Методи за определяне на топлопроводимостта на материалите. Измерване на топлопроводимост

У дома

В миналото са използвани много методи за измерване на топлопроводимостта. В момента някои от тях са остарели, но тяхната теория все още представлява интерес, тъй като се основават на решения на уравнения за топлопроводимост за прости системи, които често се срещат в практиката.

На първо място, трябва да се отбележи, че термичните свойства на всеки материал се проявяват в различни комбинации; обаче, ако се разглеждат като характеристики на материала, те могат да бъдат определени от различни експерименти. Нека изброим основните топлинни характеристики на телата и експериментите, от които те се определят: а) коефициент на топлопроводимост, измерен в стационарен експериментален режим; б) топлинна мощност на единица обем, която се измерва с калориметрични методи; в) величината, измерена при периодичен стационарен режим на експерименти; d) коефициент на топлопроводимост x, измерен в нестационарни експериментални условия. Всъщност повечето експерименти, проведени в нестационарен режим, по принцип позволяват както определяне, така и определяне

Ще опишем накратко най-често срещаните методи тук и ще посочим разделите, които ги покриват. По същество тези методи се разделят на такива, при които измерванията се извършват в стационарен режим (методи в стационарен режим), с периодично нагряване и в нестационарен режим (методи в нестационарен режим); Освен това те се разделят на методи, използвани при изследване на лоши проводници и при изследване на метали.

1. Методи на стационарен режим; лоши проводници. При този метод условията на основния експеримент, посочени в § 1 на тази глава, трябва да бъдат стриктно изпълнени и изследваният материал трябва да има формата на плоча. В други версии на метода можете да изучавате материал под формата на кух цилиндър (вижте § 2, глава VII) или куха сфера (вижте § 2, глава IX). Понякога изучаваният материал, през който преминава топлината, има формата на дебела пръчка, но в този случай теорията се оказва по-сложна (виж §§ 1, 2 на глава VI и § 3 на глава VIII).

2. Термични методи на стационарен режим; метали. В този случай обикновено се използва метална проба под формата на пръчка, чиито краища се поддържат при различни температури. Полуограничен прът е разгледан в § 3 на гл. IV, а пръчка с крайна дължина - в § 5 на гл. IV.

3. Стационарни електрически методи, метали. В този случай метален образец под формата на тел се нагрява чрез преминаване на електрически ток през него и краищата му се поддържат при дадени температури (виж § 11, глава IV и пример IX, § 3, глава VIII). Можете също така да използвате случая на радиален топлинен поток в проводник, нагрят от електрически ток (вижте пример V, § 2, глава VII).

4. Методи в стационарен режим за движение на течности. В този случай се измерва температурата на течността, движеща се между два резервоара, в които се поддържат различни температури (виж § 9, глава IV).

5. Методи за периодично нагряване. В тези случаи условията в краищата на пръта или плочата се променят с определен период от време; след достигане на стабилно състояние се измерват температурите в определени точки на пробата. Случаят на полуограничен прът е разгледан в § 4 на гл. IV, а пръчка с крайна дължина - в § 8 на същата глава. Подобен метод се използва за определяне на топлопроводимостта на почвата по време на температурни колебания, причинени от слънчево нагряване (виж § 12, глава II).

Напоследък тези методи станаха важни при измервания на ниски температури; те също имат предимството, че в теорията на относително сложни системи могат да се използват методи, разработени за изследване на електрически вълноводи (виж § 6, глава I).

6. Методи за нестационарен режим. В миналото преходните методи са били използвани малко по-рядко от методите в стационарно състояние. Техният недостатък е трудността да се установи как действителните гранични условия в експеримента са в съответствие с условията, постулирани от теорията. Много е трудно да се вземе предвид такова несъответствие (например, когато става въпрос за контактно съпротивление на границата), и това е по-важно за тези методи, отколкото за методите в стационарен режим (виж § 10, глава II). В същото време самите методи на нестационарен режим имат добре известни предимства. По този начин някои от тези методи са подходящи за извършване на много бързи измервания и за отчитане на малки промени в температурата; В допълнение, редица методи могат да се използват "in situ", без да се транспортира пробата до лабораторията, което е много желателно, особено при изследване на материали като почви и скали. Повечето по-стари методи използват само последната част от графиката на температурата спрямо времето; в този случай решението на съответното уравнение се изразява с един експоненциален член. В § 7 гл. IV, § 5 гл. VI, § 5 гл. VIII и § 5 гл. IX се разглежда случаят на охлаждане на тяло с проста геометрична форма с линеен топлопренос от повърхността му. В § 14 гл. IV се разглежда случаят на нестационарна температура в проводник, нагрят от електрически ток. В някои случаи се използва цялата графика на температурните промени в дадена точка (вижте § 10, глава II и § 3, глава III).

Към днешна дата не е разработена единна класификация, което се дължи на разнообразието от съществуващи методи. Известните експериментални методи за измерване на топлопроводимостта на материалите се разделят на две големи групи: стационарни и нестационарни. В първия случай качеството на формулата за изчисление използва частични решения на уравнението на топлопроводимостта

при условие, във втория - при условие, където Т е температура; f - време; - коефициент на топлопроводимост; l - коефициент на топлопроводимост; C - специфичен топлинен капацитет; g - плътност на материала; - оператор на Лаплас, записан в съответната координатна система; - специфична мощност на обемния източник на топлина.

