Acasă
fântâni
Caracteristici ale metodei firului fierbinte pentru determinarea conductibilității termice. Determinarea conductibilității termice a materialelor solide prin metoda stratului plat

Caracteristici ale metodei firului fierbinte pentru determinarea conductibilității termice. Determinarea conductibilității termice a materialelor solide prin metoda stratului plat

1

Odată cu creșterea puterii specifice a motoarelor cu ardere internă, cantitatea de căldură care trebuie îndepărtată din componentele și piesele încălzite crește. Eficiența sistemelor moderne de răcire și modalitatea de creștere a intensității transferului de căldură aproape a atins limita. Scopul acestei lucrări este studierea lichidelor de răcire inovatoare pentru sistemele de răcire ale dispozitivelor de putere termică bazate pe sisteme bifazate constând dintr-un mediu de bază (apă) și nanoparticule. Este considerată una dintre metodele de măsurare a conductibilității termice a unui lichid numit 3ω-hot-wire. Sunt prezentate rezultatele măsurării conductivității termice a unui nanofluid pe bază de oxid de grafen la diferite concentrații ale acestuia din urmă. S-a constatat că atunci când se folosește 1,25% grafen, coeficientul de conductivitate termică al nanofluidului a crescut cu 70%.

conductivitate termică

coeficient de conductivitate termică

oxid de grafen

nanofluid

sistem de răcire

banc de testare

1. Osipova V.A. Studiu experimental al proceselor de transfer de căldură: manual. indemnizație pentru universități. - Ed. a 3-a, revizuită. si suplimentare - M.: Energie, 1979. - 320 p.

2. Transfer termic /V.P. Isachenko, V.A. Osipova, A.S. Sukomel - M .: Energie, 1975. - 488 p.

3. Conductivități termice eficiente crescute anormal ale nanofluidelor pe bază de etilenglicol care conțin nanoparticule de cupru / J.A. Eastman, S.U.S. Choi, S. Li, W. Yu, L.J. Mărul Thompson. Fiz. Lett. 78,718; 2001.

4. Măsurători de conductivitate termică folosind tehnica 3-Omega: Aplicație la microsisteme de recoltare a energiei / David de Koninck; Teză de Master în Inginerie, Universitatea McGill, Montréal, Canada, 2008. - 106 p.

5. Măsurarea conductibilității termice / W.A. Wakeham, M.J. Assael 1999 de CRC Press LLC.

Se știe că odată cu tendințele actuale de creștere a puterii specifice a motoarelor cu ardere internă, precum și la viteze mai mari și dimensiuni mai mici pentru dispozitivele microelectronice, cantitatea de căldură care trebuie îndepărtată din componentele și piesele încălzite este în continuă creștere. Utilizarea diferitelor lichide conductoare de căldură pentru îndepărtarea căldurii este una dintre cele mai comune și eficiente metode. Eficacitatea modelelor moderne de dispozitive de răcire, precum și modalitatea obișnuită de a crește intensitatea transferului de căldură, aproape a atins limita. Se știe că lichidele de răcire convenționale (apă, uleiuri, glicoli, fluorocarburi) au o conductivitate termică destul de scăzută (Tabelul 1), ceea ce este un factor limitativ în designul modern al sistemelor de răcire. Pentru a le crește conductivitatea termică, este posibil să se creeze un mediu dispersat cu mai multe faze (cel puțin bifazice), unde rolul dispersiei este jucat de particule cu o conductivitate termică semnificativ mai mare decât lichidul de bază. Maxwell în 1881 a sugerat adăugarea de solide cu conductivitate termică ridicată la un lichid de răcire de bază conducător de căldură.

Ideea este de a amesteca materiale metalice precum argintul, cuprul, fierul și materialele nemetalice precum alumina, CuO, SiC și tuburile de carbon, care au o conductivitate termică mai mare în comparație cu un fluid termic de bază cu o conductivitate termică mai mică. Inițial, particule solide de dimensiuni micron și chiar milimetrice (cum ar fi argint, cupru, fier, tuburi de carbon având o conductivitate termică mai mare decât fluidul de bază) au fost amestecate cu fluidele de bază pentru a forma suspensii. Dimensiunea destul de mare a particulelor utilizate și dificultatea de a produce particule nanodimensionate au devenit factori limitatori în utilizarea unor astfel de suspensii. Această problemă a fost rezolvată prin munca angajaților Laboratorului Național Arizona S. Choi și J. Eastman, care au efectuat experimente cu particule de metal de dimensiuni nanometrice. Au combinat diverse nanoparticule de metal și nanoparticule de oxid de metal cu diverse lichide și au obținut rezultate foarte interesante. Aceste suspensii de materiale nanostructurate au fost numite „nanofluide”.

tabelul 1

Comparația coeficienților de conductivitate termică a materialelor pentru nanofluide

Pentru a dezvolta lichide de răcire moderne inovatoare pentru sistemele de răcire ale dispozitivelor de căldură și energie puternic accelerate, am luat în considerare sistemele bifazate constând dintr-un mediu de bază (apă, etilenglicol, uleiuri etc.) și nanoparticule, i.e. particule cu dimensiuni caracteristice de la 1 la 100 nm. O caracteristică importantă a nanofluidelor este că, chiar și cu adăugarea unei cantități mici de nanoparticule, acestea prezintă o creștere semnificativă a conductibilității termice (uneori de peste 10 ori). Mai mult, creșterea conductibilității termice a nanofluidului depinde de temperatură - cu creșterea temperaturii, creșterea coeficientului de conductivitate termică crește.

Atunci când se creează astfel de nanofluide, care sunt un sistem în două faze, este necesară o metodă fiabilă și suficient de precisă pentru măsurarea coeficientului de conductivitate termică.

Am luat în considerare diferite metode de măsurare a coeficientului de conductivitate termică pentru lichide. Ca rezultat al analizei, a fost aleasă o metodă „3ω-wire” pentru a măsura conductivitatea termică a nanofluidelor cu o precizie suficient de mare.

Metoda „3ω-wire” este utilizată pentru a măsura simultan conductivitatea termică și difuzivitatea termică a materialelor. Se bazează pe măsurarea creșterii temperaturii dependente de timp într-o sursă de căldură, adică un fir fierbinte, care este scufundat într-un lichid pentru a fi testat. Firul metalic servește simultan ca încălzitor de rezistență electrică și termometru de rezistență. Firele metalice sunt realizate cu un diametru extrem de mic (câteva zeci de microni). Creșterea temperaturii firului ajunge de obicei la 10 °C și influența convecției poate fi neglijată.

Un fir metalic de lungime L și rază r suspendat într-un lichid acționează ca un încălzitor și un termometru de rezistență, așa cum se arată în Fig. unu.

Orez. 1. Schema de instalare a metodei „3ω fir fierbinte” pentru măsurarea conductivității termice a unui lichid

Esența metodei utilizate pentru determinarea coeficientului de conductivitate termică este următoarea. Curentul alternativ curge printr-un fir metalic (încălzitor). Caracteristica AC este dată de ecuație

unde I 0 - este amplitudinea curentului sinusoidal alternativ; ω - frecvența curentă; t - timp.

