ميزات طريقة السلك الساخن لتحديد التوصيل الحراري. تحديد التوصيل الحراري للمواد الصلبة بطريقة الطبقة المسطحة

الصفحة الرئيسية

آبار

مع زيادة القدرة النوعية لمحركات الاحتراق الداخلي ، تزداد كمية الحرارة التي يجب إزالتها من المكونات والأجزاء الساخنة. وصلت كفاءة أنظمة التبريد الحديثة وطريقة زيادة كثافة نقل الحرارة إلى حدها تقريبًا. الغرض من هذا العمل هو دراسة المبردات المبتكرة لأنظمة التبريد لأجهزة الطاقة الحرارية القائمة على أنظمة ثنائية الطور تتكون من وسط أساسي (ماء) وجسيمات نانوية. تعتبر إحدى طرق قياس التوصيل الحراري لسائل يسمى 3ω-hot-wire. تم عرض نتائج قياس الموصلية الحرارية لمائع نانوي على أساس أكسيد الجرافين بتركيزات مختلفة من هذا الأخير. وجد أنه عند استخدام 1.25٪ من الجرافين ، فإن معامل التوصيل الحراري للسائل النانوي يزيد بنسبة 70٪.

توصيل حراري

معامل التوصيل الحراري

أكسيد الجرافين

نانوفولويد

نظام التبريد

اختبار مقاعد البدلاء

1. Osipova V.A. دراسة تجريبية لعمليات انتقال الحرارة: كتاب مدرسي. بدل للجامعات. - الطبعة الثالثة ، المنقحة. وإضافية - م: الطاقة 1979. - 320 ص.

2. نقل الحرارة / V.P. Isachenko ، V.A. أوسيبوفا ، أ. Sukomel - م: الطاقة ، 1975. - 488 ص.

3. زيادة التوصيلات الحرارية الفعالة بشكل غير طبيعي للسوائل النانوية القائمة على الإيثيلين غليكول المحتوية على جزيئات النحاس النانوية / JA ايستمان ، S. Choi ، S. Li ، W. Yu ، L.J. طومسون فيز. بادئة رسالة. 78.718 ؛ 2001.

4. قياسات التوصيل الحراري باستخدام تقنية 3-أوميغا: التطبيق على الأنظمة الدقيقة لحصاد الطاقة / ديفيد دي كونينك ؛ أطروحة ماجستير في الهندسة ، جامعة ماكجيل ، مونتريال ، كندا ، 2008. - 106 ص.

5. قياس الموصلية الحرارية / واط. ويكهام ، إم جي. Assael 1999 بواسطة CRC Press LLC.

من المعروف أنه مع الاتجاهات الحالية في زيادة القوة المحددة لمحركات الاحتراق الداخلي ، وكذلك إلى السرعات العالية والأحجام الأصغر للأجهزة الإلكترونية الدقيقة ، فإن كمية الحرارة التي يجب إزالتها من المكونات والأجزاء الساخنة تتزايد باستمرار. يعد استخدام السوائل المختلفة الموصلة للحرارة لإزالة الحرارة أحد أكثر الطرق شيوعًا وفعالية. لقد وصلت فعالية التصميمات الحديثة لأجهزة التبريد ، وكذلك الطريقة المعتادة لزيادة كثافة نقل الحرارة ، إلى حدها الأقصى تقريبًا. من المعروف أن المبردات التقليدية (الماء ، الزيوت ، الجليكول ، الفلوروكربونات) لها موصلية حرارية منخفضة (الجدول 1) ، وهو عامل مقيد في التصميمات الحديثة لأنظمة التبريد. لزيادة الموصلية الحرارية الخاصة بهم ، من الممكن إنشاء وسط تشتت متعدد الطور (على الأقل مرحلتين) ، حيث يتم لعب دور التشتت بواسطة جزيئات ذات موصلية حرارية أعلى بكثير من السائل الأساسي. اقترح ماكسويل في عام 1881 إضافة مواد صلبة عالية التوصيل الحراري إلى سائل تبريد أساسي موصل للحرارة.

تكمن الفكرة في خلط المواد المعدنية مثل الفضة والنحاس والحديد والمواد غير المعدنية مثل الألومينا و CuO و SiC وأنابيب الكربون ، والتي تتمتع بموصلية حرارية أعلى مقارنة بالسائل الحراري الأساسي مع الموصلية الحرارية المنخفضة. في البداية ، تم خلط الجزيئات الصلبة الميكرون وحتى المليمترية (مثل الفضة والنحاس والحديد وأنابيب الكربون التي لها موصلية حرارية أعلى من المائع الأساسي) مع السوائل الأساسية لتشكيل الملاط. أصبح حجم الجسيمات الكبير نوعًا ما المستخدم وصعوبة إنتاج جسيمات نانوية الحجم عوامل مقيدة في استخدام مثل هذه المعلقات. تم حل هذه المشكلة من خلال عمل موظفي مختبر أريزونا الوطني S. Choi و J. Eastman ، الذين أجروا تجارب على جزيئات معدنية بحجم نانومتر. لقد قاموا بدمج العديد من الجسيمات النانوية المعدنية وجسيمات أكسيد المعادن النانوية مع سوائل مختلفة وحصلوا على نتائج مثيرة للغاية. وقد أطلق على تعليق المواد ذات البنية النانوية اسم "السوائل النانوية".

الجدول 1

مقارنة معاملات الموصلية الحرارية للمواد النانوية

من أجل تطوير مبردات حديثة ومبتكرة لأنظمة التبريد ذات التسارع العالي للأجهزة الحرارية والطاقة ، فقد درسنا أنظمة مرحلتين تتكون من وسيط أساسي (ماء ، إيثيلين جلايكول ، زيوت ، إلخ) وجسيمات نانوية ، أي جسيمات ذات أحجام مميزة من 1 إلى 100 نانومتر. من السمات المهمة للموائع النانوية أنه حتى مع إضافة كمية صغيرة من الجسيمات النانوية ، فإنها تُظهر زيادة كبيرة في التوصيل الحراري (أحيانًا أكثر من 10 مرات). علاوة على ذلك ، تعتمد الزيادة في التوصيل الحراري للسائل النانوي على درجة الحرارة - مع زيادة درجة الحرارة ، تزداد الزيادة في معامل التوصيل الحراري.

عند إنشاء مثل هذه السوائل النانوية ، والتي هي عبارة عن نظام من مرحلتين ، يلزم وجود طريقة موثوقة ودقيقة بدرجة كافية لقياس معامل التوصيل الحراري.

لقد درسنا طرقًا مختلفة لقياس معامل التوصيل الحراري للسوائل. نتيجة للتحليل ، تم اختيار طريقة "3-wire" لقياس الموصلية الحرارية للسوائل النانوية بدقة عالية بما فيه الكفاية.

يتم استخدام طريقة "3ω-wire" لقياس الموصلية الحرارية والانتشار الحراري للمواد في نفس الوقت. يعتمد على قياس ارتفاع درجة الحرارة المعتمد على الوقت في مصدر حرارة ، أي سلك ساخن مغمور في سائل ليتم اختباره. يعمل السلك المعدني في نفس الوقت كمسخن للمقاومة الكهربائية ومقياس حرارة للمقاومة. تُصنع الأسلاك المعدنية بقطر صغير للغاية (عدة عشرات من الميكرونات). يصل ارتفاع درجة حرارة السلك عادة إلى 10 درجات مئوية ويمكن إهمال تأثير الحمل الحراري.

سلك معدني طوله L ونصف قطره r معلق في سائل يعمل كمسخن ومقاوم حرارة ، كما هو موضح في الشكل. واحد.

أرز. 1. مخطط تركيب طريقة "3ω الأسلاك الساخنة" لقياس التوصيل الحراري لسائل

جوهر الطريقة المستخدمة لتحديد معامل التوصيل الحراري على النحو التالي. يتدفق التيار المتردد عبر سلك معدني (سخان). يتم إعطاء خاصية AC بواسطة المعادلة

حيث I 0 - هو سعة التيار الجيبي المتناوب ؛ ω - التردد الحالي ؛ ر - الوقت.

يتدفق التيار المتردد عبر السلك ، ويعمل كمسخن. وفقًا لقانون Joule-Lenz ، يتم تحديد مقدار الحرارة المنبعثة عند مرور تيار كهربائي عبر موصل:

وهو تراكب لمصدر تيار مباشر ومصدر حرارة معدل 2ω ،

حيث R E هي المقاومة الكهربائية للسلك المعدني في ظل الظروف التجريبية ، وهي دالة لدرجة الحرارة.