Първата група методи се основава на използването на стационарен топлинен режим; вторият - нестационарен топлинен режим. Стационарните методи за определяне на коефициента на топлопроводимост по естеството на измерванията са директни (т.е. коефициентът на топлопроводимост се определя директно) и се разделят на абсолютни и относителни. При абсолютните методи експериментално измерените параметри позволяват да се получи желаната стойност на коефициента на топлопроводимост с помощта на изчислителна формула. При относителните методи експериментално измерените параметри позволяват да се получи желаната стойност на коефициента на топлопроводимост с помощта на изчислителна формула. При относителните методи измерените параметри не са достатъчни за изчисляване на абсолютната стойност. Тук има два възможни случая. Първият е наблюдение на промяната на коефициента на топлопроводимост спрямо първоначалния, взет за единица. Вторият случай е използването на референтен материал с известни топлинни свойства. В този случай във формулата за изчисление се използва коефициентът на топлопроводимост на стандарта. Относителните методи имат известно предимство пред абсолютните методи, защото са по-прости. По-нататъшното разделяне на стационарните методи може да се извърши по естеството на нагряване (външно, обемно и комбинирано) и по вида на изотермите на температурното поле в пробите (плоски, цилиндрични, сферични). Подгрупата на методите с външно нагряване включва всички методи, които използват външни (електрически, обемни и др.) нагреватели и нагряване на повърхностите на пробите чрез топлинно излъчване или електронно бомбардиране. Подгрупа методи с обемно нагряване комбинира всички методи, които използват нагряване чрез ток, преминаващ през проба, нагряване на изследваната проба от неутронно или g-лъчение или ултрависокочестотни токове. Подгрупа от методи с комбинирано нагряване може да включва методи, които едновременно използват външно и обемно нагряване на проби или междинно нагряване (например с високочестотни токове).

И в трите подгрупи стационарни методи температурното поле

може да е различно.

Плоските изотерми се образуват, когато топлинният поток е насочен по протежение на оста на симетрия на пробата. Методите, използващи плоски изотерми, в литературата се наричат методи с аксиален или надлъжен топлинен поток, а самите експериментални установки - плоски устройства.

Цилиндричните изотерми съответстват на разпространението на топлинния поток по радиуса на цилиндрична проба. В случай, че топлинният поток е насочен по радиуса на сферична проба, възникват сферични изотерми. Методите, използващи такива изотерми, се наричат сферични, а устройствата - сферични.

За изследване на топлопроводимостта на дадено вещество се използват две групи методи: стационарни и нестационарни.

Теорията на стационарните методи е по-проста и по-пълно развита. Но нестационарните методи по принцип, в допълнение към коефициента на топлопроводимост, позволяват да се получи информация за коефициента на топлопроводимост и топлинния капацитет. Ето защо напоследък се обръща много внимание на разработването на нестационарни методи за определяне на топлофизичните свойства на веществата.

Тук се обсъждат някои стационарни методи за определяне на топлопроводимостта на веществата.

а) Метод на плосък слой.За едномерен топлинен поток през плосък слой коефициентът на топлопроводимост се определя по формулата

Където д-дебелина, T 1 и T 2 - температури на "горещата" и "студената" повърхност на пробата.

За да се изследва топлопроводимостта с помощта на този метод, е необходимо да се създаде топлинен поток, близък до едноизмерен.

Обикновено температурите се измерват не на повърхността на пробата, а на известно разстояние от тях (виж фиг. 2), поради което е необходимо да се въведат корекции в измерената температурна разлика за температурната разлика в нагревателния и охладителния слой, за да се минимизирайте термичното съпротивление на контактите.

При изследване на течности, за да се елиминира явлението конвекция, температурният градиент трябва да бъде насочен по протежение на гравитационното поле (надолу).

Ориз. 2. Диаграма на методите с плосък слой за измерване на топлопроводимост.

1 – изследвана проба; 2 – нагревател; 3 – хладилник; 4, 5 – изолационни пръстени; 6 – охранителни нагреватели; 7 – термодвойки; 8, 9 – диференциални термодвойки.

б) метод на Джегер.Методът се основава на решаването на едномерно топлинно уравнение, което описва разпространението на топлина по прът, нагрят от електрически ток. Трудността при използването на този метод е невъзможността да се създадат строги адиабатични условия на външната повърхност на пробата, което нарушава едномерността на топлинния поток.

Формулата за изчисление изглежда така:

(14)

Където с- електропроводимост на пробата за изпитване, U– спад на напрежението между крайните точки в краищата на пръта, Д.Т.– температурна разлика между средата на пръта и точката в края на пръта.

Ориз. 3. Схема на метода Jaeger.

1 – електрическа пещ; 2 – образец; 3 – цапфи за закрепване на образеца; T 1 ¸ T 6 – местата, където са уплътнени термодвойки.

Този метод се използва при изследване на електропроводими материали.

V) Метод на цилиндричния слой.Изследваната течност (насипен материал) запълва цилиндричен слой, образуван от два коаксиално разположени цилиндъра, най-често вътрешният, е нагревател (фиг. 4).

Фиг. 4. Схема на метода на цилиндричния слой

1 - вътрешен цилиндър; 2 - основен нагревател; 3 - слой от тестваното вещество; 4 – външен цилиндър; 5 - термодвойки; 6 – предпазни цилиндри; 7 - допълнителни нагреватели; 8 - тяло.

Нека разгледаме по-подробно стационарния процес на топлопроводимост в цилиндрична стена, чиято температура на външната и вътрешната повърхност се поддържа постоянна и равна на T 1 и T 2 (в нашия случай това е слоят на веществото в процес на изследване 5). Нека определим топлинния поток през стената, при условие че вътрешният диаметър на цилиндричната стена е d 1 = 2r 1, а външният диаметър е d 2 = 2r 2, l = const и топлината се разпространява само в радиална посока.

За да решим проблема, използваме уравнение (12). В цилиндрични координати, когато ; уравнение (12), съгласно (1O), приема формата:

. (15)

Нека въведем нотацията dT/д-р= 0, получаваме

След интегриране и потенциране на този израз, преминавайки към оригиналните променливи, получаваме:

. (16)

Както се вижда от това уравнение, зависимостта T=f(r) е логаритмична.