Curentul alternativ curge prin fir, acționând ca un încălzitor. În conformitate cu legea Joule-Lenz, se determină cantitatea de căldură eliberată atunci când un curent electric trece printr-un conductor:

și este o suprapunere a unei surse de curent continuu și a unei surse de căldură modulată 2ω,

unde RE este rezistența electrică a firului metalic în condiții experimentale și este o funcție de temperatură.

Puterea termică eliberată generează o schimbare de temperatură în încălzitor, care este, de asemenea, o suprapunere a componentei DC și a componentei AC 2ω:

unde ΔT DC este amplitudinea schimbării temperaturii sub influența curentului continuu; ΔT 2ω - amplitudinea modificării temperaturii sub influența curentului alternativ; φ - defazare indusă prin încălzirea masei probei.

Rezistența electrică a unui fir depinde de temperatură și aceasta este componenta 2ω a AC în rezistența firului:

unde C rt - coeficientul de temperatură al rezistenței pentru un fir metalic; R E0 - rezistenţa de referinţă a încălzitorului la temperatura T 0 .

De obicei, T 0 este temperatura probei în vrac.

Tensiunea pe un fir metalic poate fi obținută ca:

(6)

În ecuația (6), tensiunea pe fir conține: căderea de tensiune datorată rezistenței DC a firului la 1ω și două componente noi proporționale cu creșterea temperaturii în fir la 3ω și la 1ω. componenta de stres 3ω poate fi extras cu un amplificator și apoi utilizat pentru a scoate amplitudinea schimbării de temperatură la 2ω:

Dependenţa de frecvenţă a schimbării de temperatură ΔT 2ω se obţine prin modificarea frecvenţei curentului alternativ la o tensiune constantă V 1ω . În același timp, dependența schimbării temperaturii ΔT 2ω de frecvență poate fi aproximată ca

unde α f - coeficientul de difuzivitate termică; k f - coeficientul de conductivitate termică a fluidului de bază; η este o constantă.

Modificarea temperaturii la o frecvență de 2ω într-un fir metalic poate fi derivată folosind componenta de tensiune a frecvenței 3ω, așa cum se arată în ecuația (8). Coeficientul de conductivitate termică a lichidului k f este determinat de panta 2ω a schimbării de temperatură a firului metalic în raport cu frecvența ω,

(9)

unde P este puterea aplicată; ω - este frecvența curentului electric aplicat; L este lungimea firului metalic; ΔT 2ω - amplitudinea schimbării temperaturii la o frecvență de 2ω într-un fir metalic.

Metoda 3ω-fire are mai multe avantaje față de metoda tradițională a firului cald:

1) fluctuațiile de temperatură pot fi suficient de mici (sub 1K, comparativ cu aproximativ 5K pentru metoda firului fierbinte) în lichidul de testare pentru a menține constante proprietățile lichidului;

2) zgomotele de fond, cum ar fi schimbările de temperatură, au un efect mult mai mic asupra rezultatelor măsurătorilor.

Aceste avantaje fac ca aceasta metoda sa fie ideala pentru masurarea dependentei de temperatura a conductibilitatii termice a nanofluidelor.

Instalatia de masurare a conductibilitatii termice cuprinde urmatoarele componente: Pod Winston; generator de semnal; analizor de spectru; osciloscop.

Podul Winston este un circuit folosit pentru a compara o rezistență necunoscută R x cu o rezistență cunoscută R 0 . Diagrama podului este prezentată în fig. 2. Cele patru brațe ale podului Winston AB, BC, AD și DS sunt rezistențele Rx, R0, R1 și respectiv R2. Un galvanometru este conectat la diagonala VD, iar o sursă de alimentare este conectată la diagonala AC.

Dacă alegeți în mod corespunzător valorile rezistențelor variabile R1 și R2, atunci puteți obține egalitatea potențialelor punctelor B și D: și puteți găsi rezistența necunoscută Rx. Pentru a face acest lucru, folosim regulile Kirchhoff pentru lanțurile ramificate. Aplicând prima și a doua reguli Kirchhoff, obținem

R x \u003d R 0 R 1 / R 2.

Precizia în determinarea R x prin această metodă depinde în mare măsură de alegerea rezistențelor R 1 și R 2 . Cea mai mare precizie este atinsă la R 1 ≈ R 2 .

Generatorul de semnal acționează ca o sursă de oscilații electrice în intervalul 0,01 Hz - 2 MHz cu o precizie ridicată (cu o rezoluție de 0,01 Hz). Marca generatorului de semnal G3-110.

Orez. 2. Diagrama podului Winston

Analizorul de spectru este proiectat pentru a izola componenta 3ω a spectrului. Înainte de a începe lucrul, analizatorul de spectru a fost testat pentru conformitatea cu tensiunea a treia armonică. Pentru a face acest lucru, un semnal de la generatorul G3-110 este alimentat la intrarea analizorului de spectru și, în paralel, la un voltmetru digital de bandă largă. Valoarea efectivă a amplitudinii tensiunii a fost comparată pe un analizor de spectru și un voltmetru. Discrepanța dintre valori a fost de 2%. Analizorul de spectru a fost calibrat și pe testul intern al instrumentului, la o frecvență de 10 kHz. Valoarea semnalului la frecvența purtătoare a fost de 80 mV.

Osciloscopul C1-114/1 este conceput pentru a studia forma semnalelor electrice.

Înainte de începerea studiului, încălzitorul (firul) trebuie plasat în proba de lichid de testare. Sârma nu trebuie să atingă pereții vasului. Apoi, a fost efectuată o scanare de frecvență în intervalul de la 100 la 1600 Hz. Pe analizorul de spectru la frecvența studiată se înregistrează în mod automat valoarea semnalului armonicii 1, 2, 3.

Pentru a măsura amplitudinea intensității curentului, a fost folosit un rezistor cu o rezistență de ~ 0,47 Ω conectat în serie cu circuitul. Valoarea trebuie să fie astfel încât să nu depășească valoarea nominală a brațului de măsurare de ordinul a 1 ohm. Folosind un osciloscop, am găsit tensiunea U. Cunoscând R și U, am găsit amplitudinea intensității curentului I 0. Pentru a calcula puterea aplicată, se măsoară tensiunea din circuit.

În primul rând, este examinată o gamă largă de frecvențe. Se determină un interval de frecvență mai restrâns, unde liniaritatea graficului este cea mai mare. Apoi, în intervalul de frecvență selectat, se face o măsurătoare cu un pas de frecvență mai fin.

În tabel. Figura 2 prezintă rezultatele măsurării conductivității termice a unui nanofluid, care este o suspensie 0,35% de oxid de grafen în lichidul de bază (apă), folosind un fir izolat de cupru de 19 cm lungime, 100 µm în diametru, la o temperatură de 26 µm. °C pentru un interval de frecvență de 780...840 Hz.

Pe fig. 3 prezintă o vedere generală a suportului pentru măsurarea conductivității termice a unui lichid.

În tabel. Figura 3 arată dependența conductivității termice a unei suspensii de oxid de grafen de concentrația sa într-un lichid la o temperatură de 26 °C. Coeficienții de conductivitate termică ai nanofluidului au fost măsurați la diferite concentrații de oxid de grafen de la 0 la 1,25%.

masa 2

Rezultatele măsurării conductivității termice a nanofluidului

gama de frecvente

Frecvența circulară

Puterea curentului

Amplitudinea tensiunii a treia armonică

Schimbarea temperaturii

Logaritmul frecvenței circulare

Putere

Graficul pantei

Coeficient de conductivitate termică

Orez. Fig. 3. Vedere generală a suportului pentru măsurarea conductibilității termice a unui lichid

În tabel. 3 arată, de asemenea, valorile coeficienților de conductivitate termică determinate de formula Maxwell.