تولد الطاقة الحرارية المنبعثة تغيرًا في درجة الحرارة في السخان ، وهو أيضًا تراكب لمكون التيار المستمر ومكون التيار المتردد 2ω:

حيث ΔT DC هي سعة تغير درجة الحرارة تحت تأثير التيار المباشر ؛ ΔT 2ω - سعة تغير درجة الحرارة تحت تأثير التيار المتردد ؛ φ - إنزياح الطور الناجم عن تسخين كتلة العينة.

تعتمد المقاومة الكهربائية للسلك على درجة الحرارة وهذا هو المكون 2ω للتيار المتردد في مقاومة السلك:

حيث C rt - معامل درجة حرارة المقاومة لسلك معدني ؛ R E0 - المقاومة المرجعية للسخان عند درجة الحرارة T 0.

عادةً ما تكون T 0 هي درجة حرارة العينة السائبة.

يمكن الحصول على الجهد عبر السلك المعدني ،

(6)

في المعادلة (6) ، يحتوي الجهد عبر السلك على: انخفاض الجهد بسبب مقاومة السلك عند 1ω ومكونين جديدين يتناسبان مع ارتفاع درجة الحرارة في السلك عند 3ω و 1ω. 3ω عنصر الضغط يمكن استخلاصها بمضخم ثم استخدامها لإخراج سعة تغير درجة الحرارة عند 2 درجة:

يتم الحصول على اعتماد التردد لتغير درجة الحرارة ΔT 2ω عن طريق تغيير تردد التيار المتردد بجهد ثابت V 1ω. في الوقت نفسه ، يمكن تقريب اعتماد تغير درجة الحرارة ΔT 2ω على التردد كـ

حيث α f - معامل الانتشار الحراري ؛ ك و - معامل التوصيل الحراري للسائل الأساسي ؛ η ثابت.

يمكن اشتقاق التغير في درجة الحرارة عند تردد 2ω في سلك معدني باستخدام مكون الجهد للتردد 3ω ، كما هو موضح في المعادلة (8). يتم تحديد معامل التوصيل الحراري للسائل k f بواسطة المنحدر 2ω لتغير درجة حرارة السلك المعدني فيما يتعلق بالتردد ω ،

(9)

حيث P هي القوة المطبقة ؛ ω - هو تردد التيار الكهربائي المطبق ؛ L هو طول السلك المعدني ؛ ΔT 2ω - سعة تغير درجة الحرارة بتردد 2ω في سلك معدني.

تتميز طريقة الأسلاك الثلاثية بالعديد من المزايا مقارنة بطريقة الأسلاك الساخنة التقليدية:

1) يمكن أن تكون تقلبات درجات الحرارة صغيرة بما يكفي (أقل من 1 كلفن ، مقارنة بحوالي 5 كلفن لطريقة السلك الساخن) في سائل الاختبار للحفاظ على خصائص السائل الثابت ؛

2) ضوضاء الخلفية مثل تغيرات درجة الحرارة لها تأثير أقل بكثير على نتائج القياس.

هذه المزايا تجعل هذه الطريقة مثالية لقياس الاعتماد على درجة الحرارة للتوصيل الحراري للسوائل النانوية.

يشمل تركيب قياس التوصيل الحراري المكونات التالية: جسر ونستون ؛ مولد الإشارة؛ محلل الطيف؛ الذبذبات.

جسر وينستون عبارة عن دائرة تستخدم لمقارنة مقاومة غير معروفة R x بمقاومة معروفة R 0. يظهر مخطط الجسر في الشكل. 2. الأذرع الأربعة لجسر وينستون AB و BC و AD و DS هي المقاومة Rx و R0 و R1 و R2 على التوالي. يتم توصيل الجلفانومتر بقطر VD ، ومصدر الطاقة متصل بقطر التيار المتردد.

إذا اخترت قيم المقاومة المتغيرة R1 و R2 بشكل مناسب ، فيمكنك تحقيق المساواة في إمكانات النقطتين B و D: ويمكنك العثور على المقاومة غير المعروفة Rx. للقيام بذلك ، نستخدم قواعد Kirchhoff للسلاسل المتفرعة. بتطبيق قواعد كيرشوف الأولى والثانية ، حصلنا عليها

ص س \ u003d ص 0 ص 1 / ص 2.

تعتمد الدقة في تحديد R x بهذه الطريقة إلى حد كبير على اختيار المقاومة R 1 و R 2. يتم تحقيق أعلى دقة عند R 1 ≈ R 2.

يعمل مولد الإشارة كمصدر للتذبذبات الكهربائية في نطاق 0.01 هرتز - 2 ميجا هرتز بدقة عالية (بدقة 0.01 هرتز). علامة مولد الإشارة G3-110.

أرز. 2. رسم تخطيطي لجسر وينستون

تم تصميم محلل الطيف لعزل المكون 3ω من الطيف. قبل بدء العمل ، تم اختبار محلل الطيف للتوافق مع الجهد التوافقي الثالث. للقيام بذلك ، يتم تغذية إشارة من مولد G3-110 إلى دخل محلل الطيف ، وبالتوازي ، إلى مقياس الفولتميتر الرقمي واسع النطاق. تمت مقارنة القيمة الفعالة لسعة الجهد على محلل الطيف ومقياس الفولتميتر. كان التباين بين القيم 2٪. تمت معايرة محلل الطيف أيضًا في الاختبار الداخلي للجهاز ، بتردد 10 كيلو هرتز. كانت قيمة الإشارة عند تردد الموجة الحاملة 80 مللي فولت.

تم تصميم راسم الذبذبات C1-114 / 1 لدراسة شكل الإشارات الكهربائية.

قبل بدء الدراسة ، يجب وضع السخان (السلك) في عينة سائل الاختبار. يجب ألا يلمس السلك جدران الوعاء. بعد ذلك ، تم إجراء مسح التردد في النطاق من 100 إلى 1600 هرتز. على محلل الطيف عند التردد المدروس ، يتم تسجيل قيمة إشارة التوافقيات الأولى والثانية والثالثة في الوضع التلقائي.

لقياس سعة القوة الحالية ، تم استخدام مقاوم بمقاومة ~ 0.47 Ω متصل في سلسلة مع الدائرة. يجب أن تكون القيمة بحيث لا تتجاوز القيمة الاسمية لذراع القياس بترتيب 1 أوم. باستخدام راسم الذبذبات ، وجدنا الجهد U. بمعرفة R و U ، وجدنا سعة التيار I 0. لحساب الطاقة المطبقة ، يتم قياس الجهد في الدائرة.

أولاً ، يتم فحص نطاق تردد واسع. يتم تحديد نطاق تردد أضيق ، حيث يكون خطي الرسم البياني هو الأعلى. ثم ، في نطاق التردد المحدد ، يتم إجراء القياس بخطوة تردد أدق.

في الجدول. يوضح الشكل 2 نتائج قياس التوصيل الحراري لمائع نانوي ، وهو عبارة عن تعليق 0.35٪ من أكسيد الجرافين في السائل الأساسي (الماء) ، باستخدام سلك نحاسي معزول بطول 19 سم ، وقطره 100 ميكرومتر ، عند درجة حرارة 26 ° C لمدى تردد 780 ... 840 هرتز.

على التين. يوضح الشكل 3 نظرة عامة على الحامل لقياس التوصيل الحراري لسائل.

في الجدول. يوضح الشكل 3 اعتماد التوصيل الحراري لتعليق أكسيد الجرافين على تركيزه في سائل عند درجة حرارة 26 درجة مئوية. تم قياس معاملات التوصيل الحراري للسائل النانوي بتركيزات مختلفة من أكسيد الجرافين من 0 إلى 1.25٪.

الجدول 2

نتائج قياس التوصيل الحراري للسائل النانوي

نطاق الترددات	التردد الدائري	القوة الحالية	سعة الجهد التوافقي الثالث	تغير درجة الحرارة	لوغاريتم التردد الدائري	قوة	منحدر الرسم البياني	معامل التوصيل الحراري

أرز. الشكل 3. منظر عام للحامل لقياس التوصيل الحراري لسائل

في الجدول. يوضح الشكل 3 أيضًا قيم معاملات التوصيل الحراري التي تحددها صيغة Maxwell.