Интеграционните константи C 1 и C 2 могат да бъдат определени, ако граничните условия се заменят в това уравнение:

при r=r 1 T = T 1И T 1 = C 1вътре r 1 +C 2,

при r=r 2 T=T 2И Т 2 = С 1вътре r 2 +C 2.

Решението на тези уравнения е относително към СЪС 1 и C 2дава:

;

Вместо това заместваме тези изрази C 1И C 2в уравнение (1b), получаваме

(17)

топлинен поток през зоната на цилиндрична повърхност с радиус rи дължината се определя с помощта на закона на Фурие (5)

След замяна получаваме

. (18)

Коефициент на топлопроводимост l за известни стойности Q, T 1 , T 2 , д 1 , д 2, изчислено по формулата

. (19)

За да се потисне конвекцията (в случай на течност), цилиндричният слой трябва да има малка дебелина, обикновено част от милиметър.

Намаляването на крайните загуби при метода на цилиндричния слой се постига чрез увеличаване на съотношението / ди охранителни нагреватели.

G) Метод с гореща жица.При този метод връзката / днараства поради намаляване д. Вътрешният цилиндър е заменен с тънък проводник, който е едновременно нагревател и съпротивителен термометър (фиг. 5). В резултат на относителната простота на дизайна и подробното развитие на теорията, методът с нагрята жица се превърна в един от най-модерните и точни. В практиката на експерименталните изследвания на топлопроводимостта на течности и газове тя заема водещо място.

Ориз. 5. Схема на измервателна клетка, направена по метода на нагрята жица. 1 – измервателен проводник, 2 – тръба, 3 – изпитвано вещество, 4 – токопроводи, 5 – потенциални проводници, 6 – външен термометър.

При условие, че целият топлинен поток от сечение AB се простира радиално и температурната разлика T 1 – T 2 не е голяма, така че в тези граници можем да считаме l = const, коефициентът на топлопроводимост на веществото се определя по формулата

, (20)

Където Q AB = T × U AB е мощността, освободена по проводника.

д) Метод на топката.Намира приложение в практиката за изследване на топлопроводимостта на течности и насипни материали. Изследваното вещество получава формата на сферичен слой, което позволява по принцип да се елиминират неконтролираните загуби на топлина. Технически този метод е доста сложен.

Какъвто и да е мащабът на строителството, първата стъпка е разработването на проект. Чертежите отразяват не само геометрията на конструкцията, но и изчисляването на основните топлинни характеристики. За да направите това, трябва да знаете топлопроводимостта на строителните материали. Основната цел на строителството е да се изградят трайни конструкции, трайни конструкции, които са удобни, без прекомерни разходи за отопление. В тази връзка познаването на коефициентите на топлопроводимост на материалите е изключително важно.

Тухлата има по-добра топлопроводимост

Характеристики на индикатора

Терминът топлопроводимост се отнася до преноса на топлинна енергия от по-нагрети обекти към по-малко нагрети. Обменът продължава до достигане на температурно равновесие.

Топлообменът се определя от продължителността на времето, през което температурата в помещенията е в съответствие с температурата на околната среда. Колкото по-малък е този интервал, толкова по-голяма е топлопроводимостта на строителния материал.
За да се характеризира проводимостта на топлината, се използва понятието коефициент на топлопроводимост, което показва колко топлина преминава през такава и такава повърхност за такова и такова време. Колкото по-висок е този показател, толкова по-голям е топлообменът и сградата се охлажда много по-бързо. По този начин при изграждането на конструкции се препоръчва използването на строителни материали с минимална топлопроводимост.
В това видео ще научите за топлопроводимостта на строителните материали:
Как да определите загубата на топлина
Основните елементи на сградата, през които излиза топлината:
врати (5-20%);
пол (10-20%);
покрив (15-25%);
стени (15-35%);
прозорци (5-15%).

Нивото на топлинни загуби се определя с помощта на термовизионна камера. Червеното показва най-трудните зони, жълтото и зеленото показват по-малко загуби на топлина. Зоните с най-малко загуби са маркирани в синьо. Коефициентът на топлопроводимост се определя в лабораторни условия и се издава сертификат за качество на материала.
Стойността на топлопроводимостта зависи от следните параметри:
Порьозност. Порите показват хетерогенност на структурата. Когато топлината преминава през тях, охлаждането ще бъде минимално.
Влажност. Високото ниво на влажност провокира изместването на сухия въздух от капчици течност от порите, поради което стойността се увеличава многократно.
Плътност. По-високата плътност насърчава по-активно взаимодействие на частиците. В резултат на това топлообменът и температурното балансиране протичат по-бързо.

Коефициент на топлопроводимост
Загубата на топлина в къщата е неизбежна и се получава, когато температурата навън е по-ниска от вътрешната. Интензитетът е променлив и зависи от много фактори, основните от които са следните:
Площта на повърхностите, участващи в топлообмена.
Индикатор за топлопроводимост на строителни материали и строителни елементи.
Температурна разлика.

Гръцката буква λ се използва за обозначаване на топлопроводимостта на строителните материали. Мерна единица – W/(m×°C). Изчислението се прави за 1 m² стена с дебелина на метър. Тук се приема температурна разлика от 1°C.

Казус
Традиционно материалите се разделят на топлоизолационни и структурни. Последните имат най-висока топлопроводимост; те се използват за изграждане на стени, тавани и други огради. Според таблицата с материали, когато се изграждат стени от стоманобетон, за да се осигури нисък топлообмен с околната среда, тяхната дебелина трябва да бъде приблизително 6 m структурата ще бъде обемиста и скъпа.
Ако топлопроводимостта е неправилно изчислена по време на проектирането, жителите на бъдещия дом ще се задоволят само с 10% от топлината от енергийни източници. Поради това се препоръчва допълнително да се изолират къщи, направени от стандартни строителни материали.