(10)

unde k este conductivitatea termică a nanofluidului; k f - coeficientul de conductivitate termică a fluidului de bază; k p - coeficientul de conductivitate termică a fazei dispersate (nanoparticule); φ - valoarea fazei vrac a fiecăreia dintre fazele dispersiilor.

Tabelul 3

Coeficientul de conductivitate termică al suspensiei de oxid de grafen

Raportul coeficienților de conductivitate termică k exp /k theor și k exp /k tab. apa sunt prezentate in fig. patru.

Astfel de abateri ale datelor experimentale de la cele prezise de ecuația clasică Maxwelliană, în opinia noastră, pot fi asociate cu mecanisme fizice de creștere a conductivității termice a unui nanofluid, și anume:

Datorită mișcării browniene a particulelor; amestecarea lichidelor creează un efect micro-convectiv, crescând astfel energia de transfer de căldură;

Transferul de căldură prin mecanismul de percolare, în principal de-a lungul canalelor cluster formate ca urmare a aglomerării nanoparticulelor care pătrund în întreaga structură a solventului (lichid obișnuit);

Moleculele fluidului de bază formează straturi foarte orientate în jurul nanoparticulelor, crescând astfel fracția de volum a nanoparticulelor.

Orez. 4. Dependența raportului coeficienților de conductivitate termică de concentrația de oxid de grafen

Lucrarea a fost realizată cu implicarea echipamentelor Centrului de Utilizare Colectivă a Echipamentelor Științifice „Diagnosticarea Micro- și Nanostructurilor” cu sprijinul financiar al Ministerului Educației și Științei al Federației Ruse.

Recenzători:

Eparkhin O.M., doctor în științe tehnice, profesor, director al filialei Yaroslavl a Universității de Stat de Inginerie Feroviară din Moscova, Yaroslavl;

Amirov I.I., doctor în științe fizice și matematice, cercetător, filiala Yaroslavl a instituției bugetare de stat federale „Institutul fizico-tehnologic” al Academiei Ruse de Științe, Yaroslavl.

Lucrarea a fost primită de redactori pe 28 iulie 2014.

Link bibliografic

Zharov A.V., Savinsky N.G., Pavlov A.A., Evdokimov A.N. METODĂ EXPERIMENTALĂ DE MĂSURARE A CONDUCTIVITĂȚII TERMICĂ A NANOFLUIDELOR // Cercetare fundamentală. - 2014. - Nr. 8-6. - S. 1345-1350;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34766 (data accesului: 02/01/2020). Vă aducem la cunoștință jurnale publicate de editura „Academia de Istorie Naturală”

În conformitate cu cerințele Legii federale nr. 261-FZ „Cu privire la economisirea energiei”, cerințele pentru conductivitatea termică a materialelor de clădire și de izolare termică din Rusia au fost înăsprite. Astăzi, măsurarea conductibilității termice este unul dintre punctele obligatorii atunci când decideți dacă să folosiți un material ca izolator termic.

De ce este necesară măsurarea conductivității termice în construcții?

Controlul conductibilității termice a materialelor de construcție și termoizolație se realizează în toate etapele certificării și producției acestora în condiții de laborator, când materialele sunt expuse la diverși factori care le afectează proprietățile de performanță. Există mai multe metode comune pentru măsurarea conductibilității termice. Pentru testarea de laborator precisă a materialelor cu conductivitate termică scăzută (sub 0,04 - 0,05 W / m * K), se recomandă utilizarea instrumentelor care utilizează metoda fluxului de căldură staționar. Utilizarea lor este reglementată de GOST 7076.

Compania „Interpribor” oferă un contor de conductivitate termică, al cărui preț se compară favorabil cu cele disponibile pe piață și îndeplinește toate cerințele moderne. Este destinat controlului de laborator al calității materialelor de construcție și termoizolante.

Avantajele contorului de conductivitate termică ITS-1

Conductivitatea termică ITS-1 are un design original monobloc și se caracterizează prin următoarele avantaje:

  • ciclu automat de măsurare;
  • cale de măsurare de înaltă precizie, care permite stabilizarea temperaturilor frigiderului și încălzitorului;
  • posibilitatea de calibrare a dispozitivului pentru anumite tipuri de materiale aflate în studiu, ceea ce mărește și mai mult acuratețea rezultatelor;
  • evaluarea expresă a rezultatului în procesul de efectuare a măsurătorilor;
  • zona de securitate "fierbinte" optimizata;
  • afișaj grafic informativ care simplifică controlul și analiza rezultatelor măsurătorilor.

ITS-1 este furnizat în singura modificare de bază, care, la cererea clientului, poate fi completată cu mostre de control (plexiglas și plastic spumă), o cutie pentru materiale vrac și o carcasă de protecție pentru depozitarea și transportul dispozitivului.

Până în prezent, nu a fost elaborată o clasificare unificată, care este asociată cu varietatea metodelor existente. Metodele experimentale binecunoscute de măsurare a conductivității termice a materialelor sunt împărțite în două mari grupe: staționare și nestaționare. În primul caz, calitatea formulei de calcul folosește soluții particulare ale ecuației de conducție a căldurii

prevăzut, în al doilea - prevăzut, unde T este temperatura; f - timp; - coeficient de difuzivitate termică; l - coeficient de conductivitate termică; C - capacitatea termică specifică; d este densitatea materialului; - operator Laplace, scris în sistemul de coordonate corespunzător; - puterea specifica a sursei volumetrice de caldura.

Primul grup de metode se bazează pe utilizarea unui regim termic staționar; al doilea - regim termic nestaţionar. Metodele staționare pentru determinarea coeficientului de conductivitate termică după natura măsurătorilor sunt directe (adică coeficientul de conductivitate termică este determinat direct) și sunt împărțite în absolute și relative. În metodele absolute, parametrii măsurați în experiment fac posibilă obținerea valorii dorite a coeficientului de conductivitate termică folosind formula de calcul. În metodele relative, parametrii măsurați în experiment fac posibilă obținerea valorii cerute a coeficientului de conductivitate termică folosind formula de calcul. În metodele relative, parametrii măsurați nu sunt suficienți pentru a calcula valoarea absolută. Două cazuri sunt posibile aici. Prima este monitorizarea modificării coeficientului de conductivitate termică față de cel inițial, luat ca unitate. Al doilea caz este utilizarea unui material de referință cu proprietăți termice cunoscute. În acest caz, coeficientul de conductivitate termică al standardului este utilizat în formula de calcul. Metodele relative au un anumit avantaj față de metodele absolute prin faptul că sunt mai simple. O împărțire ulterioară a metodelor staționare poate fi efectuată în funcție de natura încălzirii (externă, volumetrică și combinată) și în funcție de tipul de izoterme ale câmpului de temperatură din probe (plate, cilindrice, sferice). Subgrupul de metode cu încălzire externă include toate metodele care utilizează încălzitoare externe (electrice, volumetrice etc.) și încălzirea suprafețelor probei prin radiație termică sau bombardament electronic. Subgrupul de metode cu încălzire volumetrică combină toate metodele care utilizează încălzirea printr-un curent trecut prin eșantion, încălzirea probei de testat din neutroni sau radiații z, sau prin curenți de microunde. Un subgrup de metode cu încălzire combinată poate include metode care utilizează simultan încălzirea externă și de volum a probelor sau încălzirea intermediară (de exemplu, prin curenți de înaltă frecvență).

