513 A SU904802513 A SU 904802513A SU 4802513 A SU4802513 A SU 4802513A SU 1712849 A1 SU1712849 A1 SU 1712849A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- line
- point
- time
- temperature
- heat source
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относитс к экспериментальной физике и может быпэ/использованодл комплексного определени теплофи- зических характеристик материалов. Цель изобретени - повышение точности. На поверхность исследуемого материала воздействуют тепловым импульсом от линейного источника тепла и регистрируют температуру на линии действи тепла и на заданном рассто нии от зтой линии в фиксированный момент времени, а в качестве фиксированного момента времени выбирают момент, соответствующий равенству избыточной температуры в точке на заданном рассто нии от линии нагрева и разности избыточных температур на линии нагрева и на заданном рассто нии от этой линии. 3 ил.The invention relates to experimental physics and can be used in the complex determination of the thermophysical characteristics of materials. The purpose of the invention is to improve accuracy. The surface of the studied material is exposed to a heat pulse from a linear heat source and the temperature is recorded on the line of heat and at a given distance from this line at a fixed point in time, and the moment corresponding to the equality of the excess temperature at a point at a given distance is chosen as a fixed point in time. from the heating line and the difference between the excess temperatures on the heating line and at a given distance from this line. 3 il.
Description
Изобретение относитс к технической физике, в частности к теплофизическим измерени м .The invention relates to technical physics, in particular to thermophysical measurements.
Известен способ определени теплофизическйх характеристик материалов методом мгновенкото источника тепла. заключаю1.Ц14йс в локальном или тотальном нагреве поверхности испытуемого материала кратковременным тепловым импульсрм, регистрации интервала времени, соответствующего экстремуму температурной кривой после воздействи тепловцм импульсом ха материал, в какой-либо точке испытуемого материала, удаленной от места произведени нагрева.The known method for determining the thermophysical characteristics of materials by the method of instantaneous heat source. I conclude a 1.C14is in local or total heating of the surface of the test material with a short thermal pulse, recording the time interval corresponding to the extremum of the temperature curve after exposure to a thermal impulse x material at any point of the test material remote from the place of heating production.
Недостаток известного способа заключаетс в том. что он не обеспечивает высокую точность определени коэффициента температуропроводности материалов. Это объ сн етс тем, что определение экстремума температурной кривой сопровождаетс значительными погрешност ми вследствие размытого характера этого экстремума , что обусловливает субъективные ошибки экспериментатора и пониженную точность работы электронных дифференцирующих устройств.The disadvantage of this method is that. that it does not provide high accuracy in determining the thermal diffusivity of materials. This is due to the fact that the determination of the extremum of the temperature curve is accompanied by significant errors due to the diffuse nature of this extremum, which causes the subjective errors of the experimenter and the reduced accuracy of the electronic differentiating devices.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому вл етс способ определени теплофизических характеристик материалов , вклю ающий импульсное тепловое воздействие линейным источником тепла на поверхность исследуемого материала, регистрацию температуры на линии действи источника тепла и на заданном рассто нии От него в фиксированный момент времени с последующим вычислением искомых характеристик .The closest in technical essence and the achieved result to the proposed is a method for determining the thermal characteristics of materials, including a pulsed thermal effect of a linear source of heat on the surface of the material under study, recording the temperature on the line of action of the heat source and at a given distance from it at a fixed time the subsequent calculation of the desired characteristics.