Ако изолацията е правилно хидроизолирана, високата влажност не влияе на качеството на топлоизолацията и устойчивостта на конструкцията към пренос на топлина ще стане много по-висока.

Най-добрият вариант е да използвате изолация
Най-често срещаният вариант е комбинация от носеща конструкция от високоякостни материали с допълнителна топлоизолация. Например:
Рамкова къща. Изолацията се поставя между шпилките. Понякога, с леко намаляване на топлообмена, е необходима допълнителна изолация от външната страна на основната рамка.
Изграждане от стандартни материали. Когато стените са тухлени или шлакоблок, изолацията се извършва отвън.

Строителни материали за външни стени
Днес стените се изграждат от различни материали, но най-популярните остават: дърво, тухли и строителни блокове. Основните разлики са в плътността и топлопроводимостта на строителните материали. Сравнителният анализ ни позволява да намерим средно положение във връзката между тези параметри. Колкото по-голяма е плътността, толкова по-голяма е носимоспособността на материала, а оттам и на цялата конструкция. Но термичното съпротивление става по-малко, тоест разходите за енергия се увеличават. Обикновено при по-ниска плътност има порьозност.
Коефициент на топлопроводимост и неговата плътност.
Изолация за стени
Изолационните материали се използват, когато термичното съпротивление на външните стени не е достатъчно. Обикновено дебелина от 5-10 см е достатъчна за създаване на комфортен вътрешен микроклимат.
Стойността на коефициента λ е дадена в следващата таблица.
Топлинната проводимост измерва способността на материала да предава топлина през себе си. Много зависи от състава и структурата. Плътните материали като метали и камъни са добри проводници на топлина, докато веществата с ниска плътност като газ и пореста изолация са лоши проводници.

ФЕДЕРАЛНА АГЕНЦИЯ ЗА ТЕХНИЧЕСКО РЕГУЛИРАНЕ И МЕТРОЛОГИЯ

НАЦИОНАЛЕН

СТАНДАРТ

РУСКИ

ФЕДЕРАЦИЯ

КОМПОЗИТИ

Официална публикация

Stshdfttftsm

ГОСТ Р 57967-2017

Предговор

1 ИЗГОТВЕНО от Федералното държавно унитарно предприятие "Всеруски научноизследователски институт за авиационни материали" съвместно с автономната организация с нестопанска цел "Център за стандартизация, стандартизация и класификация на композити" с участието на Асоциацията на юридическите лица "Съюз на композитните Производители" въз основа на официалния превод на руски език на английската версия, посочена в параграф 4 от стандарта, който се прилага от TC 497

2 ВЪВЕДЕНО от Техническия комитет по стандартизация TC 497 „Композитни материали, конструкции и продукти, направени от тях“

3 ОДОБРЕНО И ВЛИЗАНО В СИЛА със Заповед на Федералната агенция за техническо регулиране и метрология от 21 ноември 2017 г. № 1785-st

4 Този стандарт е модифициран от ASTM E1225-13 Standard Test Method for Thermal Conductivity of Solids Using the Guard ed-Comparative -Longitudinal Heat Flow Technique", MOD) чрез промяна на структурата му, за да отговаря на правилата, установени в GOST 1.5-2001 (подраздели 4.2 и 4.3).

Този стандарт не включва клаузи 5. 12. подточки 1.2, 1.3 от приложения стандарт ASTM. които са неподходящи за използване в руската национална стандартизация поради тяхната излишност.

Специфицираните параграфи и подпараграфи, които не са включени в основната част на този стандарт, са дадени в Допълнително приложение ДА.

Името на този стандарт е променено спрямо името на посочения стандарт ASTM, за да го приведе в съответствие с GOST R 1.5-2012 (подраздел 3.5).

Сравнение на структурата на този стандарт със структурата на посочения стандарт ASTM е дадено в допълнителното приложение DB.

Информация за съответствието на референтния национален стандарт със стандарта ASTM. използвани като еталон в приложения стандарт ASTM. са дадени в допълнително приложение DV

5 ПРЕДСТАВЕНО ЗА ПЪРВИ ПЪТ

Правилата за прилагане на този стандарт са установени в член 26 от Федералния закон от 29 юни 2015 г. N9 162-FZ „За стандартизацията в Руската федерация“. Информацията за промените в този стандарт се публикува в годишния (от 1 януари на текущата година) информационен индекс „Национални стандарти“, а официалният текст на промените и инструкциите се публикува в месечния информационен индекс „Национални стандарти“. В случай на преразглеждане (замяна) или отмяна на този стандарт, съответното съобщение ще бъде публикувано в следващия брой на месечния информационен индекс „Национални стандарти“. Уместна информация. уведомление и текстове също са публикувани в публичната информационна система - на официалния уебсайт на Федералната агенция за техническо регулиране и метрология в Интернет ()

Този стандарт не може да бъде изцяло или частично възпроизвеждан, копиран или разпространяван като официална публикация без разрешение от Федералната агенция за техническо регулиране и метрология

ГОСТ Р 57967-2017

1 област на използване ............................................ ... ..................1

3 Термини, определения и обозначения..................................... ....... 1

4 Същност на метода................................................. ...... 2

5 Оборудване и материали ............................................. ...... 4

6 Подготовка за теста ............................................. ...... .......единадесет

7 Провеждане на тестове ............................................. ..... ...............12

8 Обработка на резултатите от теста ............................................. .................. 13

9 Протокол от изпитване ................................................. .................. .................13

Приложение ДА (препратка) Не е включен оригинален текст на структурни елементи

приложен стандарт ASTM..................................... ....15

Приложение DB (информативно) Сравнение на структурата на този стандарт със структурата