(10)

حيث k هي الموصلية الحرارية للسائل النانوي ؛ ك و - معامل التوصيل الحراري للسائل الأساسي ؛ ك p - معامل التوصيل الحراري للمرحلة المشتتة (الجسيمات النانوية) ؛ φ - قيمة المرحلة الأكبر لكل مرحلة من مراحل التشتت.

الجدول 3

معامل التوصيل الحراري لتعليق أكسيد الجرافين

نسبة معاملات التوصيل الحراري k exp / k theor و k exp / k tab. تظهر المياه في الشكل. أربعة.

مثل هذه الانحرافات في البيانات التجريبية عن تلك التي تنبأت بها معادلة ماكسويل الكلاسيكية ، في رأينا ، يمكن أن ترتبط بالآليات الفيزيائية لزيادة التوصيل الحراري للسائل النانوي ، وهي:

بسبب الحركة البراونية للجسيمات ؛ يخلق الخلط السائل تأثير الحمل الصغير ، وبالتالي زيادة طاقة نقل الحرارة ؛

نقل الحرارة بواسطة آلية الترشيح بشكل رئيسي على طول القنوات العنقودية المتكونة نتيجة تكتل الجسيمات النانوية التي تخترق الهيكل الكامل للمذيب (سائل عادي) ؛

تشكل جزيئات السائل الأساسي طبقات عالية التوجيه حول الجسيمات النانوية ، مما يزيد من حجم جزء الجسيمات النانوية.

أرز. 4. اعتماد نسبة معاملات التوصيل الحراري على تركيز أكسيد الجرافين

تم تنفيذ العمل بمشاركة معدات مركز الاستخدام الجماعي للمعدات العلمية "تشخيص الهياكل الدقيقة والمتناهية الصغر" بدعم مالي من وزارة التعليم والعلوم في الاتحاد الروسي.

المراجعون:

Eparkhin O.M. ، دكتوراه في العلوم التقنية ، أستاذ ، مدير فرع ياروسلافل بجامعة موسكو الحكومية لهندسة السكك الحديدية ، ياروسلافل ؛

أميروف آي.

تم استلام العمل من قبل المحررين في 28 يوليو 2014.

رابط ببليوغرافي

Zharov A.V. ، Savinsky N.G. ، Pavlov A.A. ، Evdokimov A.N. الطريقة التجريبية لقياس التوصيل الحراري للزيوت النانوية // البحوث الأساسية. - 2014. - رقم 8-6. - س 1345-1350 ؛
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view؟id=34766 (تاريخ الوصول: 02/01/2020). نلفت انتباهكم إلى المجلات التي تصدرها دار النشر "أكاديمية التاريخ الطبيعي".

وفقًا لمتطلبات القانون الفيدرالي رقم 261-FZ "بشأن توفير الطاقة" ، تم تشديد متطلبات التوصيل الحراري لمواد البناء والعزل الحراري في روسيا. اليوم ، يعد قياس الموصلية الحرارية أحد النقاط الإلزامية عند اتخاذ قرار باستخدام مادة كعازل للحرارة.

لماذا من الضروري قياس التوصيل الحراري في البناء؟

يتم التحكم في التوصيل الحراري لمواد البناء والعزل الحراري في جميع مراحل اعتمادها وإنتاجها في ظروف المختبر ، عندما تتعرض المواد لعوامل مختلفة تؤثر على خصائص أدائها. هناك عدة طرق شائعة لقياس التوصيل الحراري. لإجراء اختبار معملي دقيق للمواد ذات الموصلية الحرارية المنخفضة (أقل من 0.04 - 0.05 واط / م * كلفن) ، يوصى باستخدام أدوات تستخدم طريقة التدفق الحراري الثابت. يتم تنظيم استخدامها بواسطة GOST 7076.

تقدم شركة "Interpribor" مقياس التوصيل الحراري ، والذي يقارن سعره بشكل إيجابي مع الموجود في السوق ويلبي جميع المتطلبات الحديثة. الغرض منه هو مراقبة جودة المختبر لمواد البناء والعزل الحراري.

مزايا مقياس التوصيل الحراري ITS-1

يتميز مقياس التوصيل الحراري ITS-1 بتصميم أحادي الكتلة أصلي ويتميز بالمزايا التالية:

دورة القياس الأوتوماتيكية
مسار قياس عالي الدقة ، والذي يسمح بتثبيت درجات حرارة الثلاجة والسخان ؛
إمكانية معايرة الجهاز لأنواع معينة من المواد قيد الدراسة ، مما يزيد من دقة النتائج ؛
التعبير عن تقييم النتيجة في عملية إجراء القياسات ؛
منطقة أمنية "ساخنة" محسّنة ؛
عرض رسومي إعلامي يبسط التحكم في نتائج القياس وتحليلها.

يتم توفير ITS-1 في التعديل الأساسي الوحيد ، والذي ، بناءً على طلب العميل ، يمكن استكماله بعينات تحكم (زجاج شبكي ورغوة) ، وصندوق للمواد السائبة وحقيبة واقية لتخزين ونقل الجهاز.

حتى الآن ، لم يتم تطوير تصنيف موحد ، والذي يرتبط بمجموعة متنوعة من الأساليب الحالية. تنقسم الطرق التجريبية المعروفة لقياس التوصيل الحراري للمواد إلى مجموعتين كبيرتين: ثابتة وغير ثابتة. في الحالة الأولى ، تستخدم جودة المعادلة الحسابية حلولاً معينة لمعادلة التوصيل الحراري

المقدمة ، في الثانية - المقدمة ، حيث T هي درجة الحرارة ؛ و - الوقت - معامل الانتشار الحراري ؛ ل - معامل التوصيل الحراري. ج - السعة الحرارية النوعية ؛ د هي كثافة المادة ؛ - مشغل لابلاس ، مكتوب في نظام الإحداثيات المقابل ؛ - قوة محددة لمصدر الحرارة الحجمي.

تعتمد المجموعة الأولى من الأساليب على استخدام نظام حراري ثابت ؛ الثاني - نظام حراري غير ثابت. الطرق الثابتة لتحديد معامل التوصيل الحراري حسب طبيعة القياسات مباشرة (أي يتم تحديد معامل التوصيل الحراري بشكل مباشر) وتنقسم إلى مطلق ونسبي. في الطرق المطلقة ، تتيح المعلمات المقاسة في التجربة الحصول على القيمة المرغوبة لمعامل التوصيل الحراري باستخدام صيغة الحساب. في الطرق النسبية ، تتيح المعلمات المقاسة في التجربة الحصول على القيمة المطلوبة لمعامل التوصيل الحراري باستخدام صيغة الحساب. في الطرق النسبية ، لا تكفي المعلمات المقاسة لحساب القيمة المطلقة. هناك حالتان ممكنتان هنا. الأول هو مراقبة التغير في معامل التوصيل الحراري فيما يتعلق بالمعامل الأولي ، باعتباره وحدة. الحالة الثانية هي استخدام مادة مرجعية ذات خصائص حرارية معروفة. في هذه الحالة ، يتم استخدام معامل التوصيل الحراري للمعيار في صيغة الحساب. تتميز الطرق النسبية ببعض المزايا مقارنة بالطرق المطلقة من حيث أنها أبسط. يمكن إجراء المزيد من التقسيم للطرق الثابتة وفقًا لطبيعة التسخين (الخارجية والحجمية والمشتركة) ووفقًا لنوع درجة حرارة مجال درجة الحرارة في العينات (مسطحة ، أسطوانية ، كروية). تشمل المجموعة الفرعية للطرق مع التسخين الخارجي جميع الطرق التي تستخدم السخانات الخارجية (الكهربائية ، الحجمية ، إلخ) وتسخين أسطح العينة بالإشعاع الحراري أو القصف الإلكتروني. تجمع المجموعة الفرعية للطرق مع التسخين الحجمي جميع الطرق التي تستخدم التسخين بواسطة تيار يمر عبر العينة ، أو تسخين عينة الاختبار من النيوترون أو الإشعاع z ، أو بواسطة تيارات الميكروويف. قد تتضمن مجموعة فرعية من الطرق ذات التسخين المشترك طرقًا تستخدم في نفس الوقت التسخين الخارجي والحجم للعينات ، أو التسخين الوسيط (على سبيل المثال ، بواسطة التيارات عالية التردد).

في جميع المجموعات الفرعية الثلاث للطرق الثابتة ، مجال درجة الحرارة

قد تكون مختلفة.