În toate cele trei subgrupe de metode staționare, câmpul de temperatură

poate fi diferit.

Izotermele plate se formează atunci când fluxul de căldură este direcționat de-a lungul axei de simetrie a probei. Metodele care utilizează izoterme plate în literatură sunt numite metode cu flux de căldură axial sau longitudinal, iar configurațiile experimentale în sine sunt numite dispozitive plate.

Izotermele cilindrice corespund propagării fluxului de căldură de-a lungul razei probei cilindrice. În cazul în care fluxul de căldură este direcționat de-a lungul razei unei probe sferice, apar izoterme sferice. Metodele care utilizează astfel de izoterme sunt numite sferice, iar dispozitivele sunt numite sferice.

Pentru a studia conductibilitatea termică a unei substanțe, se folosesc două grupe de metode: staționare și non-staționare.

Teoria metodelor staționare este mai simplă și mai complet dezvoltată. Dar metodele nestaționare, în principiu, pe lângă coeficientul de conductivitate termică, permit obținerea de informații despre difuzivitate termică și capacitatea termică. Prin urmare, recent s-a acordat multă atenție dezvoltării unor metode non-staționare pentru determinarea proprietăților termofizice ale substanțelor.

Aici sunt luate în considerare câteva metode staționare pentru determinarea conductivității termice a substanțelor.

A) Metoda stratului plat. Cu un flux de căldură unidimensional printr-un strat plat, coeficientul de conductivitate termică este determinat de formula

Unde d- grosime, T 1 și T 2 - temperaturile suprafeței „fierbinte” și „rece” a probei.

Pentru a studia conductibilitatea termică prin această metodă, este necesar să se creeze un flux de căldură apropiat de unidimensional.

De obicei, temperaturile sunt măsurate nu pe suprafața probei, ci la o anumită distanță de acestea (vezi Fig. 2.), prin urmare, este necesar să se introducă corecții în diferența de temperatură măsurată pentru diferența de temperatură în stratul încălzitorului și răcitor, pentru a minimiza rezistența termică a contactelor.

La studierea lichidelor, pentru a elimina fenomenul de convecție, gradientul de temperatură trebuie direcționat de-a lungul câmpului gravitațional (în jos).

Orez. 2. Schema metodelor stratului plat pentru măsurarea conductibilității termice.

1 – proba de testare; 2 - încălzitor; 3 - frigider; 4, 5 - inele izolante; 6 – încălzitoare de securitate; 7 - termocupluri; 8, 9 - termocupluri diferențiale.

b) metoda lui Jaeger. Metoda se bazează pe rezolvarea unei ecuații unidimensionale de conducere a căldurii care descrie propagarea căldurii de-a lungul unei tije încălzite de un curent electric. Dificultatea utilizării acestei metode constă în imposibilitatea de a crea condiții adiabatice stricte pe suprafața exterioară a probei, ceea ce încalcă unidimensionalitatea fluxului de căldură.

Formula de calcul arată astfel:

(14)

Unde s- conductivitatea electrică a probei de testat; U este căderea de tensiune între punctele extreme de la capetele tijei, DT este diferența de temperatură dintre mijlocul tijei și punctul de la capătul tijei.

Orez. 3. Schema metodei Jaeger.

1 - cuptor electric; 2 - proba; 3 - toroane pentru fixarea probei; T 1 ¸ T 6 - puncte de terminare a termocuplului.

Această metodă este utilizată în studiul materialelor conductoare electric.

în) Metoda stratului cilindric. Lichidul investigat (materialul vrac umple un strat cilindric format din doi cilindri coaxiali. Unul dintre cilindri, cel mai adesea intern, este un încălzitor (Fig. 4).

Fig. 4. Schema metodei stratului cilindric

1 - cilindru interior; 2 - încălzitor principal; 3 - stratul substanței de testat; 4 - cilindru exterior; 5 - termocupluri; 6 - cilindri de securitate; 7 - încălzitoare suplimentare; 8 - corp.

Să luăm în considerare mai detaliat procesul staționar de conducere a căldurii într-un perete cilindric, a cărui temperatură a suprafețelor exterioare și interioare este menținută constantă și egală cu T 1 și T 2 (în cazul nostru, acesta este stratul de substanță în studiu 5). Să determinăm fluxul de căldură prin perete cu condiția ca diametrul interior al peretelui cilindric să fie d 1 = 2r 1, iar diametrul exterior să fie d 2 = 2r 2 , l = const, iar căldura se propagă numai în direcția radială. .

Pentru a rezolva problema, folosim ecuația (12). În coordonate cilindrice, când ; ecuația (12), conform (10), ia vit:

. (15)

Să introducem notația dT/dr= 0, obținem

După integrarea și potențarea acestei expresii, trecând la variabilele originale, obținem:

. (16)

După cum se poate observa din această ecuație, dependența T=f(r) este logaritmică.

Constantele de integrare C 1 și C 2 pot fi determinate prin înlocuirea condițiilor la limită în această ecuație:

la r \u003d r 1 T \u003d T 1și T 1 \u003d C 1 ln r1+C2,

la r=r2 T=T2și T 2 \u003d C 1 ln r2+C2.

Rezolvarea acestor ecuații în raport cu DIN 1 și De la 2 ofera:

;

Înlocuind aceste expresii cu De la 1și De la 2în ecuația (1b), obținem

(17)

fluxul de căldură prin zona unei suprafețe cilindrice cu rază r iar lungimea este determinată folosind legea Fourier (5)

.

După înlocuire, obținem

. (18)

Coeficientul de conductivitate termică l la valori cunoscute Q, T 1 , T 2 , d 1 , d 2 , calculat prin formula

. (19)

Pentru a suprima convecția (în cazul unui lichid), stratul cilindric trebuie să aibă o grosime mică, de obicei fracțiuni de milimetru.

Reducerea pierderilor finale în metoda stratului cilindric se realizează prin creșterea raportului / dși încălzitoare de securitate.

G) metoda firului fierbinte.În această metodă, relația / d crește prin scădere d. Cilindrul interior este înlocuit cu un fir subțire, care era atât un încălzitor, cât și un termometru de rezistență (Fig. 5). Ca rezultat al simplității relative a designului și al dezvoltării detaliate a teoriei, metoda firului încălzit a devenit una dintre cele mai avansate și precise. În practica studiilor experimentale ale conductivității termice a lichidelor și gazelor, el ocupă un loc de frunte.

Orez. 5. Schema celulei de masura realizata dupa metoda firului incalzit. 1 - fir de măsurare, 2 - tub, 3 - substanță de testat, 4 - cabluri de curent, 5 - ieșiri potențiale, 6 - termometru extern.

Cu condiția ca întregul flux de căldură din secțiunea AB să se propagă radial și diferența de temperatură T 1 - T 2 să nu fie mare, astfel încât l = const poate fi considerat în aceste limite, conductivitatea termică a substanței este determinată de formula

, (20)

Unde Q AB = T×U AB este puterea disipată pe fir.

e) metoda mingii.Își găsește aplicație în practica studierii conductibilității termice a lichidelor și a materialelor în vrac. Substanței studiate i se dă forma unui strat sferic, ceea ce face posibilă, în principiu, excluderea pierderilor de căldură necontrolate. Din punct de vedere tehnic, această metodă este destul de complicată.