Недостатком указанного способд вл етс его низка точность, обусловленна необходимостью измерени двух координат точек на поверхности исследуемого материала от линии действи тепла, в которых регистрируетс температура, а также относительной сложностью расчетных формул дл нахождени искомых характеристик . Цель изобретени - повышение точности . На фиг. 1 показан пример осуществлени способа; на фиг. 2 - схема включени измерительных преобразрвателей температуры; на фиг. 3 - графики избыточных температур на линии действи источника тепла Т {0. г), в точке на заданном рассто нии от линии нагрева T(xi, i и разности AT(i:) Т (О, Г) Т (XI, г). На теплоизолированной поверхности испытуемого образца 1 помещают на рассто нии XI линейный нагреватель 2 и датчик 3 температуры и осуществл ют воздействие тепловым импульсом. Температурное поле Т (х, при действии линейного импульсного источника тепла на поверхность полуограниченного в тепловом отношении испытуемого образца {Z 0) описываетс заВИСЛМОСТЬЮ Т() 2Ж(-) ) где Q - знерги теплового импульса в расчете на единицу длины, Дж/м; X - координата, отсчитываема от оси источника, м; Я- коэффициент теплопроводности, Вт/м; К; а - коэффициент температуропроводности , г-врем , с. Температура на линии действи источника тепла определ етс соотношением (линейный источник может быть конструктивно совмещен с термодатчиком) П0.г) Дл определени теплофизических характеристик материалов осуществл етс регистраци момента времени п, соответствующего равенству Между избыточной температурой Т (хк п) в точке на заданном рассто нии Х1 от линии нагрева и разностью избыточных температур AT ( ri) на линии действи тепла Т(0, ri) м на заданном рассто нии от линии нагрева Т (xi, TI). Следовательно, T(xi,Ti)AT(ri) T(0,ri)-T(xi,ri), Д((1-ехр(-41т)Ь() Тогда выражение (3) можно записать Q/ х ПтТтТ 4 а п / 2ггАгЛ ( -Р(-4)-5 Отсюда д 0.36 X Подставив в формулу (4) выражение (7), определ ют коэффициент теплопроводности г- 0.08 Q Д1 Ctr,Ti Формулы (7) и (8) позвол ют получить выражение дл объемной теплоемкости 0.22 Q а AT(Tf)x Таким образом, при известном значении Q const после подачи теплового импульса , регистриру момент времени TI, соответствующий равенству между избыточной температурой Т {xi, п) в точке на заданном рассто нии xi от линии нагрева и разностью АТ( TI) избыточных температур на линий действи источника тепла Т(0, ri) и на заданном рассто нии от нее Т (xi, ri), можно по формулам (7), (8) и (9} определить теплофизические характеристики материалов . Дл повышени точности может быть рекомендован относительный способ определени теплофизических характеристик материалов. Дл этого на теплоизол торе помещаютс линейный нагреватель и датчик (иУ температуры, которые в целом представл ют собой измерител1 ный зонд. В режиме калибровки указанный измерительный зонд приводитс в тепловой контакт с материалом с известными теплофизическими характеристиками и определ ютс а, X С /о по формулам (7), (8) и (9). После этого осуществл ют измерение теплофизических характеристик испытуемых материалов с учетом данных, полученных при калибровке измерительного зонда. Подобный подход позвол ет исключить в значительной степени систематические погрешности измерений и не производить пр мые и косвенные измерени величин Q В качестве примера технической реализации предлагаемого способа может быть использовано совмещение линейного электронагревател с термопарой, спаи которой сварены встык, дл измерени температуры Т (0 . На заданном рассто нии xi ot линейного нагревател измер ютс температуры Т (х1, г) 8 двух точках. При этом эти точки могут быть расположены с одной стороны от источника тепла (нагревател ) или симметрично: Т {х1, i) и Т (-Х1, . После подачи теплового импульса переключателем электроды - ермопар соедин ютс по следующей схеме (фиг. 3). Термопары Тп 1, Тп2 включены согласно (образуют термобатарею) и соединены с термопарой ТпЗ по дифференци льной схемэ. В момент п нуль индикатором регистрируетс разность Т (xi,ri)-ДТ( ri)0. Е Я АТ( 1 - термоЭДС, вл юща с функцией разности избыточных температур на линии действи источника тепла и на заданном рассто нии от нее. Методом математического и машинного моделировани на ЭВМ ЕС 1840 проведен расчет избыточных температур при , и -16 м, .5 Дж/м..1Вт/м К, а . Результаты расчетов приведены В1 виде графиков на фиг. 3. На основании полбенных термограмм нагрева определен момемт времени ri 4,81 с, соответствующий равенству Т (х1, ri) AT(ri )1,. По формулам (7) и (8) рассчитаны коэффициенты тепло-и температуропроводности арасч.2,994-Ю м /с; Арасч 0,1004Вт/м -К. Тогда относительные погрешности определени коэффициентов тепло- и температуропроводности будут соответственно равны ,2%, ,4%. Таким образом, использование предлагаемого способа определени теплофизических характеристик материалов позвол ет повысить точность определени искдмых коэффициентов по сравнению с прототипом . Формулаиэобретени Способ определени теплофизических характеристик материалов, включающий импульсное тепловое воздействие линейным источником тепла на поверхность исследуемого материала, регистрацию температуры в двух точках поверхности в фиксированный момент времени с последующим вычислением искомых характеристик , отличающийс тем, что, с целью повышени точности, в качестве фиксированного момента времени выбирают момент времени, соответствующий равенству избыточной температуры в точке на заданном рассто нии от линии нагрева и разности избыточных температур на линии нагрева и на заданном рассто нии от этой линии, а искомые характеристики определ ют по формулам 0.36 х Д ГСТ1}-Т1 ДТ(т1)-х где а. А, С,р- соответственно коэффициент температуропроводности, теплопроводности , удельна теплоемкость и плотность исследуемого материала; Q - энерги теплового импульса в расчете на единицу длины; XI - рассто ние между линейным источником тепла и точкой контрол на линии, параллельной линии нагрева; AT(г1)- разность избыточных температур на линии действи источника тепла и . на заданном рассто нии от нее в момент времени т когда эта разность равна избыточной температуре в точке контрол . The disadvantage of this method is its low accuracy, due to the need to measure two coordinates of points