تتشكل متساوي الحرارة المسطحة عندما يتم توجيه تدفق الحرارة على طول محور التناظر للعينة. تسمى الطرق التي تستخدم متساوي الحرارة المسطحة في الأدبيات بالطرق ذات التدفق الحراري المحوري أو الطولي ، وتسمى الإعدادات التجريبية نفسها بالأجهزة المسطحة.

تتوافق متساوي الحرارة الأسطواني مع انتشار تدفق الحرارة على طول نصف قطر العينة الأسطوانية. في حالة توجيه تدفق الحرارة على طول نصف قطر العينة الكروية ، تظهر متساوي الحرارة الكروية. تسمى الطرق التي تستخدم مثل هذه المتساويات الكروية ، وتسمى الأجهزة الكروية.

لدراسة التوصيل الحراري لمادة ما ، يتم استخدام مجموعتين من الطرق: ثابتة وغير ثابتة.

تعتبر نظرية الطرق الثابتة أبسط وأكثر تطورًا. لكن الطرق غير الثابتة ، من حيث المبدأ ، بالإضافة إلى معامل التوصيل الحراري ، تسمح بالحصول على معلومات حول الانتشار الحراري والسعة الحرارية. لذلك ، تم الاهتمام مؤخرًا بتطوير طرق غير ثابتة لتحديد الخصائص الفيزيائية الحرارية للمواد.

هنا ، يتم النظر في بعض الطرق الثابتة لتحديد التوصيل الحراري للمواد.

أ) طريقة الطبقة المسطحة.مع تدفق حراري أحادي البعد عبر طبقة مسطحة ، يتم تحديد معامل التوصيل الحراري بواسطة الصيغة

أين د-سماكة، تي 1 و تي 2 - درجات حرارة سطح العينة "الساخن" و "البارد".

لدراسة التوصيل الحراري بهذه الطريقة ، من الضروري إنشاء تدفق حراري قريب من البعد الواحد.

عادة لا يتم قياس درجات الحرارة على سطح العينة ، ولكن على مسافة ما منها (انظر الشكل 2.) ، لذلك ، من الضروري إدخال تصحيحات في فرق درجة الحرارة المقاس لاختلاف درجة الحرارة في طبقة السخان و برودة ، لتقليل المقاومة الحرارية لجهات الاتصال.

عند دراسة السوائل ، للقضاء على ظاهرة الحمل الحراري ، يجب توجيه التدرج الحراري على طول مجال الجاذبية (لأسفل).

أرز. 2. مخطط طرق الطبقة المسطحة لقياس التوصيل الحراري.

1 - عينة الاختبار ؛ 2 - سخان 3 - ثلاجة 4 ، 5 - حلقات عازلة ؛ 6 - سخانات الأمان ؛ 7 - المزدوجات الحرارية 8 ، 9 - المزدوجات الحرارية التفاضلية.

ب) طريقة جايجر.تعتمد الطريقة على حل معادلة حرارية أحادية البعد تصف انتشار الحرارة على طول قضيب يتم تسخينه بواسطة تيار كهربائي. تكمن صعوبة استخدام هذه الطريقة في استحالة إنشاء ظروف ثابتة ثابتة على السطح الخارجي للعينة ، مما ينتهك البعد الواحد لتدفق الحرارة.

تبدو صيغة الحساب كما يلي:

(14)

أين س- الموصلية الكهربائية لعينة الاختبار ، يوهو انخفاض الجهد بين النقاط القصوى في نهايات القضيب ، DTهو فرق درجة الحرارة بين منتصف القضيب والنقطة في نهاية القضيب.

أرز. 3. مخطط طريقة جايجر.

1 - فرن كهربائي 2 - عينة 3 - مرتكزات لتثبيت العينة ؛ T 1 ¸ T 6 - نقاط إنهاء المزدوجة الحرارية.

تستخدم هذه الطريقة في دراسة المواد الموصلة للكهرباء.

في) طريقة الطبقة الأسطوانية.السائل الذي تم فحصه (تملأ المادة السائبة طبقة أسطوانية مكونة من أسطوانتين متحدتين المحور ، واحدة من الأسطوانات ، غالبًا داخلية ، عبارة عن سخان (الشكل 4).

الشكل 4. مخطط طريقة الطبقة الأسطوانية

1 - الاسطوانة الداخلية 2 - السخان الرئيسي 3 - طبقة مادة الاختبار ؛ 4 - الاسطوانة الخارجية 5 - المزدوجات الحرارية ؛ 6 - اسطوانات الأمان ؛ 7 - سخانات إضافية ؛ 8 - الجسم.

دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في العملية الثابتة للتوصيل الحراري في جدار أسطواني ، حيث يتم الحفاظ على درجة حرارة الأسطح الخارجية والداخلية ثابتة وتساوي T 1 و T 2 (في حالتنا ، هذه هي طبقة المادة تحت الدراسة 5). دعونا نحدد تدفق الحرارة عبر الجدار بشرط أن يكون القطر الداخلي للجدار الأسطواني d 1 = 2r 1 ، والقطر الخارجي هو d 2 = 2r 2 ، l = const ، وتنتشر الحرارة فقط في الاتجاه الشعاعي .

لحل المسألة نستخدم المعادلة (12). في الإحداثيات الأسطوانية ، متى ؛ المعادلة (12) طبقًا لـ (10) تأخذ فيتامين:

. (15)

دعنا نقدم الترميز دي تي/الدكتور= 0 ، نحصل عليه

بعد دمج هذا التعبير وتقويته ، والانتقال إلى المتغيرات الأصلية ، نحصل على:

. (16)

كما يتضح من هذه المعادلة ، فإن الاعتماد T = f (r) هو لوغاريتمي.

يمكن تحديد ثوابت التكامل C 1 و C 2 عن طريق استبدال الشروط الحدودية في هذه المعادلة:

في r \ u003d r 1 T \ u003d T 1و T 1 \ u003d C 1 ln r1 + C2,

في ص = r2 T = T2و T 2 \ u003d C 1 ln r2 + C2.

حل هذه المعادلات بالنسبة ل من 1 و من 2يعطي:

;

استبدال هذه التعبيرات بـ من 1و من 2في المعادلة (1 ب) ، نحصل عليها

(17)

تتدفق الحرارة عبر مساحة سطح أسطواني نصف قطره صويتم تحديد الطول باستخدام قانون فورييه [5)

بعد الاستبدال نحصل عليه

. (18)

معامل التوصيل الحراري l بقيم معروفة س, تي 1 , تي 2 , د 1 , د 2 ، محسوبة بالصيغة

. (19)

لقمع الحمل الحراري (في حالة وجود سائل) ، يجب أن يكون للطبقة الأسطوانية سماكة صغيرة ، عادةً أجزاء من المليمتر.

يتم تحقيق تقليل خسائر النهاية في طريقة الطبقة الأسطوانية عن طريق زيادة النسبة / دوالسخانات الأمنية.

ز) طريقة السلك الساخن.في هذه الطريقة ، العلاقة / ديزيد بالتناقص د. يتم استبدال الأسطوانة الداخلية بسلك رفيع ، والذي كان عبارة عن سخان ومقاوم حرارة في نفس الوقت (الشكل 5). نتيجة للبساطة النسبية للتصميم والتطوير التفصيلي للنظرية ، أصبحت طريقة الأسلاك الساخنة واحدة من أكثر الطرق تقدمًا ودقة. في ممارسة الدراسات التجريبية للتوصيل الحراري للسوائل والغازات ، يحتل مكانة رائدة.

أرز. 5. مخطط خلية القياس المصنوع وفقًا لطريقة السلك الساخن. 1 - سلك القياس ، 2 - الأنبوب ، 3 - مادة الاختبار ، 4 - الخيوط الحالية ، 5 - الصنابير المحتملة ، 6 - ميزان الحرارة الخارجي.

في حالة انتشار تدفق الحرارة بالكامل من القسم AB شعاعيًا وفرق درجة الحرارة من T 1 - T 2 ليس كبيرًا ، بحيث يمكن اعتبار l = const ضمن هذه الحدود ، يتم تحديد التوصيل الحراري للمادة بواسطة الصيغة

, (20)

أين س AB = T × U AB هي القدرة المشتتة على السلك.