Стандартът ASTM, прилаган в него.................................. .........18

Приложение DV (справка) Информация за съответствието на референтния национален стандарт със стандарта ASTM. използвани като референция в прилагания стандарт ASTM..................................... ........... 19

ГОСТ Р 57967-2017

НАЦИОНАЛЕН СТАНДАРТ НА РУСКАТА ФЕДЕРАЦИЯ

КОМПОЗИТИ

Определяне на топлопроводимостта на твърди вещества по метода на стационарен едномерен топлинен поток със защитен нагревател

Композити. Определяне на топлопроводимостта на твърди частици чрез стационарен едномерен топлинен поток

с техника на предпазен нагревател

Дата на въвеждане - 2018-06-01

1 област на използване

1.1 Този стандарт специфицира определянето на топлопроводимостта на хомогенни непрозрачни твърди полимерни, керамични и метални композити, като се използва метод на едноизмерен топлинен поток в стационарно състояние с предпазен нагревател.

1.2 Този стандарт е предназначен за използване при изпитване на материали с ефективна топлопроводимост в диапазона от 0,2 до 200 W/(m-K) в температурния диапазон от 90 K до 1300 K.

1.3 Този стандарт може също да се използва при изпитване на материали с ефективна топлопроводимост извън определените диапазони с по-ниска точност.

2 Нормативни справки

Този стандарт използва нормативни препратки към следните стандарти:

ГОСТ 2769 Грапавост на повърхността. Параметри и характеристики

GOST R 8.585 Държавна система за осигуряване на еднаквост на измерванията. Термодвойки. Номинални статични характеристики на преобразуване

Забележка - Когато използвате този стандарт, препоръчително е да проверите валидността на референтните стандарти в публичната информационна система - на официалния уебсайт на Федералната агенция за техническо регулиране и метрология в Интернет или като използвате годишния информационен индекс „Национални стандарти“ , който е публикуван към 1 януари на текущата година, и по изданията на месечния информационен индекс „Национални стандарти” за текущата година. Ако бъде заменен референтен стандарт без дата, се препоръчва да се използва текущата версия на този стандарт, като се вземат предвид всички промени, направени в тази версия. Ако датиран референтен стандарт бъде заменен, се препоръчва да се използва версията на този стандарт с годината на одобрение (приемане), посочена по-горе. Ако след одобрението на този стандарт бъде направена промяна в референтния стандарт, към който е даден датираният сипей, засягащ разпоредбата, към която е дадена препратка, тогава се препоръчва тази разпоредба да се прилага, без да се взема предвид тази промяна . Ако референтният стандарт бъде отменен без замяна, тогава разпоредбата, в която е дадена препратка към него, се препоръчва да се прилага в частта, която не засяга тази препратка.

3 Термини, определения и обозначения

3.1 В този стандарт се използват следните термини със съответните дефиниции:

3.1.1 топлопроводимост /.. W/(m K): Съотношението на плътността на топлинния поток при стационарни условия през единица площ към единица температурен градиент в посока, перпендикулярна на повърхността.

Официална публикация

ГОСТ Р 57967-2017

3.1.2 видима топлопроводимост: Когато има методи за пренос на топлина през материал, различни от топлопроводимостта, резултатите от измерванията, направени с помощта на този метод за изпитване. представляват привидната или ефективна топлопроводимост.

3.2 8 от този стандарт се използват следните символи:

3.2.1 X M (T), W/(m K) - топлопроводимост на еталонни проби в зависимост от температурата.

3.2.2 Oetzi, W/(m K) - топлопроводимост на горната еталонна проба.

3.2.3 Xjj’. 8t/(m K) - топлопроводимост на долната еталонна проба.

3.2.4 edT), W/(m K) - топлопроводимост на пробата за изпитване, коригирана за пренос на топлина, ако е необходимо.

3.2.5 X"$(T), W/(m K) - топлопроводимост на пробата за изпитване, изчислена без отчитане на корекцията за пренос на топлина.

3.2.6 >у(7), W/(m K) - топлопроводимост на изолацията в зависимост от температурата.

3.2.7 G, K - абсолютна температура.

3.2.8 Z, m - разстояние, измерено от горния край на опаковката.

3.2.9 /, m - дължина на пробата за изпитване.

3.2.10 G (, K - температура при Z r

3.2.11 q", W/m 2 - топлинен поток на единица площ.

3.2.12 ZH LT и др. - отклонения X. G. и др.

3.2.13 g A, m - радиус на пробата за изпитване.

3.2.14 g in, m - вътрешен радиус на защитната обвивка.

3.2.15 f 9 (Z), K - температура на защитната обвивка в зависимост от разстоянието Z.

4 Същност на метода

4.1 Общата диаграма на метода на стационарен едномерен топлинен поток с използване на защитен нагревател е показана на фигура 1. Тестова проба с неизвестна топлопроводимост X s. с изчислена топлопроводимост X s // s . монтирани под товар между два еталонни образеца с топлопроводимост X m, имащи еднаква площ на напречното сечение и специфична топлопроводимост X^//^. Дизайнът е пакет, състоящ се от дисков нагревател с тестова проба и референтни проби от всяка страна между нагревателя и радиатора. Създава се температурен градиент в изследваната опаковка; топлинните загуби са сведени до минимум чрез използването на надлъжен защитен нагревател, който има приблизително същия температурен градиент. Около половината от енергията преминава през всяка проба. В равновесно състояние коефициентът на топлопроводимост се определя въз основа на измерените температурни градиенти на изпитваната проба и съответните еталонни проби и топлопроводимостта на еталонните материали.