AGENȚIA FEDERALĂ DE REGLEMENTARE TEHNICĂ ȘI METROLOGIE

NAŢIONAL

STANDARD

RUSĂ

FEDERAŢIE

COMPOZITE

Ediție oficială

Strshdfttftsm

GOST R 57967-2017

cuvânt înainte

1 PREGĂTIT DE Întreprinderea Unitară Federală de Stat „Institutul de Cercetare a Materialelor de Aviație din întreaga Rusie” împreună cu Organizația Autonomă Necomercială „Centrul de Raționalizare, Standardizare și Clasificare a Compozitelor”, cu participarea Asociației Entităților Juridice „Uniunea Producătorilor de Compozite”. " pe baza traducerii oficiale în rusă a versiunii în limba engleză specificată în paragraful 4 al standardului, care este îndeplinită de TC 497

2 INTRODUS de Comitetul Tehnic de Standardizare TK 497 „Compozite, structuri și produse din acestea”

3 APROBAT SI INTRODUS PRIN Ordinul nr. 1785 din 21 noiembrie 2017 al Agentiei Federale pentru Reglementare Tehnica si Metrologie

4 Acest standard este modificat de la ASTM E1225-13 Standard Test Method for Thermal Conductivity of Solids using the Guard ed-Comparative -Longitudinal Heat Flow Technique", MOD) prin modificarea structurii sale pentru a o aduce în conformitate cu regulile stabilite în GOST 1.5- 2001 (subsecțiunile 4.2 și 4.3).

Acest standard nu include clauzele 5. 12. subclauzele 1.2, 1.3 din standardul ASTM aplicat. pe care este nepotrivit să le folosească în standardizarea națională rusă din cauza redundanței lor.

Clauzele și subclauzele specificate, care nu sunt incluse în partea principală a acestui standard, sunt date în anexa suplimentară DA.

Denumirea acestui standard a fost schimbată în raport cu numele standardului ASTM specificat pentru a-l aduce în conformitate cu GOST R 1.5-2012 (subsecțiunea 3.5).

O comparație a structurii acestui standard cu structura standardului ASTM specificat este dată în anexa suplimentară DB.

Informații despre conformitatea standardului național de referință cu standardul ASTM. utilizat ca referință în standardul ASTM aplicat. sunt date în anexa suplimentară DV

5 INTRODUS PENTRU PRIMA Oara

Regulile de aplicare a acestui standard sunt stabilite în articolul 26 din Legea federală din 29 iunie 2015 N9 162-FZ „Cu privire la standardizarea în Federația Rusă”. Informațiile despre modificările aduse acestui standard sunt publicate în indexul de informații anual (de la 1 ianuarie a anului curent) „Standarde naționale”, iar textul oficial al modificărilor și jumătate de an - în indexul lunar de informații „Standarde naționale”. În cazul revizuirii (înlocuirii) sau anulării acestui standard, un anunț corespunzător va fi publicat în numărul următor al indexului lunar de informare „Standarde naționale”. Informație relevantă. notificarea și textele sunt postate și în sistemul de informare publică - pe site-ul oficial al Agenției Federale pentru Reglementare Tehnică și Metrologie pe Internet ()

© Stamdartinform. 2017

Acest standard nu poate fi reprodus integral sau parțial, replicat și distribuit ca publicație oficială fără permisiunea Agenției Federale pentru Reglementare Tehnică și Metrologie.

GOST R 57967-2017

1 domeniu de utilizare.................................................. ... .................unul

3 Termeni, definiții și denumiri .................................................. ... .......unul

4 Esența metodei............................................................. ....... ...................2

5 Echipamente și materiale.................................................. ............. .............patru

6 Pregătirea pentru testare ................................................. ................ .......unsprezece

7 Testare ................................................. ............................................. 12

8 Procesarea rezultatelor testelor ................................................. .................... .......13

9 Raport de testare.................................................. ................ ..................13

Anexă DA (informativă) Textul original al elementelor structurale nu este inclus

standardul ASTM aplicat ................................................. ..15

Anexa DB (informativă) Compararea structurii acestui standard cu structura

standardul ASTM aplicat în acesta ................................................ ... 18

Anexa DV (informativă) Informații privind conformitatea standardului național de referință cu standardul ASTM. utilizat ca referință în standardul ASTM aplicat ............................................... ......................... .............19


GOST R 57967-2017

STANDARDUL NAȚIONAL AL ​​FEDERATIEI RUSE

COMPOZITE

Determinarea conductivității termice a solidelor prin metoda fluxului de căldură unidimensional staționar cu un încălzitor de protecție

Compozite. Determinarea conductivității termice a soHd-urilor prin flux de căldură unidimensional staționar

cu o tehnică de încălzire de gardă

Data introducerii - 2018-06-01

1 domeniu de utilizare

1.1 Prezentul standard internațional specifică determinarea conductivității termice a compozitelor polimerice solide omogene opace, ceramice și metale prin metoda fluxului de căldură unidimensional în stare constantă cu un încălzitor de protecție.

1.2 Acest standard internațional este destinat utilizării la testarea materialelor cu o conductivitate termică eficientă în intervalul de la 0,2 la 200 W/(m-K) în intervalul de temperatură de la 90 K la 1300 K.

1.3 Acest standard internațional poate fi folosit și pentru a testa materialele care au conductivitate termică eficientă în afara intervalelor specificate, cu o precizie mai mică.

2 Referințe normative

Acest standard folosește referințe normative la următoarele standarde:

GOST 2769 Rugozitatea suprafeței. Parametri și caracteristici

GOST R 8.585 Sistem de stat pentru asigurarea uniformității măsurătorilor. Termocupluri. Caracteristici nominale de conversie statică

Notă - Când utilizați acest standard, este recomandabil să verificați valabilitatea standardelor de referință în sistemul de informare publică - pe site-ul oficial al Agenției Federale pentru Reglementare Tehnică și Metrologie pe Internet sau conform indexului anual de informații „Standarde naționale” , care a fost publicat de la 1 ianuarie a anului în curs, și pe problemele indexului lunar de informare „Standarde naționale” pentru anul în curs. Dacă a fost înlocuit un standard de referință nedatat, se recomandă ca versiunea curentă a acelui standard să fie utilizată, ținând cont de orice modificări aduse acelei versiuni. Dacă standardul de referință la care este dată referința datată este înlocuit, atunci se recomandă utilizarea versiunii acestui standard cu anul de aprobare (acceptare) indicat mai sus. Dacă, după aprobarea acestui standard, se face o modificare a standardului de referință la care este dată șapa datată, care afectează prevederea la care se face referire, atunci această prevedere se recomandă a fi aplicată fără a se lua în considerare această modificare. Dacă standardul de referință este anulat fără înlocuire, atunci prevederea în care este dată referința la acesta se recomandă să fie aplicată în partea care nu afectează această referință.

3 Termeni, definiții și simboluri

3.1 Următorii termeni sunt utilizați în acest standard cu definițiile lor respective:

3.1.1 conductivitate termică /.. W / (m K): Raportul dintre densitatea fluxului de căldură în condiții staționare printr-o unitate de suprafață și un gradient de temperatură unitar e direcția perpendiculară pe suprafață.