on the surface of the material under study from the line of action of heat, in which the temperature is recorded, as well as the relative complexity of the calculation formulas to find the desired characteristics. The purpose of the invention is to improve accuracy. FIG. 1 shows an embodiment of the method; in fig. 2 shows the connection circuit of the temperature measuring converters; in fig. 3 - graphs of excess temperatures on the line of action of the heat source T {0. d), at a point at a given distance from the heating line T (xi, i and the difference AT (i :) T (O, D) T (XI, d). On the thermally insulated surface of the test sample 1 is placed at distance XI a linear heater 2 and the temperature sensor 3 and effect the heat pulse. The temperature field T (x, under the action of a linear pulsed heat source on the surface of the semi thermally limited test sample {Z 0) is described by the dependence T () 2G (-)) where Q is heat pulse per unit length, J / m; X - coordinate, measured from the axis of the source, m; I - coefficient of thermal conductivity, W / m; TO; a - coefficient of thermal diffusivity, g-time, s. The temperature on the line of action of the heat source is determined by the ratio (a linear source can be structurally combined with a thermal sensor) P0.d) To determine the thermophysical characteristics of materials, a time instant n is recorded that corresponds to the equality Between excess temperature T (xc n) at a point at a given distance X1 from the heating line and the difference between the excess temperatures AT (ri) on the line of heat T (0, ri) m at a given distance from the heating line T (xi, TI). Consequently, T (xi, Ti) AT (ri) T (0, ri) -T (xi, ri), D ((1-exp (-41t) b () Then expression (3) can be written Q / x PTTT 4 а п / 2ггАгЛ (-Р (-4) -5 From here d 0.36 X) Substituting the expression (4) into the formula (4), the thermal conductivity coefficient g - 0.08 Q D1 Ctr, Ti Formula (7) and (8) allows To obtain an expression for the volumetric heat capacity of 0.22 Q and AT (Tf) x Thus, with a known value of Q const after applying a heat pulse, I register a time TI corresponding to the equality between the excess temperature T (xi, n) at a point at a given distance xi from the heating line and the difference AT (TI) excess Thermal characteristics of the materials can be determined using the formulas (7), (8) and (9}) for the heat source lines T (0, ri) and at a given distance from it T (xi, ri). A relative method for determining the thermophysical characteristics of the materials should be recommended. For this purpose, a linear heater and a sensor (and temperature) are placed on the heat insulator, which in general are a measuring probe. In the calibration mode, the specified measuring probe is brought into thermal contact with a material with known thermophysical characteristics and is determined by a, X C / o by formulas (7), (8) and (9). After that, the thermophysical characteristics of the tested materials are measured with regard to the data obtained during the calibration of the measuring probe. Such an approach eliminates substantially systematic measurement errors and does not make direct and indirect measurements of Q values. As an example of the technical implementation of the proposed method, a linear electric heater can be combined with a thermocouple, butt-welded, for measuring the temperature T (0. On a given distance xi ot of the linear heater, the temperatures T (x1, g) 8 are measured at two points, while these points can be located on one side of the heat source (heater ) or symmetrically: Т {х1, i) and Т (-Х1,. After applying a thermal impulse by a switch, the electrodes - the thermopairs are connected according to the following scheme (Fig. 3). a TPp thermocouple according to the differential scheme. At the moment n zero, the indicator registers the difference Т (xi, ri) -ТТ (ri) 0. Е Я АТ (1 - thermoEMF, which is a function of the difference between the excess temperatures on the line of heat source and on the set distance from it. The method of mathematical and machine modeling on an EC 1840 computer is used to calculate excess temperatures at, and -16 m, .5 J / m ..1W / m K, a. The calculation results are shown in B1 in the form of graphs in FIG. 3. On the basis of half-thermal thermograms, the time instant ri 4.81 s was determined, which corresponds to the equality T (x1, ri) AT (ri) 1 ,. According to formulas (7) and (8), the coefficients of heat and thermal diffusivity are calculated for arsch.2,994-U m / s; Arasch 0.1004W / m -K. Then the relative errors of determining the coefficients of thermal and thermal diffusivity will be, respectively, 2%, 4%. Thus, the use of the proposed method for determining the thermophysical characteristics of materials makes it possible to increase the accuracy of determining the required coefficients in comparison with the prototype. Formula and method of determining the thermophysical characteristics of materials, including a pulsed thermal effect of a linear heat source on the surface of the material under study, recording the temperature at two points on the surface at a fixed point in time, followed by calculating the desired characteristics, characterized in that, in order to improve accuracy, as a fixed point in time choose a moment of time corresponding to the equality of the excess temperature at a point at a given distance from the load line Eva and the difference of excess temperatures on the heating line and at a given distance from this line, and the desired characteristics are determined by the formulas 0.36 x D GST1} -T1 DT (t1) -x where a. A, C, p-, respectively, thermal diffusivity, thermal conductivity, specific heat capacity and density of the material under study; Q is the energy of the heat pulse per unit length; XI is the distance between the linear heat source and the control point on the line parallel to the heating line; AT (r1) is the difference of excess temperatures on the line of action of the heat source and. at a given distance from it at time t when this difference is equal to the excess temperature at the control point.