4.2 Приложете сила върху торбата, за да осигурите добър контакт между пробите. Пакетът е заобиколен от изолационен материал с топлопроводимост, затворен в защитна обвивка с радиус r 8, разположена при температура T d (2). Установява се температурен градиент в торбата чрез поддържане на горната част при температура Tm и долната част при температура Tb. Температурата T 9 (Z) обикновено е линеен температурен градиент, приблизително съответстващ на градиента, установен в изпитваната опаковка. Изотермичен защитен нагревател с температура T ? (Z). равна на средната температура на изпитваната проба. Не се препоръчва използването на конструкцията на измервателната клетка на уреда без предпазни нагреватели поради възможни големи топлинни загуби, особено при повишени температури. В стационарно състояние градиентите на температурата по протежение на секциите се изчисляват на базата на измерените температури по протежение на две референтни проби и пробата за изпитване. Стойността на X" s без да се взема предвид корекцията за пренос на топлина се изчислява по формулата (символите са показани на фигура 2).

T 4 -G 3 2 U 2 -Z, Z e -Z 5

където Г, е температурата при Z,. K T 2 - температура при Z 2, K G 3 - температура при Z 3. ДА СЕ

ГОСТ Р 57967-2017

G 4 - температура при Z 4. ДА СЕ;

Г 5 - температура при Z s. ДА СЕ:

Гв - температура при Z e. ДА СЕ:

Z, - координата на 1-ви температурен датчик, m;

Zj - координата на 2-ри температурен датчик, m;

Z 3 - координата на 3-ти температурен датчик, m;

Z 4 - координата на 4-ти температурен датчик, m;

Z 5 - координата на 5-ия температурен датчик, m;

Z e - координата на 6-ти температурен датчик, m.

Тази схема е идеализирана, тъй като не взема предвид топлообмена между опаковката и изолацията във всяка точка и равномерния топлопренос на всяка граница между референтните проби и тестовата проба. Грешките, причинени от тези две предположения, могат да варират значително. Поради тези два фактора трябва да се наложат ограничения на този метод за изпитване. ако трябва да постигнете необходимата точност.

1 - температурен градиент в защитната обвивка: 2 - температурен градиент в опаковката; 3 - термодвойка: 4 - скоба.

S - горен нагревател. b - горна референтна проба: 7 - долна еталонна проба, c - долен нагревател: c - хладилник. 10 - горен защитен нагревател: I - защитен нагревател

Фигура 1 - Диаграма на типична тестова опаковка и защитна обвивка, показваща съответствието на температурните градиенти

ГОСТ Р 57967-2017

7 b

Охладени

Оай оимшпрми

изолация; 2 - защитен нагревател. E - метална или керамична защитна обвивка: 4 - нагревател. S - референтна проба, b - тестова проба, x - приблизително местоположение на термодвойките

Фигура 2 - Схема на метода на едномерния стационарен топлинен поток с използване на защитен нагревател, показваща възможните места за инсталиране на температурни сензори

5 Оборудване и материали

5.1 Референтни проби

5.1.1 За референтни проби трябва да се използват референтни материали или стандартни материали с известни стойности на топлопроводимост. Таблица 1 показва някои от общоприетите референтни материали. Фигура 3 показва приблизителната промяна >. м с температура.

ГОСТ Р 57967-2017

Typlofoaodoost, EGL^m-K)

Фигура 3 - Референтни стойности на топлопроводимостта на референтните материали

Забележка - Материалът, избран за референтни проби, трябва да има топлопроводимост, която е най-близка до топлопроводимостта на материала, който се измерва.

5.1.2 Таблица 1 не е изчерпателна и други материали могат да се използват като референтни материали. Референтният материал и източникът на стойностите на X m трябва да бъдат посочени в протокола от изпитването.

Таблица 1 - Референтни данни за характеристиките на референтните материали

ГОСТ Р 57967-2017

Край на таблица 1

Таблица 2 - Топлопроводимост на електролитно желязо

температура. ДА СЕ	Топлопроводимост. W/(m K)

ГОСТ Р 57967-2017

Таблица 3 - Топлопроводимост на волфрам

Температура, К	Топлопроводимост. 6t/(mK)

ГОСТ Р 57967-2017

Таблица 4 - Топлопроводимост на аустенитна стомана

температура. ДА СЕ	Топлопроводимост, W/(m K)

ГОСТ Р 57967-2017

Край на таблица 4

5.1.3 Изискванията за всякакви референтни материали включват стабилност на свойствата в целия работен температурен диапазон, съвместимост с други компоненти на измервателната клетка на инструмента, лекота на монтиране на температурния сензор и точно известна топлопроводимост. Тъй като грешките, дължащи се на загуба на топлина за определено увеличение на k, са пропорционални на промяната на k и Jk s, референтният материал c) трябва да се използва за референтни проби. m най-близо до >. с.

5.1.4 Ако топлопроводимостта на изпитваната проба k s е между стойностите на топлопроводимостта на два референтни материала, трябва да се използва референтният материал с по-висока топлопроводимост k u. за намаляване на общия спад на температурата по дължината на опаковката.

5.2 Изолационни материали

Прахообразни, диспергирани и влакнести материали се използват като изолационни материали за намаляване на радиалния топлинен поток в пръстеновидното пространство около опаковката и загубата на топлина по дължината на опаковката. Има няколко фактора, които трябва да имате предвид при избора на изолация:

Изолацията трябва да бъде стабилна в очаквания температурен диапазон, да има ниска стойност на топлопроводимост и да бъде лесна за работа;

Изолацията не трябва да замърсява компонентите на клетката на инструмента, като температурни сензори, трябва да има ниска токсичност и не трябва да провежда електрически ток.

Обикновено се използват прахове и твърди вещества, тъй като са лесни за компактиране. Могат да се използват влакнести подложки с ниска плътност.