Ediție oficială

GOST R 57967-2017

3.1.2 conductivitate termică aparentă reprezintă conductivitatea termică aparentă sau efectivă.

3.2 8 din prezentul standard, sunt utilizate următoarele denumiri:

3.2.1 X M (T), W / (m K) - conductivitatea termică a probelor de referință în funcție de temperatură.

3.2.2 Eci, W/(m K) - conductivitatea termică a probei de referință superioare.

3.2.3 Xjj'. 8t/(m K) - conductivitatea termică a probei de referință inferioare.

3.2.4 edT), W / (m K) - conductivitatea termică a probei de testat, corectată pentru transferul de căldură, dacă este necesar.

3.2.5 X "$ (T), W / (m K) - conductivitatea termică a probei de testat, calculată fără corecție pentru transferul de căldură.

3.2.6 >y(7), W/(m K) - conductivitatea termică a izolației în funcție de temperatură.

3.2.7 T, K - temperatura absolută.

3.2.8 Z, m - distanța măsurată de la capătul superior al pachetului.

3.2.9 /, m - lungimea probei de testat.

3.2.10 G (, K - temperatura la Z r

3.2.11 q", W / m 2 - flux de căldură pe unitate de suprafață.

3.2.12 ZX LT etc. - abateri X. G. etc.

3.2.13 g A, m este raza probei de încercare.

3.2.14 g in, m - raza interioară a carcasei de protecție.

3.2.15 f 9 (Z), K - temperatura învelișului de reținere în funcție de distanța Z.

4 Esența metodei

4.1 Schema generală a metodei de curgere a căldurii unidimensionale în stare constantă folosind un încălzitor de securitate este prezentată în Figura 1. Probă de testare cu conductivitate termică necunoscută X s . având o conductivitate termică estimată X s // s . plasate sub sarcină între două epruvete de referință de conductivitate termică X m având aceeași arie de secțiune transversală și conductivitate termică specifică X^//^. Designul este un pachet format dintr-un încălzitor cu disc cu o probă de testare și mostre de referință pe fiecare parte dintre încălzitor și radiator. În pachetul de testare este creat un gradient de temperatură, pierderile de căldură sunt minimizate prin utilizarea unui încălzitor de protecție longitudinală având aproximativ același gradient de temperatură. Aproximativ jumătate din energie curge prin fiecare probă. În starea de echilibru, coeficientul de conductivitate termică se determină din gradienții de temperatură* măsurați ai probei de testat și a probelor de referință corespunzătoare și conductivitatea termică a materialelor de referință.

4.2 Aplicați forță pe pungă pentru a asigura un contact bun între probe. Pachetul este înconjurat de un material izolator cu conductivitate termică Izolația este închisă într-o carcasă de protecție * cu raza de r 8, situată la temperatura T d (2). Stabiliți un gradient de temperatură în pungă menținând partea superioară la o temperatură de T t și partea inferioară la o temperatură de T in. Temperatura T 9 (Z) este de obicei un gradient de temperatură liniar, corespunzător aproximativ gradientului stabilit în pachetul investigat. Un încălzitor izotermic de securitate cu temperatura T ? (Z). egală cu temperatura medie a probei de testat. Nu se recomandă utilizarea designului celulei de măsurare a instrumentului fără încălzitoare de protecție din cauza posibilelor pierderi mari de căldură, în special la temperaturi ridicate. La starea de echilibru, gradienții de temperatură de-a lungul secțiunilor sunt calculate din temperaturile măsurate de-a lungul celor două eșantioane de referință și proba de testare. Valoarea lui X "s fără a lua în considerare corecția pentru transferul de căldură este calculată prin formulă (simbolurile sunt prezentate în Figura 2).

T4-G32U2-Z,Ze-Z5

unde Г, - temperatura la Z,. K T 2 - temperatura la Z 2, K G 3 - temperatura la Z 3. La

GOST R 57967-2017

Г 4 - temperatura la Z 4 . LA;

Г 5 - temperatura la Z s . LA:

Г в - temperatura la Z e. LA:

Z, - coordonata primului senzor de temperatură, m;

Zj - coordonata celui de-al 2-lea senzor de temperatură, m;

Z 3 - coordonata celui de-al 3-lea senzor de temperatură, m;

Z 4 - coordonata celui de-al 4-lea senzor de temperatură, m;

Z 5 - coordonata celui de-al 5-lea senzor de temperatură, m;

Z e - coordonata celui de-al 6-lea senzor de temperatură, m.

O astfel de schemă este idealizată, deoarece nu ia în considerare transferul de căldură dintre ambalaj și izolație în fiecare punct și transferul uniform de căldură la fiecare interfață dintre probele de referință și proba de testat. Erorile cauzate de aceste două ipoteze pot varia foarte mult. Din cauza acestor doi factori, trebuie impuse restricții asupra acestei metode de testare. dacă doriți să obțineți precizia necesară.

1 - gradient de temperatură în carcasa de protecție; 2 - gradient de temperatură în ambalaj; 3 - termocuplu: 4 - clema.

S - încălzitor superior. b - proba de referință superioară: 7 - proba de referință inferioară, c - încălzitor inferior: c - frigider. 10 - încălzitor de securitate superior: I - încălzitor de securitate

Figura 1 - Diagrama unui pachet de test tipic și a unui container, care arată corespondența gradienților de temperatură

GOST R 57967-2017

7

b

Frigider

Oa oimshprmi

Izolatie; 2 - incalzitor de securitate. E - carcasă de protecție metalică sau ceramică: 4 - încălzitor. S - proba de referință, b - proba de testare, x - locația aproximativă a termocuplurilor

Figura 2 - Schema metodei fluxului de căldură staționar unidimensional folosind un încălzitor de securitate, indicând posibilele locații pentru instalarea senzorilor de temperatură

5 Echipamente și materiale

5.1 Mostre de referință

5.1.1 Pentru mostrele de referință se vor utiliza materiale de referință sau materiale de referință cu valori cunoscute de conductivitate termică. Tabelul 1 enumeră unele dintre materialele de referință recunoscute în mod obișnuit. Figura 3 prezintă un exemplu de modificare în >. m cu temperatura * tura.

GOST R 57967-2017

Typlofoaodoost, EGL^m-K)

Figura 3 - Valori de referință ale conductivității termice a materialelor de referință

NOTĂ Materialul ales pentru probele de referință trebuie să aibă o conductivitate termică care este cea mai apropiată de cea a materialului măsurat.

5.1.2 Tabelul 1 nu este exhaustiv și alte materiale pot fi folosite ca referință. Materialul de referință și sursa valorilor X m trebuie specificate în raportul de testare.