ه) طريقة الكرة.يجد التطبيق في ممارسة دراسة التوصيل الحراري للسوائل والمواد السائبة. تُعطى المادة قيد الدراسة شكل طبقة كروية ، مما يجعل من الممكن ، من حيث المبدأ ، استبعاد فقد الحرارة غير المنضبط. من الناحية الفنية ، هذه الطريقة معقدة نوعًا ما.

الوكالة الفيدرالية للتنظيم التقني والمقاييس

الوطني

اساسي

الروسية

الاتحاد

التراكيب

طبعة رسمية

Strshdfttftsm

GOST R 57967-2017

مقدمة

1 أعدته المؤسسة الفيدرالية الحكومية الموحدة "معهد أبحاث عموم روسيا لمواد الطيران" جنبًا إلى جنب مع منظمة مستقلة غير تجارية "مركز تقنين وتوحيد وتصنيف المركبات" بمشاركة اتحاد الكيانات القانونية "اتحاد المركبات المنتجون "استنادًا إلى الترجمة الرسمية إلى الروسية للنسخة الإنجليزية المحددة في الفقرة 4 من المعيار ، والتي يتم الوفاء بها بواسطة TC 497

2 مقدمة من اللجنة الفنية للتوحيد القياسي TK 497 "المركبات والهياكل والمنتجات منها"

3 تمت الموافقة عليها وتقديمها بموجب الأمر رقم 1785-st المؤرخ 21 نوفمبر 2017 للوكالة الفيدرالية للتنظيم الفني والمقاييس

4 تم تعديل هذه المواصفة القياسية من ASTM E1225-13 طريقة الاختبار القياسية للتوصيل الحراري للمواد الصلبة باستخدام Guard ed-Comparative - تقنية التدفق الحراري الطولي "، MOD) من خلال تغيير هيكلها لجعلها تتماشى مع القواعد المنصوص عليها في GOST 1.5- 2001 (الأقسام الفرعية 4.2 و 4.3).

لا تتضمن هذه المواصفة القياسية البنود 5. 12. البنود الفرعية 1.2 ، 1.3 من معيار ASTM المطبق. التي من غير المناسب استخدامها في التقييس الوطني الروسي بسبب فائضها.

البنود والبنود الفرعية المحددة ، غير المدرجة في الجزء الرئيسي من هذه المواصفة القياسية ، ترد في الملحق الإضافي نعم.

تم تغيير اسم هذا المعيار بالنسبة إلى اسم معيار ASTM المحدد لجعله يتماشى مع GOST R 1.5-2012 (القسم الفرعي 3.5).

توجد مقارنة بين هيكل هذه المواصفة القياسية وبنية معيار ASTM المحدد في الملحق الإضافي DB.

معلومات حول امتثال المعيار الوطني المرجعي لمعيار ASTM. تستخدم كمرجع في معيار ASTM المطبق. ترد في الملحق الإضافي DV

5 تم تقديمه للمرة الأولى

تم تحديد قواعد تطبيق هذا المعيار في المادة 26 من القانون الاتحادي الصادر في 29 يونيو 2015 N9 162-FZ "بشأن التقييس في الاتحاد الروسي". يتم نشر معلومات حول التغييرات التي تطرأ على هذا المعيار في دليل المعلومات السنوي (اعتبارًا من 1 يناير من العام الحالي) "المعايير الوطنية" ، والنص الرسمي للتغييرات ونصف عام - في فهرس المعلومات الشهري "المعايير الوطنية". في حالة مراجعة (استبدال) أو إلغاء هذا المعيار ، سيتم نشر إشعار مقابل في العدد التالي من فهرس المعلومات الشهري "المعايير الوطنية". معلومات ذات صلة. يتم أيضًا نشر الإخطار والنصوص في نظام المعلومات العامة - على الموقع الرسمي للوكالة الفيدرالية للتنظيم الفني والمقاييس على الإنترنت ()

لا يمكن إعادة إنتاج هذا المعيار كليًا أو جزئيًا أو استنساخه وتوزيعه كمنشور رسمي دون إذن من الوكالة الفيدرالية للتنظيم الفني والمقاييس

GOST R 57967-2017

1 مجال الاستخدام ............................................ .................. واحد

3 المصطلحات والتعاريف والتسميات ... ......... واحد

4 جوهر الطريقة ... ....... ................... 2

5 المعدات والمواد ... ................. ............. أربعة

6 التحضير للاختبار ... ................ ... أحد عشر

7 الاختبار ... .............................. ............... 12

8 معالجة نتائج الاختبار ... .................... ....... 13

9 تقرير الاختبار ... ................ .................. 13

الملحق نعم (إعلامي) النص الأصلي للعناصر الهيكلية غير المدرجة

معيار ASTM المطبق ............................................... ..15

ملحق DB (إعلامي) مقارنة بين هيكل هذه المواصفة القياسية والهيكل

معيار ASTM المطبق فيه ............................................ ... 18

الملحق DV (إعلامي) معلومات عن امتثال المعيار الوطني المرجعي لمعيار ASTM. تستخدم كمرجع في معيار ASTM المطبق ... ......................... ............. 19

GOST R 57967-2017

المعيار الوطني للاتحاد الروسي

التراكيب

تحديد الموصلية الحرارية للمواد الصلبة بطريقة التدفق الحراري الثابت أحادي البعد بواسطة سخان واقي

المركبات. تحديد التوصيل الحراري للمواد الصلبة عن طريق التدفق الحراري الثابت أحادي البعد

مع تقنية سخان الحرس

تاريخ التقديم - 2018-06-01

1 مجال الاستخدام

1.1 تحدد هذه المواصفة القياسية الدولية تحديد الموصلية الحرارية للبوليمر الصلب غير الشفاف المتجانسة والمركبات الخزفية والمعدنية عن طريق طريقة التدفق الحراري أحادي البعد بالحالة المستقرة مع سخان وقائي.

1.2 هذه المواصفة القياسية الدولية مخصصة للاستخدام في اختبار المواد التي لها موصلية حرارية فعالة في النطاق من 0.2 إلى 200 واط / (م · كلفن) في نطاق درجة حرارة من 90 كلفن إلى 1300 كلفن.

1.3 يمكن أيضًا تطبيق هذه المواصفة القياسية على المواد ذات التوصيل الحراري الفعال خارج النطاقات المحددة بدقة أقل.

2 المراجع المعيارية

يستخدم هذا المعيار مراجع معيارية للمعايير التالية:

خشونة السطح GOST 2769. المعلمات والخصائص

GOST R 8.585 نظام حالة لضمان توحيد القياسات. المزدوجات الحرارية. تقييم خصائص التحويل الثابت

ملاحظة - عند استخدام هذا المعيار ، يُنصح بالتحقق من صلاحية المعايير المرجعية في نظام المعلومات العامة - على الموقع الرسمي للوكالة الفيدرالية للتنظيم الفني والمقاييس على الإنترنت أو وفقًا لمؤشر المعلومات السنوي "المعايير الوطنية" ، الذي تم نشره اعتبارًا من 1 يناير من العام الحالي ، وبشأن إصدارات مؤشر المعلومات الشهري "المعايير الوطنية" للعام الحالي. إذا تم استبدال معيار مرجعي غير مؤرخ ، يوصى باستخدام الإصدار الحالي من هذا المعيار ، مع مراعاة أي تغييرات تم إجراؤها على هذا الإصدار. إذا تم استبدال المعيار المرجعي الذي تم تقديم المرجع المؤرخ له ، فمن المستحسن استخدام إصدار هذا المعيار مع سنة الموافقة (القبول) المشار إليها أعلاه. إذا تم ، بعد الموافقة على هذا المعيار ، إجراء تغيير على المعيار المرجعي الذي أعطيت له ذراع التسوية المؤرخة ، مما يؤثر على الحكم الذي تم تقديم المرجع إليه ، فمن المستحسن تطبيق هذا الحكم دون مراعاة هذا التغيير. إذا تم إلغاء المعيار المرجعي بدون استبدال ، فمن المستحسن تطبيق الحكم الذي يتم فيه الإشارة إليه في الجزء الذي لا يؤثر على هذا المرجع.

3 المصطلحات والتعاريف والرموز

3.1 تُستخدم المصطلحات التالية في هذا المعيار مع التعريفات الخاصة بكل منها:

3.1.1 الموصلية الحرارية / .. W / (m · K): نسبة كثافة تدفق الحرارة في ظل الظروف الثابتة عبر مساحة الوحدة إلى وحدة التدرج الحراري e الاتجاه العمودي على السطح.