5.3 Температурни сензори

5.3.1 Най-малко два температурни сензора трябва да бъдат инсталирани на всяка референтна проба и два на пробата за изпитване. Ако е възможно, референтните проби и тестовата проба трябва да съдържат по три температурни сензора. Необходими са допълнителни сензори за потвърждаване на линейността на разпределението на температурата по протежение на опаковката или за откриване на грешка поради некалибриран температурен сензор.

5.3.2 Типът температурен сензор зависи от размера на измервателната клетка на инструмента, температурния диапазон и околната среда в измервателната клетка на инструмента, определени от изолацията, референтните проби, тестовата проба и газа. Всеки сензор с достатъчна точност може да се използва за измерване на температурата, като измервателната клетка на устройството трябва да е достатъчно голяма, така че смущението на топлинния поток от температурните сензори да е незначително. Обикновено се използват термодвойки. Техният малък размер и лесното им закрепване са ясни предимства.

5.3.3 Термодвойките трябва да бъдат направени от тел с диаметър не по-голям от 0,1 mm. Всички студени връзки трябва да се поддържат при постоянна температура. Тази температура се поддържа от охладено окачване, термостат или електронна компенсация на референтната точка. Всички термодвойки трябва да бъдат произведени или от калибрирана жица, или от жица, която е сертифицирана от доставчика, за да се осигурят границите на грешката, определени в GOST R 8.585.

5.3.4 Методите за закрепване на термодвойки са показани на Фигура 4. Вътрешни контакти могат да бъдат получени в метали и сплави чрез заваряване на отделни термоелементи към повърхности (Фигура 4а). Връзките на термодвойките, заварени в челно или гнездо, могат да бъдат здраво закрепени чрез коване, циментиране или заваряване в тесни жлебове или малки отвори (фигури 4b, 4c и 4

5.3.5 На фигура 46 термодвойката е разположена в радиален слот, а на фигура 4c термодвойката е изтеглена през радиален отвор в материала. 8 в случай на използване на термодвойка в защитна обвивка или термодвойка, двата термоелемента на която са разположени в електрически изолатор с две

ГОСТ Р 57967-2017

дупки, може да се използва стойката за термодвойка, показана на фигура 4d. В последните три случая термодвойката трябва да бъде термично залепена към твърдата повърхност с подходящо лепило или високотемпературен цимент. И четирите процедури, показани на фигура 4, трябва да включват втвърдяване на проводници върху повърхности, обвиване на проводници в изотермични зони, термично заземяване на проводници на предпазителя или комбинация от трите.

5.3.6 Тъй като неточното местоположение на температурния датчик води до големи грешки. Трябва да се обърне особено внимание, за да се определи правилното разстояние между сензорите и да се изчисли възможната грешка, произтичаща от всяка неточност.

c - вътрешна обувка за сирене с отделни термодвойки, заварени към изпитваната проба или референтни проби, така че сигналът да преминава през материала. 6 - радиален жлеб върху плоската повърхност на закрепването на гол проводник или сензор за термодвойка с керамична изолация; c - малък радиален отвор, пробит през изпитвания образец или еталонни проби, и гола (допустимо, ако материалът е електрически изолатор) или изолирана термодвойка, издърпана през отвора: d - малък радиален отвор, пробит през тестовия образец или еталонни проби , и термодвойка , поставена върху отвора

Фигура 4 - Монтиране на термодвойки

ЗАБЕЛЕЖКА Във всички случаи термоелементите трябва да бъдат термично закалени или термично заземени към защитната обвивка, за да се сведе до минимум грешката при измерване, дължаща се на топлинния поток към или от горещата връзка.

5.4 Система за зареждане

5.4.1 Методът за изпитване изисква равномерен пренос на топлина през границата между еталонните образци и пробната проба, когато температурните сензори са разположени в рамките на r k от границата. За да направите това, е необходимо да се осигури еднакво контактно съпротивление

ГОСТ Р 57967-2017

разтопяване на съседните зони на еталонните образци и образеца за изпитване, което може да се създаде чрез прилагане на аксиално натоварване в комбинация с проводяща среда на интерфейсите. Не се препоръчва да се извършват измервания във вакуум, освен ако това не е необходимо за защитни цели.

5.4.2 При изпитване на материали с ниска топлопроводимост се използват тънки образци за изпитване, така че температурните сензори трябва да се монтират близо до повърхността. В такива случаи на интерфейсите трябва да се постави много тънък слой от силно топлопроводима течност, паста, меко метално фолио или екран.

5.4.3 Конструкцията на измервателния уред трябва да осигурява средства за прилагане на повтарящо се и постоянно натоварване по дължината на купчината, за да се сведат до минимум междинните съпротивления на границите между еталонните проби и тестовата проба. Натоварването може да бъде приложено пневматично, хидравлично, чрез пружинно действие или чрез поставяне на товар. Горните механизми за прилагане на натоварването са постоянни, тъй като температурата на опаковката се променя. В някои случаи якостта на натиск на образеца за изпитване може да бъде толкова ниска, че приложената сила трябва да бъде ограничена от теглото на горния еталонен образец. В този случай трябва да се обърне специално внимание на грешките, които могат да бъдат причинени от лош контакт, за които температурните сензори трябва да бъдат разположени далеч от всякакви смущения на топлинния поток в интерфейсите.

5.5 Защитно покритие

5.5.1 Опаковката, състояща се от тестовата проба и референтните проби, трябва да бъде затворена в защитна обвивка с правилна кръгова симетрия. Задържащата обвивка може да бъде метална или керамична и нейният вътрешен радиус трябва да бъде такъв, че съотношението r^r A да е в диапазона от 2,0 до 3,5. Задържащата обвивка трябва да съдържа поне един предпазен нагревател за регулиране на температурния профил по дължината на обвивката.