Tabelul 1 - Date de referință pentru caracteristicile materialelor de referință

GOST R 57967-2017

Sfârșitul tabelului 1

Tabelul 2 - Conductivitatea termică a fierului electrolitic

Temperatura. La

Conductivitate termică. W/(m K)

GOST R 57967-2017

Tabelul 3 - Conductivitatea termică a wolframului

Temperatura, K

Conductivitate termică. 6t/(mK)

GOST R 57967-2017

Tabelul 4 - Conductibilitatea termică a oțelului austenitic

Temperatura. La

Conductivitate termică, W/(m K)

GOST R 57967-2017

Sfârșitul tabelului 4

5.1.3 Cerințele pentru orice materiale de referință includ stabilitatea proprietăților pe întregul interval de temperatură de funcționare, compatibilitatea cu alte componente ale celulei de măsurare a instrumentului, ușurința de atașare a senzorului de temperatură și conductivitatea termică cunoscută cu precizie. Deoarece erorile datorate pierderii de căldură pentru o anumită creștere a k sunt proporționale cu modificarea k și Jk s , materialul de referință c) ar trebui utilizat pentru probele de referință. m cel mai apropiat de >. s .

5.1.4 Dacă conductibilitatea termică a probei k s este între valorile coeficientului de conductivitate termică a celor două materiale de referință, trebuie utilizat un material de referință cu o conductivitate termică mai mare k u. pentru a reduce scăderea generală a temperaturii de-a lungul pachetului.

5.2 Materiale izolante

Ca materiale izolante, pulbere, materiale dispersate și fibroase sunt utilizate pentru a reduce fluxul radial de căldură în spațiul inelar din jurul pachetului și pierderile de căldură de-a lungul pachetului. Există mai mulți factori de care trebuie să luați în considerare atunci când alegeți izolația:

Izolația trebuie să fie stabilă în intervalul de temperatură așteptat, să aibă o conductivitate termică k scăzută și să fie ușor de manevrat;

Izolația nu trebuie să contamineze componentele celulei de măsurare a instrumentului, cum ar fi senzorii de temperatură, trebuie să aibă o toxicitate scăzută și să nu conducă electricitatea.

Pulberile și solidele sunt de obicei folosite deoarece sunt ușor de compactat. Pot fi utilizate covorașe din fibre de densitate scăzută.

5.3 Senzori de temperatură

5.3.1 Pe fiecare eșantion de referință trebuie instalați cel puțin doi senzori de temperatură și doi pe proba de testare. Dacă este posibil, probele de referință și proba de testare trebuie să conțină fiecare câte trei senzori de temperatură. Sunt necesari senzori suplimentari pentru a confirma liniaritatea distribuției temperaturii de-a lungul pachetului sau pentru a detecta o eroare din cauza unui senzor de temperatură necalibrat.

5.3.2 Tipul senzorului de temperatură depinde de dimensiunea celulei de măsurare a instrumentului, de domeniul de temperatură și de mediul din celula de măsurare a instrumentului, determinate de izolație, probe de referință, proba de testare și gaz. Orice senzor cu suficientă precizie poate fi utilizat pentru măsurarea temperaturii, iar celula de măsurare a dispozitivului trebuie să fie suficient de mare pentru ca perturbarea fluxului de căldură de la senzorii de temperatură să fie neglijabilă. De obicei se folosesc termocupluri. Dimensiunile lor mici și ușurința de atașare sunt avantaje clare.

5.3.3 Termocuplurile trebuie să fie realizate din sârmă cu un diametru care să nu depășească 0,1 mm. Toate joncțiunile reci trebuie menținute la o temperatură constantă. Această temperatură este menținută printr-un șlam răcit, un termostat sau o compensare electronică a punctului de referință. Toate termocuplurile vor fi realizate fie din fire calibrate, fie din fire care au fost certificate de furnizor pentru a îndeplini limitele de eroare specificate în GOST R 8.585.

5.3.4 Metodele de fixare a termocuplurilor sunt prezentate în Figura 4. Contactele interne pot fi obținute în metale și aliaje prin sudarea termoelementelor individuale pe suprafețe (Figura 4a). Joncțiunile termocuplurilor sudate cap la cap sau sudate cu perle pot fi atașate rigid prin lovire, cimentare sau sudare în caneluri înguste sau găuri mici (Figurile 4b, 4c și 4

5.3.5 În Figura 46 termocuplul este într-o fantă radială, în timp ce în Figura 4c termocuplul este tras printr-o gaură radială din material. 8 caz de utilizare a unui termocuplu într-o manta de protectie sau a unui termocuplu, ambele termocupluri fiind intr-un izolator electric cu doua

GOST R 57967-2017

orificii, poate fi utilizat suportul de termocuplu prezentat în Figura 4d. În ultimele trei cazuri, termocuplul trebuie să fie lipit termic de suprafața solidă cu un adeziv adecvat sau adeziv de temperatură înaltă. Toate cele patru proceduri prezentate în Figura 4 ar trebui să includă fire de călire pe suprafețe, înfășurarea firelor în zone izoterme, fire de împământare termică pe o protecție sau o combinație a tuturor celor trei.

5.3.6 Deoarece inexactitatea locației senzorului de temperatură duce la erori mari. o atenție deosebită trebuie acordată determinării corecte a distanței dintre senzori și calculării posibilei erori rezultate din orice inexactitate.

c - pantof de brânză interioară cu termoelemente separate sudate pe eșantionul de testat sau specimenele de referință în așa fel încât semnalul să treacă prin material. 6 - o canelură radială pe o suprafață plană pentru atașarea unui fir gol sau a unui senzor termocuplu izolat cu ceramică; c un mic orificiu radial găurit prin piesa de testare sau piesele de referință și un termocuplu neizolat (permis dacă materialul este un izolator electric) sau izolat introdus prin orificiu: d un mic orificiu radial găurit prin piesa de testat sau piesele de referință și termocuplul, plasat despre gaura

Figura 4 - Montarea termocuplurilor

NOTĂ În toate cazurile, termocuplurile trebuie să fie întărite termic sau împământate termic la rezervor pentru a minimiza eroarea de măsurare datorată fluxului de căldură către sau dinspre joncțiunea fierbinte.

5.4 Sistem de încărcare

5.4.1 Metoda de testare necesită un transfer uniform de căldură pe interfața dintre epruvetele de referință și eșantionul de testat atunci când senzorii de temperatură se află la rk de interfață. Pentru a face acest lucru, este necesar să se asigure o rezistență uniformă de contact.

GOST R 57967-2017

Variația în zonele adiacente ale epruvetelor de referință și ale probei de testare, care poate fi creată prin aplicarea unei sarcini axiale în combinație cu un mediu conductiv la interfețe. Nu se recomandă efectuarea măsurătorilor în vid, cu excepția cazului în care este necesar în scopuri de protecție.

5.4.2 Când se testează materiale cu conductivitate termică scăzută, se folosesc eșantioane de testare subțiri, astfel încât senzorii de temperatură trebuie instalați aproape de suprafață. În astfel de cazuri, la interfețe trebuie introdus un strat foarte subțire de lichid, pastă, folie de metal moale sau ecran foarte conductiv termic.

5.4.3 Proiectarea instrumentului de măsurare trebuie să prevadă mijloace pentru impunerea unei sarcini reproductibile și constante de-a lungul pachetului pentru a minimiza rezistențele interfaciale la interfețele dintre probele de referință și proba de testare. Sarcina poate fi aplicată pneumatic, hidraulic, prin acțiunea arcului sau prin poziționarea unei sarcini. Mecanismele de aplicare a sarcinii de mai sus sunt constante pe măsură ce temperatura pachetului se modifică. În unele cazuri, rezistența la compresiune a epruvetei de încercare poate fi atât de mică încât forța aplicată trebuie să fie limitată de greutatea epruvetei de referință superioare. În acest caz, o atenție deosebită trebuie acordată erorilor care pot fi cauzate de un contact slab, pentru care senzorii de temperatură trebuie amplasați departe de orice perturbare a fluxului de căldură la interfețe.