طبعة رسمية

GOST R 57967-2017

3.1.2 التوصيل الحراري الظاهري تمثل التوصيل الحراري الظاهر أو الفعال.

3.2 8 من هذا المعيار ، يتم استخدام التسميات التالية:

3.2.1 X M (T)، W / (m K) - الموصلية الحرارية للعينات المرجعية حسب درجة الحرارة.

3.2.2 Eci، W / (m · K) - الموصلية الحرارية للعينة المرجعية العليا.

3.2.3 Xj '. 8t / (m · K) - الموصلية الحرارية للعينة المرجعية السفلية.

3.2.4 edT) ، W / (m · K) - الموصلية الحرارية لعينة الاختبار ، المصححة لنقل الحرارة ، إذا لزم الأمر.

3.2.5 X "$ (T)، W / (m K) - الموصلية الحرارية لعينة الاختبار ، محسوبة بدون تصحيح لانتقال الحرارة.

3.2.6> y (7)، W / (m K) - الموصلية الحرارية للعزل حسب درجة الحرارة.

3.2.7 T، K - درجة الحرارة المطلقة.

3.2.8 Z، m - المسافة المقاسة من الطرف العلوي للعبوة.

3.2.9 /، م - طول عينة الاختبار.

3.2.10 G (، K - درجة الحرارة عند Z r

3.2.11 q "، W / m 2 - التدفق الحراري لكل وحدة مساحة.

3.2.12 ZX LT ، وما إلى ذلك - الانحرافات X. G. إلخ.

3.2.13 g A، m نصف قطر عينة الاختبار.

3.2.14 g in، m - نصف القطر الداخلي للغلاف الواقي.

3.2.15 f 9 (Z)، K - درجة حرارة غلاف الاحتواء اعتمادًا على المسافة Z.

4 جوهر الطريقة

4.1 يظهر المخطط العام لطريقة التدفق الحراري الثابت أحادي البعد باستخدام سخان أمان في الشكل 1. عينة اختبار ذات موصلية حرارية غير معروفة X s. لها الموصلية الحرارية المقدرة X s / s. توضع تحت الحمل بين عينتين مرجعيتين للتوصيل الحراري X م لهما نفس منطقة المقطع العرضي والتوصيل الحراري X ^ // ^. التصميم عبارة عن حزمة تتكون من سخان قرص مع عينة اختبار وعينات مرجعية على كل جانب بين المدفأة والمشتت الحراري. يتم إنشاء تدرج درجة الحرارة في حزمة الاختبار ، ويتم تقليل فقد الحرارة إلى الحد الأدنى باستخدام سخان وقائي طولي له نفس تدرج درجة الحرارة تقريبًا. يتدفق ما يقرب من نصف الطاقة عبر كل عينة. في حالة التوازن ، يتم تحديد معامل التوصيل الحراري من تدرجات درجة الحرارة المقاسة * لعينة الاختبار والعينات المرجعية المقابلة والتوصيل الحراري للمواد المرجعية.

4.2 قم بتطبيق القوة على الكيس لضمان الاتصال الجيد بين العينات. العبوة محاطة بمادة عازلة ذات موصلية حرارية ، والعزل محاط بغلاف واقي * بنصف قطر r 8 ، يقع عند درجة حرارة T d (2). أنشئ تدرجًا لدرجة الحرارة في الكيس عن طريق الحفاظ على الجزء العلوي عند درجة حرارة T t والجزء السفلي عند درجة حرارة T in. عادة ما تكون درجة الحرارة T 9 (Z) عبارة عن تدرج درجة حرارة خطي ، يتوافق تقريبًا مع التدرج المحدد في العبوة التي تم فحصها. سخان أمان متساوي الحرارة مع درجة حرارة T؟ (ض). يساوي متوسط درجة حرارة عينة الاختبار. لا يوصى باستخدام تصميم خلية قياس الجهاز بدون سخانات واقية بسبب فقد الحرارة الكبير المحتمل ، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة. في حالة الثبات ، يتم حساب تدرجات درجة الحرارة على طول الأقسام من درجات الحرارة المقاسة على طول العينة المرجعية وعينة الاختبار. يتم حساب قيمة X "s دون مراعاة تصحيح نقل الحرارة بواسطة الصيغة (تظهر الرموز في الشكل 2).

T 4 -G 3 2 U 2 -Z، Z e -Z 5

حيث Г، - درجة الحرارة عند Z ،. K T 2 - درجة الحرارة عند Z 2 ، K G 3 - درجة الحرارة عند Z 3. إلى

GOST R 57967-2017

Г 4 - درجة الحرارة عند Z 4. إلى؛

Г 5 - درجة الحرارة عند Z s. إلى:

Г в - درجة الحرارة عند Z e. إلى:

Z - تنسيق مستشعر درجة الحرارة الأول ، م ؛

Zj - تنسيق مستشعر درجة الحرارة الثاني ، م ؛

Z 3 - تنسيق مستشعر درجة الحرارة الثالث ، م ؛

Z 4 - تنسيق مستشعر درجة الحرارة الرابع ، م ؛

Z 5 - تنسيق مستشعر درجة الحرارة الخامس ، م ؛

Z e - تنسيق مستشعر درجة الحرارة السادس ، م.

يعتبر هذا المخطط مثاليًا ، لأنه لا يأخذ في الاعتبار انتقال الحرارة بين العبوة والعزل في كل نقطة ونقل الحرارة المنتظم في كل واجهة بين العينات المرجعية وعينة الاختبار. يمكن أن تختلف الأخطاء الناتجة عن هذين الافتراضين بشكل كبير. بسبب هذين العاملين ، يجب وضع قيود على طريقة الاختبار هذه. إذا كنت ترغب في تحقيق الدقة المطلوبة.

1 - تدرج درجة الحرارة في الغلاف الواقي ؛ 2 - تدرج درجة الحرارة في العبوة ؛ 3 - المزدوجات الحرارية: 4 - مشبك.

S - سخان علوي. ب- العينة المرجعية العلوية: 7- العينة المرجعية السفلية ، ج- السخان السفلي: ج- الثلاجة. 10- سخان الأمان العلوي: I- سخان أمان

الشكل 1 - رسم تخطيطي لحزمة اختبار نموذجية واحتواء ، يوضح تطابق تدرجات درجة الحرارة

GOST R 57967-2017

7 ب

ثلاجة

أوا أويمشبرمي

عازلة؛ 2- سخان امن. ه - غلاف واقي من المعدن أو السيراميك: 4 - سخان. S - العينة المرجعية ، ب - عينة الاختبار ، x - الموقع التقريبي للمزدوجات الحرارية

الشكل 2 - مخطط طريقة التدفق الحراري الثابت أحادي البعد باستخدام سخان أمان ، مع الإشارة إلى المواقع المحتملة لتركيب مستشعرات درجة الحرارة

5 المعدات واللوازم

5.1 العينات المرجعية

5.1.1 بالنسبة للعينات المرجعية ، يجب استخدام المواد المرجعية أو المواد المرجعية ذات قيم التوصيل الحراري المعروفة. يسرد الجدول 1 بعض المواد المرجعية المعترف بها بشكل شائع. يوضح الشكل 3 مثالاً للتغيير في>. م مع درجة الحرارة * تورا.

GOST R 57967-2017

Typlofoaodoost ، EGL ^ m-K)

الشكل 3 - القيم المرجعية للتوصيل الحراري للمواد المرجعية

ملاحظة: يجب أن يكون للمادة المختارة للعينات المرجعية موصلية حرارية أقرب إلى تلك الخاصة بالمادة التي يتم قياسها.

5.1.2 الجدول 1 ليس شاملاً ويمكن استخدام مواد أخرى كمرجع. يجب تحديد المادة المرجعية ومصدر قيم X m في تقرير الاختبار.

الجدول 1 - البيانات المرجعية لخصائص المواد المرجعية

GOST R 57967-2017

نهاية الجدول 1

الجدول 2 - التوصيل الحراري للحديد الإلكتروليتي

درجة الحرارة. إلى	توصيل حراري. W / (م · ك)

GOST R 57967-2017

الجدول 3 - التوصيل الحراري للتنغستن

درجة الحرارة ، ك	توصيل حراري. 6 طن / (م ك)

GOST R 57967-2017

الجدول 4 - التوصيل الحراري للصلب الأوستنيتي

درجة الحرارة. إلى	الموصلية الحرارية ، W / (m · K)

GOST R 57967-2017

نهاية الجدول 4

5.1.3 تشمل متطلبات أي مواد مرجعية استقرار الخصائص على مدى درجة حرارة التشغيل بالكامل ، والتوافق مع المكونات الأخرى لخلية قياس الجهاز ، وسهولة ربط مستشعر درجة الحرارة ، والتوصيل الحراري المعروف بدقة. نظرًا لأن الأخطاء الناتجة عن فقد الحرارة لزيادة معينة في k تتناسب مع التغيير في k و Jk s ، يجب استخدام المادة المرجعية ج) للعينات المرجعية. م الأقرب إلى>. س .