5.5.2 Контейнментът трябва да бъде проектиран и експлоатиран така, че температурата на неговата повърхност да е или изотермична и приблизително равна на средната температура на изпитваната проба, или да има приблизителен линеен профил, съответстващ в горния и долния край на херметичната конструкция със съответните позиции. отстрани на опаковката. Във всеки случай най-малко три температурни сензора трябва да бъдат инсталирани върху защитната обвивка в предварително координирани точки (вижте Фигура 2) за измерване на температурния профил.

5.6 Измервателна апаратура

5.6.1 Комбинацията от температурен сензор и измервателен уред, използвани за измерване на изхода на сензора, трябва да е подходяща, за да осигури точност на измерване на температурата от ±0,04 K и абсолютна грешка от по-малко от ±0,5%.

5.6.2 Измервателното оборудване за този метод трябва да поддържа необходимата температура и да измерва всички свързани изходни напрежения с точност, съизмерима с точността на измерване на температурата на температурните сензори.

6 Подготовка за изпитване

6.1 Изисквания към пробите за изпитване

6.1.1 Тестовите проби, изследвани с помощта на този метод, не се ограничават до геометрията на бонбони. Най-предпочитано е да се използват цилиндрични или призматични проби. Областите на проводимост на тестовата проба и референтните проби трябва да са идентични с точност до 1% и всяка разлика в площта трябва да се вземе предвид при изчисляване на резултата. За цилиндрична конфигурация радиусите на изпитвания образец и на еталонните образци трябва да съответстват с точност до ± 1%. и радиусът на тестовата проба r A трябва да бъде такъв, че r B fr A да е от 2,0 до 3,5. Всяка плоска повърхност на тестовите и референтните проби трябва да бъде плоска с грапавост на повърхността не повече от R a 32 в съответствие с GOST 2789. и нормалите към всяка повърхност трябва да са успоредни на оста на пробата с точност ± 10 мин.

ЗАБЕЛЕЖКА В някои случаи това изискване не е необходимо. Например, някои инструменти могат да се състоят от референтни проби и тестови проби с високи > стойности. m и >. с. където грешките, дължащи се на загуба на топлина, са незначителни за дълги участъци. Такива секции могат да бъдат с достатъчна дължина, за да позволят

ГОСТ Р 57967-2017

който монтира температурни сензори на достатъчно разстояние от контактните точки, като по този начин осигурява равномерен топлинен поток. Дължината на изпитваното парче трябва да бъде избрана въз основа на информацията за радиуса и топлопроводимостта. Кога). и по-висока от топлопроводимостта на неръждаемата стомана, могат да се използват дълги тестови проби с дължина 0g A » 1. Такива дълги тестови проби позволяват използването на големи разстояния между температурните сензори и това намалява грешката, произтичаща от неточност в местоположението. на сензора. Кога). m по-ниска от топлопроводимостта на неръждаемата стомана, дължината на изпитваното парче трябва да бъде намалена, тъй като грешката на измерване, дължаща се на загуба на топлина, става твърде голяма.

6.1.2 Освен ако не е посочено друго в нормативния документ или техническата документация за материала. За тестване се използва една тестова проба.

6.2 Настройка на оборудването

6.2.1 Калибриране и проверка на оборудването се извършва в следните случаи:

След сглобяване на оборудването:

Ако отношението на X m към X s е по-малко от 0,3. или повече от 3. и не е възможно да се изберат стойности на топлопроводимост;

Ако формата на пробата за изпитване е сложна или пробата за изпитване е малка:

Ако са направени промени в геометричните параметри на измервателната клетка на уреда;

Ако е решено да се използват референтни материали или изолационни материали, различни от посочените в раздели 6.3 и 6.4:

Ако оборудването преди това е работило при достатъчно висока температура, че свойствата на компонентите могат да се променят, като напр. например чувствителността на термодвойка.

6.2.2 Тези проверки трябва да се извършват чрез сравняване на поне два референтни материала, както следва:

Изберете референтен материал, чиято топлопроводимост е най-близка до очакваната топлопроводимост на пробата за изпитване:

Топлопроводимостта X на изпитвана част, направена от еталонен материал, се измерва с помощта на еталонни части, направени от друг еталонен материал, който има X стойност, най-близка до тази на изпитваната част. Например, тестът може да се извърши върху стъклена проба. използвайки референтни образци от неръждаема стомана. Ако измерената топлопроводимост на дадена проба не съвпада със стойността в таблица 1 след прилагане на корекция за пренос на топлина, трябва да се идентифицират източниците на грешка.

7 Тестване

7.1 Изберете референтни проби, така че тяхната топлопроводимост да е от същия порядък, както се очаква за тестовата проба. След оборудването на необходимите еталонни проби с температурни сензори и инсталирането им в измервателната клетка, тестовата проба се оборудва с подобни средства. Тестовата проба се вкарва в торбата, така че да пасне между референтните проби и да е в контакт със съседни референтни проби за най-малко 99% от всяка повърхност. За да се намали повърхностното съпротивление, може да се използва меко фолио или друга контактна среда. Ако измервателната клетка трябва да бъде защитена от окисляване по време на изпитването или ако измерването изисква специфичен газ или налягане на газа за контрол на X/t, тогава измервателната клетка се пълни и продухва с работен газ при зададено налягане. За да се натовари купчината, трябва да се приложи силата, необходима за намаляване на ефектите от неравномерното топлинно съпротивление на интерфейса.

7.2 Включете горния и долния нагревател в двата края на пакета и регулирайте, докато. докато температурната разлика между точки 2 и Zj. Z3 и Z4. и Z s и 2^ няма да бъдат повече от 200 пъти грешката на температурния датчик, но не повече от 30 K. и тестовата проба няма да бъде при средната температура, необходима за измерването. Въпреки. че точният температурен профил по защитната обвивка не е необходим за 3. Мощността на нагревателите за сигурност се регулира до температурния профил по протежение на обвивката T g)

Раздели