5.5 Înveliș de protecție

5.5.1 Pachetul constând din proba de testat și mostrele de referință trebuie să fie închis într-o manta de protecție cu simetrie circulară corectă. Învelișul de protecție poate fi din metal sau ceramică, iar raza sa interioară trebuie să fie astfel încât raportul r^r A să fie în intervalul de la 2,0 la 3,5. Carcasa de protecție trebuie să conțină cel puțin un încălzitor de protecție pentru a controla profilul temperaturii de-a lungul carcasei.

5.5.2 Rezervorul trebuie proiectat și exploatat în așa fel încât temperatura suprafeței sale să fie fie izotermă și aproximativ egală cu temperatura medie a probei de testat, fie să aibă un profil liniar aproximativ potrivit la capetele de sus și de jos ale izolării cu pozițiile corespunzătoare de-a lungul pachetului. În fiecare caz, cel puțin trei senzori de temperatură trebuie instalați pe izolator în puncte precoordonate (vezi Figura 2) pentru a măsura profilul temperaturii.

5.6 Echipamente de măsurare

5.6.1 Combinația dintre senzorul de temperatură și instrumentul de măsurare utilizat pentru măsurarea ieșirii senzorului trebuie să fie adecvată pentru a oferi o precizie de măsurare a temperaturii de ± 0,04 K și o eroare absolută mai mică de ± 0,5 %.

5.6.2 Echipamentul de măsurare pentru această metodă trebuie să mențină temperatura necesară și să măsoare toate tensiunile de ieșire relevante cu o precizie proporțională cu precizia de măsurare a temperaturii a senzorilor de temperatură.

6 Pregătirea pentru testare

6.1 Cerințe pentru probele de testare

6.1.1 Piesele de încercare testate prin această metodă nu se limitează la geometria bomboanelor. Cel mai preferabil, utilizarea specimenelor cilindrice sau prismatice. Regiunile de conducere ale eșantionului de încercare și ale epruvetelor de referință trebuie să fie aceleași până la 1 % și orice diferență de suprafață trebuie luată în considerare la calcularea rezultatului. Pentru o configurație cilindrică, razele eșantionului de încercare și ale specimenelor de referință trebuie să fie de acord cu ± 1 %. iar raza epruvetei de încercat, r A, trebuie să fie astfel încât r B fr A să fie între 2,0 și 3,5. Fiecare suprafață plană a probelor de testare și de referință trebuie să fie plană, cu o rugozitate a suprafeței de cel mult R a 32 în conformitate cu GOST 2789. iar normalele fiecărei suprafețe trebuie să fie paralele cu axa probei cu o precizie de ± 10. min.

NOTĂ În unele cazuri, această cerință nu este necesară. De exemplu, unele instrumente pot consta din mostre de referință și probe de testare cu valori mari de >. m și >. s . unde erorile datorate pierderilor de căldură sunt neglijabile pentru secțiuni lungi. Astfel de secțiuni pot avea o lungime suficientă pentru a permite

GOST R 57967-2017

care ar trebui folosit pentru a monta senzori de temperatură la o distanță suficientă de punctele de contact, asigurând astfel uniformitatea fluxului de căldură. Lungimea eșantionului de testat trebuie selectată pe baza cunoștințelor razei și conductivității termice. Când). și mai mare decât conductivitatea termică a oțelului inoxidabil, pot fi utilizate epruvete lungi de testare cu o lungime de 0 g A » 1. Astfel de epruvete de testare lungi permit utilizarea unor distanțe mari între senzorii de temperatură, iar acest lucru reduce eroarea datorată inexactității în locația senzorului. Când). m mai mică decât conductivitatea termică a oțelului inoxidabil, lungimea eșantionului de testat trebuie redusă, deoarece eroarea de măsurare datorată pierderii de căldură devine prea mare.

6.1.2 Dacă nu se prevede altfel în documentul normativ sau în documentația tehnică a materialului. pentru testare se folosește un singur specimen de testat.

6.2 Configurare hardware

6.2.1 Calibrarea și verificarea echipamentelor se efectuează în următoarele cazuri:

După asamblarea feroneriei:

Dacă raportul dintre X m și X s este mai mic de 0,3. sau mai mult de 3. și nu este posibilă selectarea valorilor conductivităților termice;

Dacă forma piesei de testare este complexă sau piesa de testare este mică:

Dacă s-au făcut modificări parametrilor geometrici ai celulei de măsurare a dispozitivului;

Dacă s-a decis să se utilizeze alte materiale de referință sau izolație decât cele specificate în secțiunile 6.3 și 6.4:

Dacă echipamentul a funcționat anterior la o temperatură suficient de mare pentru a modifica proprietățile componentelor, cum ar fi. de exemplu, sensibilitatea unui termocuplu.

6.2.2 Aceste verificări trebuie efectuate prin compararea a cel puțin două materiale de referință, după cum urmează:

Selectați un material de referință a cărui conductivitate termică este cel mai apropiată de conductibilitatea termică așteptată a probei de testat:

Conductivitatea termică X a unui eșantion de testat realizat dintr-un material de referință se măsoară folosind eșantioane de referință realizate dintr-un alt material de referință care are o valoare X cea mai apropiată de cea a specimenului de testat. De exemplu, testul poate fi efectuat pe o probă de vitroceramică. folosind mostre de referință din oțel inoxidabil. Dacă conductivitatea termică măsurată a probei nu corespunde cu valoarea din Tabelul 1 după aplicarea unei corecții de transfer termic, sursele de eroare trebuie determinate.

7 Testare

7.1 Selectați mostrele de referință astfel încât conductivitatea lor termică să fie de același ordin de mărime ca cea de așteptat pentru proba de testat. După echiparea probelor de referință necesare cu senzori de temperatură și plasarea lor în celula de măsurare, proba de testare este echipată cu mijloace similare. Eșantionul de testat este introdus în pungă astfel încât să fie plasat între specimenele de referință și să fie în contact cu specimenele de referință adiacente pentru cel puțin 99% din fiecare suprafață. Folia moale sau alte medii de contact pot fi folosite pentru a reduce rezistența la suprafață. Dacă celula de măsurare trebuie protejată de oxidare în timpul testului sau dacă măsurarea necesită o anumită presiune a gazului sau a gazului pentru a controla X /t, atunci celula de măsurare este umplută și purjată cu gazul de lucru la presiunea setată. Pentru a încărca pachetul, trebuie aplicată forța necesară pentru a reduce efectele rezistenței termice neuniforme la interfață.

7.2 Porniți încălzitoarele de sus și de jos la ambele capete ale sacului și reglați până când. în timp ce diferența de temperatură între punctele 2 și Zj. Z3 și Z4. și Z s și 2^ nu trebuie să fie mai mare de 200 de ori eroarea senzorului de temperatură, dar nu mai mare de 30 K. iar proba de încercare nu trebuie să fie la temperatura medie necesară pentru măsurare. În ciuda. că nu este necesar un profil de temperatură precis de-a lungul învelișului pentru 3. puterea încălzitoarelor de înveliș este controlată până când profilul de temperatură de-a lungul învelișului este T g )

Secțiuni