5.1.4 إذا كانت الموصلية الحرارية لعينة الاختبار k s بين قيم معامل التوصيل الحراري للمادتين المرجعيتين ، فيجب استخدام مادة مرجعية ذات موصلية حرارية أعلى k u. لتقليل انخفاض درجة الحرارة الإجمالية على طول العبوة.

5.2 المواد العازلة

كمواد عازلة ، يتم استخدام المساحيق والمواد المشتتة والليفية لتقليل تدفق الحرارة الشعاعي في الفراغ الحلقي المحيط بالعبوة وفقدان الحرارة على طول العبوة. هناك عدة عوامل يجب مراعاتها عند اختيار العزل:

يجب أن يكون العزل مستقرًا على مدى درجة الحرارة المتوقعة ، وأن يكون له موصلية حرارية منخفضة k ، وأن يكون من السهل التعامل معه ؛

يجب ألا يلوث العزل مكونات خلية القياس مثل مستشعرات درجة الحرارة ، ويجب أن يكون منخفض السمية ويجب ألا يقوم بتوصيل الكهرباء.

عادة ما تستخدم المساحيق والمواد الصلبة لأنها سهلة الضغط. يمكن استخدام حصائر الألياف منخفضة الكثافة.

5.3 مجسات درجة الحرارة

5.3.1 يجب تركيب مستشعرين لدرجة الحرارة على الأقل في كل عينة مرجعية واثنين على عينة الاختبار. إذا أمكن ، يجب أن تحتوي العينات المرجعية وعينة الاختبار على ثلاثة مستشعرات درجة حرارة لكل منهما. هناك حاجة إلى مستشعرات إضافية لتأكيد الخطية لتوزيع درجة الحرارة على طول العبوة أو لاكتشاف خطأ بسبب مستشعر درجة الحرارة غير المعاير.

5.3.2 يعتمد نوع مستشعر درجة الحرارة على حجم خلية القياس للجهاز ونطاق درجة الحرارة والبيئة في خلية القياس بالجهاز ، والتي يتم تحديدها بواسطة العزل والعينات المرجعية وعينة الاختبار والغاز. يمكن استخدام أي جهاز استشعار بدقة كافية لقياس درجة الحرارة ، ويجب أن تكون خلية القياس للجهاز كبيرة بما يكفي بحيث يكون اضطراب تدفق الحرارة من مستشعرات درجة الحرارة ضئيلًا. عادة ما تستخدم المزدوجات الحرارية. صغر حجمها وسهولة إرفاقها من المزايا الواضحة.

5.3.3 تصنع المزدوجات الحرارية من سلك بقطر لا يتجاوز 0.1 مم. يجب الحفاظ على جميع الوصلات الباردة عند درجة حرارة ثابتة. يتم الحفاظ على درجة الحرارة هذه من خلال الملاط المبرد أو الترموستات أو تعويض النقطة المرجعية الإلكترونية. يجب أن تكون جميع المزدوجات الحرارية مصنوعة إما من سلك أو سلك معاير تم اعتماده من قبل المورد لتلبية حدود الخطأ المحددة في GOST R 8.585.

5.3.4 طرق الربط الحرارية موضحة في الشكل 4. يمكن الحصول على ملامسات داخلية في المعادن والسبائك عن طريق لحام العناصر الحرارية الفردية على الأسطح (الشكل 4 أ). يمكن ربط الوصلات الحرارية الملحومة أو الملحومة بالخرز بشكل صارم عن طريق تزوير أو تدعيم أو لحام في أخاديد ضيقة أو ثقوب صغيرة (الأشكال 4 ب ، 4 ج ، 4

5.3.5 في الشكل 46 ، تكون المزدوجة الحرارية في فتحة شعاعية ، بينما في الشكل 4 ج ، يتم سحب المزدوجة الحرارية من خلال ثقب شعاعي في المادة. 8 حالة استخدام مزدوج حراري في غلاف واقي أو مزدوج حراري ، وكلاهما مزدوجان حراريان موجودان في عازل كهربائي مع اثنين

GOST R 57967-2017

الثقوب ، يمكن استخدام جبل الحرارية الموضح في الشكل 4 د. في الحالات الثلاث الأخيرة ، يجب أن تكون المزدوجة الحرارية مرتبطة حراريًا بالسطح الصلب باستخدام مادة لاصقة مناسبة أو مادة لاصقة بدرجة حرارة عالية. يجب أن تتضمن جميع الإجراءات الأربعة الموضحة في الشكل 4 أسلاك التقسية على الأسطح ، أو لف الأسلاك في المناطق المتساوية الحرارة ، أو الأسلاك المؤرضة حراريًا على الواقي ، أو مزيجًا من الثلاثة.

5.3.6 لأن عدم دقة موقع حساس درجة الحرارة يؤدي إلى أخطاء كبيرة. يجب إيلاء اهتمام خاص لتحديد المسافة الصحيحة بين المستشعرات وحساب الخطأ المحتمل الناتج عن أي عدم دقة.

ج - شوي الجبن الداخلي مع عناصر حرارية منفصلة ملحومة لعينة الاختبار أو العينات المرجعية بطريقة تمر الإشارة عبر المادة. 6 - أخدود نصف قطري على سطح مستو لتوصيل سلك مكشوف أو مستشعر مزدوج حراري معزول بالسيراميك ؛ c ثقب شعاعي صغير يتم حفره من خلال قطعة الاختبار أو القطع المرجعية وغير معزول (مسموح به إذا كانت المادة عازلًا كهربائيًا) أو مزدوجًا حراريًا معزولًا يتم تمريره عبر الفتحة: د ثقب شعاعي صغير يتم حفره من خلال قطعة الاختبار أو القطع المرجعية والمزدوجة الحرارية الموضوعة حول الحفرة

الشكل 4 - تركيب المزدوجات الحرارية

ملحوظة: في جميع الحالات ، يجب أن تكون المزدوجات الحرارية مقواة حرارياً أو مؤرضة حرارياً بالاحتواء لتقليل خطأ القياس بسبب تدفق الحرارة من أو إلى الوصلة الساخنة.

5.4 نظام التحميل

1.4.5 تتطلب طريقة الاختبار نقلًا منتظمًا للحرارة عبر السطح البيني بين العينات المرجعية وعينة الاختبار عندما تكون مستشعرات درجة الحرارة داخل rk من السطح البيني. للقيام بذلك ، من الضروري ضمان مقاومة التلامس الموحدة.

GOST R 57967-2017

التباين في المناطق المجاورة للعينات المرجعية وعينة الاختبار ، والتي يمكن إنشاؤها عن طريق تطبيق حمل محوري مع وسيط موصل في الواجهات. لا يوصى بإجراء القياسات في الفراغ ما لم تكن ضرورية لأغراض الحماية.

5.4.2 عند اختبار المواد ذات الموصلية الحرارية المنخفضة ، يتم استخدام عينات اختبار رقيقة ، لذلك يجب تركيب مستشعرات درجة الحرارة بالقرب من السطح. في مثل هذه الحالات ، يجب إدخال طبقة رقيقة جدًا من سائل شديد التوصيل حراريًا ، أو معجون ، أو رقائق معدنية ناعمة أو شاشة في الواجهات.

يجب أن يوفر تصميم أداة القياس وسائل لفرض حمل ثابت قابل للتكرار على طول العبوة لتقليل المقاومة البينية في السطوح البينية بين العينات المرجعية وعينة الاختبار. يمكن تحميل الحمل هوائيًا أو هيدروليكيًا أو بفعل نابض أو عن طريق وضع الحمل. آليات تطبيق الحمل المذكورة أعلاه ثابتة مع تغير درجة حرارة العبوة. في بعض الحالات ، قد تكون مقاومة الانضغاط لعينة الاختبار منخفضة جدًا بحيث يجب أن تكون القوة المطبقة محدودة بوزن العينة المرجعية العليا. في هذه الحالة ، يجب إيلاء اهتمام خاص للأخطاء التي يمكن أن تحدث بسبب سوء الاتصال ، والتي يجب أن تكون مستشعرات درجة الحرارة بعيدة عن أي اضطراب في تدفق الحرارة في الواجهات.