2 А2 A
хx
X --г- -/ /X - y - - / /
X X
У1.Х / /s«..,««-JU1.H / / s.....
УHave
Т(о.т). Т(а:-|,Т)T (ot). T (a: - |, T)
iJtiJt
Ф&1ГЛ.F & 1GL.
иульчиндикаторilchindicator
Тп2TP2
. Tnt.. Tnt.
Tte,;) TCai.T) T(0,t)Tte ;;) TCai.T) T (0, t)
Фиг. 2FIG. 2
Б /СдТфB / SdTf
ТпЗTpz
л ;,81l;, 81
. Фиг.З. Fig.Z
Т(0.т) Т( дТСс)T (0.t) T (dTSs)
г « 3 JO 4 г 15 т;с 5g "3 JO 4 g 15 t; s 5
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU904802513A SU1712849A1 (en) | 1990-03-15 | 1990-03-15 | Method for determination of thermophysical characteristics of materials |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU904802513A SU1712849A1 (en) | 1990-03-15 | 1990-03-15 | Method for determination of thermophysical characteristics of materials |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1712849A1 true SU1712849A1 (en) | 1992-02-15 |
Family
ID=21502000
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU904802513A SU1712849A1 (en) | 1990-03-15 | 1990-03-15 | Method for determination of thermophysical characteristics of materials |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1712849A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2221239C2 (en) * | 2001-01-31 | 2004-01-10 | Воронежский военный авиационный инженерный институт | Method establishing thermal diffusivity of materials |
-
1990
- 1990-03-15 SU SU904802513A patent/SU1712849A1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Теплофиэмческие измерени и приборы. Под ред. Е; С. Платунова. Л.: Машиностроение, 1986, с. 256.Авторское свидетельство СССР № 834480. кл. G 01 N 25/18. 1981. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2221239C2 (en) * | 2001-01-31 | 2004-01-10 | Воронежский военный авиационный инженерный институт | Method establishing thermal diffusivity of materials |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101320007A (en) | Measuring device for thermal conductivity of materials by probe method | |
| US4568198A (en) | Method and apparatus for the determination of the heat transfer coefficient | |
| US4227411A (en) | Relative humidity measurement | |
| RU2018117C1 (en) | Method of complex determining of thermophysical properties of materials | |
| SU1712849A1 (en) | Method for determination of thermophysical characteristics of materials | |
| CN201222042Y (en) | Apparatus for measuring material thermal conductivity parameter | |
| RU93018749A (en) | METHOD OF NON-DESTRUCTIVE CONTROL OF THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS OF MATERIALS | |
| SU1711052A1 (en) | Method of testing heat-insulating material thermophysical characteristics | |
| Bedford et al. | A Note on the Reproducibility of the IPTS-68 Below 273.15 K | |
| CN114526844B (en) | Thermal parameter self-testing method for thermopile sensor | |
| SU1395939A1 (en) | Method of checking thickness of sheet material | |
| KR100356994B1 (en) | Thermal conductivity detecting method for fluid and gas | |
| RU2149389C1 (en) | Method of nondestructive test of thermophysical characteristics of materials | |
| RU2478939C1 (en) | Method of measuring thermal diffusivity of heat-insulating materials by regular third kind mode technique | |
| RU2788562C1 (en) | Method for determining the complex of thermophysical characteristics of solid construction materials | |
| JP4042816B2 (en) | Moisture content detection sensor | |
| SU1741036A1 (en) | Device for determination of thermal conductivity of materials | |
| JPS634134B2 (en) | ||
| SU1057830A1 (en) | Method and device for determination of material heat | |
| RU2075068C1 (en) | Method of determination of thermal conductivity of materials and device for its realization | |
| SU1718078A1 (en) | Method and device for complex determination of thermophysical characteristics | |
| RU2324165C1 (en) | Method of identifying system of thermo-physical properties of hard materials | |
| RU2170423C1 (en) | Thermal probe for nondestructive test of thermal-physical properties of materials and off-the-shelf articles | |
| SU709959A1 (en) | Temperature measuring device | |
| JPH0461288B2 (en) |