5.5 قذيفة واقية

5.5.1 يجب وضع العبوة المكونة من عينة الاختبار والعينات المرجعية في غلاف واقي بتماثل دائري صحيح. قد يكون الغلاف الواقي من المعدن أو السيراميك ، ويجب أن يكون نصف قطره الداخلي بحيث تكون النسبة r ^ r A في النطاق من 2.0 إلى 3.5. يجب أن يحتوي الغلاف الواقي على سخان حماية واحد على الأقل للتحكم في ملف تعريف درجة الحرارة على طول الغلاف.

5.5.2 يجب أن تصمم حاوية الاحتواء وتعمل بطريقة تجعل درجة حرارة سطحها إما متساوية الحرارة وتساوي تقريبًا متوسط درجة حرارة عينة الاختبار ، أو لها شكل خطي تقريبي مطابق في الأطراف العلوية والسفلية للحاوية مع المواقف المقابلة على طول الحزمة. في كل حالة ، يجب تثبيت ما لا يقل عن ثلاثة مستشعرات لدرجة الحرارة على الحاوية في نقاط منسقة مسبقًا (انظر الشكل 2) لقياس ملف تعريف درجة الحرارة.

5.6 معدات القياس

5.6.1 توليفة مستشعر درجة الحرارة وأداة القياس المستخدمة لقياس خرج المستشعر يجب أن تكون كافية لتوفير دقة قياس درجة الحرارة تبلغ ± 0.04 كلفن وخطأ مطلق أقل من ± 0.5٪.

5.6.2 يجب أن تحافظ معدات القياس الخاصة بهذه الطريقة على درجة الحرارة المطلوبة وأن تقيس كل جهد الخرج ذي الصلة بدقة تتناسب مع دقة قياس درجة الحرارة لأجهزة استشعار درجة الحرارة.

6 التحضير للاختبار

6.1 متطلبات عينات الاختبار

6.1.1 قطع الاختبار التي تم اختبارها بهذه الطريقة لا تقتصر على هندسة الحلوى. يفضل استخدام العينات الأسطوانية أو المنشورية. يجب أن تكون مناطق التوصيل لعينة الاختبار والعينات المرجعية هي نفسها في حدود 1٪ وأي اختلاف في المنطقة يجب أن يؤخذ في الاعتبار عند حساب النتيجة. بالنسبة للتكوين الأسطواني ، يجب أن يتفق أنصاف أقطار عينة الاختبار والعينات المرجعية في حدود ± 1٪. ويجب أن يكون نصف قطر العينة المراد اختبارها ، r A ، بحيث يكون r B fr A بين 2.0 و 3.5. يجب أن يكون كل سطح مستوٍ من عينات الاختبار والمرجعية مسطحًا مع خشونة السطح لا تزيد عن R a 32 وفقًا لـ GOST 2789. ويجب أن تكون المعايير لكل سطح موازية لمحور العينة بدقة ± 10 دقيقة.

ملاحظة في بعض الحالات لا يكون هذا المطلب ضروريًا. على سبيل المثال ، قد تتكون بعض الأدوات من عينات مرجعية وعينات اختبار ذات قيم عالية لـ>. م و>. س . حيث تكون الأخطاء الناتجة عن فقدان الحرارة ضئيلة للغاية بالنسبة للمقاطع الطويلة. قد تكون هذه المقاطع بطول كافٍ للسماح بذلك

GOST R 57967-2017

والتي يجب استخدامها لتركيب مستشعرات درجة الحرارة على مسافة كافية من نقاط التلامس ، وبالتالي ضمان انتظام تدفق الحرارة. يجب اختيار طول العينة المراد اختبارها بناءً على معرفة نصف القطر والتوصيل الحراري. متي). وأعلى من الموصلية الحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ ، يمكن استخدام عينات اختبار طويلة بطول 0 جم A »1. تسمح عينات الاختبار الطويلة هذه باستخدام مسافات كبيرة بين مستشعرات درجة الحرارة ، وهذا يقلل من الخطأ بسبب عدم الدقة في موقع المستشعر. متي). أقل من الموصلية الحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ بمتر ، يجب تقليل طول عينة الاختبار ، حيث يصبح خطأ القياس الناتج عن فقدان الحرارة كبيرًا جدًا.

6.1.2 ما لم ينص على خلاف ذلك في الوثيقة المعيارية أو الوثائق الفنية للمواد. يتم استخدام عينة اختبار واحدة للاختبار.

6.2 إعداد الأجهزة

6.2.1 يتم إجراء المعايرة والتحقق من المعدات في الحالات التالية:

بعد تجميع الأجهزة:

إذا كانت نسبة X m إلى X s أقل من 0.3. أو أكثر من 3. ولا يمكن تحديد قيم التوصيل الحراري ؛

إذا كان شكل قطعة الاختبار معقدًا أو كانت قطعة الاختبار صغيرة:

إذا تم إجراء تغييرات على المعلمات الهندسية لخلية القياس بالجهاز ؛

إذا تقرر استخدام مواد مرجعية أو مواد عازلة أخرى غير تلك الواردة في الأقسام 6.3 و 6.4:

إذا كان الجهاز قد عمل مسبقًا بدرجة حرارة عالية بما يكفي لتغيير خصائص المكونات ، مثل. على سبيل المثال ، حساسية المزدوجة الحرارية.

6.2.2 يجب إجراء هذه الفحوصات بمقارنة مادتين مرجعيتين على الأقل على النحو التالي:

حدد مادة مرجعية تكون موصليةها الحرارية هي الأقرب إلى الموصلية الحرارية المتوقعة لعينة الاختبار:

يتم قياس الموصلية الحرارية X لعينة اختبار مصنوعة من مادة مرجعية باستخدام عينات مرجعية مصنوعة من مادة مرجعية أخرى لها قيمة X الأقرب إلى قيمة عينة الاختبار. على سبيل المثال ، يمكن إجراء الاختبار على عينة من السيراميك الزجاجي. باستخدام عينات مرجعية مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. إذا كانت الموصلية الحرارية المقاسة للعينة لا تتوافق مع القيمة الواردة في الجدول 1 بعد تطبيق تصحيح نقل الحرارة ، فيجب تحديد مصادر الخطأ.

7 الاختبار

7.1 حدد عينات مرجعية بحيث تكون موصليةها الحرارية بنفس الترتيب من حيث الحجم كما هو متوقع لعينة الاختبار. بعد تجهيز العينات المرجعية المطلوبة بأجهزة استشعار درجة الحرارة ووضعها في خلية القياس ، يتم تجهيز عينة الاختبار بوسائل مماثلة. يتم إدخال عينة الاختبار في الكيس بحيث يتم وضعها بين العينات المرجعية وتكون على اتصال بالعينات المرجعية المجاورة لما لا يقل عن 99٪ من كل مساحة سطح. يمكن استخدام الرقائق الناعمة أو أي وسيلة تلامس أخرى لتقليل مقاومة السطح. إذا كان يجب حماية خلية القياس من الأكسدة أثناء الاختبار ، أو إذا كان القياس يتطلب ضغط غاز أو غاز معين للتحكم في X / t ، عندئذٍ يتم ملء خلية القياس وتطهيرها بغاز العمل عند الضغط المحدد. لتحميل الحزمة ، يجب تطبيق القوة اللازمة لتقليل تأثيرات المقاومة الحرارية غير المتكافئة في الواجهة.

7.2 قم بتشغيل السخانات العلوية والسفلية من طرفي الكيس واضبطها حتى. بينما فرق درجات الحرارة بين النقطتين 2 و Zj. Z3 و Z4. و Z s و 2 ^ يجب ألا يزيد عن 200 ضعف خطأ مستشعر درجة الحرارة ، ولكن لا يزيد عن 30 كلفن ، ويجب ألا تكون عينة الاختبار عند متوسط درجة الحرارة المطلوبة للقياس. بالرغم من. أن ملف تعريف دقيق لدرجة الحرارة على طول الغلاف غير مطلوب لمدة 3. يتم التحكم في طاقة سخانات الغلاف حتى يصبح ملف درجة الحرارة على طول الغلاف T g)

الأقسام