Vlastnosti metódy horúceho drôtu na stanovenie tepelnej vodivosti. Stanovenie tepelnej vodivosti pevných materiálov metódou plochej vrstvy

Domov

studne

So zvyšovaním merného výkonu spaľovacích motorov narastá množstvo tepla, ktoré je potrebné odvádzať zo zohrievaných komponentov a dielov. Účinnosť moderných chladiacich systémov a spôsob zvyšovania intenzity prenosu tepla už takmer dosiahli svoje hranice. Cieľom tejto práce je študovať inovatívne chladivá pre chladiace systémy tepelných energetických zariadení na báze dvojfázových systémov pozostávajúcich zo základného média (vody) a nanočastíc. Uvažuje sa o jednej z metód merania tepelnej vodivosti kvapaliny nazývanej 3ω-hot-wire. Prezentované sú výsledky merania tepelnej vodivosti nanokvapaliny na báze oxidu grafénu pri rôznych koncentráciách. Zistilo sa, že pri použití 1,25 % grafénu sa koeficient tepelnej vodivosti nanokvapaliny zvýšil o 70 %.

tepelná vodivosť

súčiniteľ tepelnej vodivosti

oxid grafénu

nanokvapalina

chladiaci systém

skúšobný stojan

1. Osipová V.A. Experimentálne štúdium procesov prenosu tepla: učebnica. príspevok pre vysoké školy. - 3. vyd., prepracované. a dodatočné - M.: Energia, 1979. - 320 s.

2. Prenos tepla /V.P. Isachenko, V.A. Osipová, A.S. Sukomel - M .: Energia, 1975. - 488 s.

3. Anomálne zvýšené efektívne tepelné vodivosti nanokvapalín na báze etylénglykolu s obsahom nanočastíc medi / J.A. Eastman, S.U.S. Choi, S. Li, W. Yu, L.J. Thompson Apple. Phys. Lett. 78,718; 2001.

4. Merania tepelnej vodivosti s použitím techniky 3-omega: Aplikácia na Power Harvesting Microsystems / David de Koninck; Thesis of Master of Engineering, McGill University, Montreal, Kanada, 2008. - 106 s.

5. Meranie tepelnej vodivosti / W.A. Wakeham, M.J. Assael 1999 od CRC Press LLC.

Je známe, že so súčasnými trendmi vo zvyšovaní merného výkonu spaľovacích motorov, ako aj s vyššími otáčkami a menšími rozmermi pre mikroelektronické zariadenia neustále narastá množstvo tepla, ktoré je potrebné odoberať zo zohrievaných komponentov a dielov. Použitie rôznych teplovodivých kvapalín na odvod tepla je jednou z najbežnejších a najúčinnejších metód. Efektívnosť moderných konštrukcií chladiacich zariadení, ako aj zaužívaný spôsob zvýšenia intenzity prenosu tepla už takmer dosiahli svoje hranice. Je známe, že konvenčné chladivá (voda, oleje, glykoly, fluórované uhľovodíky) majú pomerne nízku tepelnú vodivosť (tabuľka 1), ktorá je limitujúcim faktorom v moderných konštrukciách chladiacich systémov. Pre zvýšenie ich tepelnej vodivosti je možné vytvoriť viacfázové (aspoň dvojfázové) disperzné médium, kde úlohu disperzie zohrávajú častice s výrazne vyššou tepelnou vodivosťou ako základná kvapalina. Maxwell v roku 1881 navrhol pridanie pevných látok s vysokou tepelnou vodivosťou do základného teplovodivého chladiva.

Cieľom je miešať kovové materiály, ako je striebro, meď, železo, a nekovové materiály, ako je oxid hlinitý, CuO, SiC a uhlíkové rúrky, ktoré majú vyššiu tepelnú vodivosť v porovnaní so základnou tepelnou kvapalinou s nižšou tepelnou vodivosťou. Spočiatku boli mikrónové a dokonca aj milimetrové pevné častice (ako sú strieborné, medené, železné, uhlíkové rúrky s vyššou tepelnou vodivosťou ako základná kvapalina) zmiešané so základnými kvapalinami, aby sa vytvorili kaše. Pomerne veľká veľkosť použitých častíc a náročnosť výroby nanočastíc sa stali limitujúcimi faktormi pri použití takýchto suspenzií. Tento problém vyriešila práca zamestnancov arizonského národného laboratória S. Choi a J. Eastman, ktorí robili experimenty s kovovými časticami o veľkosti nanometrov. Kombinovali rôzne kovové nanočastice a nanočastice oxidov kovov s rôznymi kvapalinami a dosiahli veľmi zaujímavé výsledky. Tieto suspenzie nanoštruktúrnych materiálov sa nazývajú „nanokvapaliny“.

stôl 1

Porovnanie koeficientov tepelnej vodivosti materiálov pre nanokvapaliny

Pre vývoj moderných inovatívnych chladív pre chladiace systémy vysoko zrýchlených tepelno-energetických zariadení sme uvažovali o dvojfázových systémoch pozostávajúcich zo základného média (voda, etylénglykol, oleje a pod.) a nanočastíc, t.j. častice s charakteristickou veľkosťou od 1 do 100 nm. Dôležitou vlastnosťou nanokvapalín je, že už pri pridaní malého množstva nanočastíc vykazujú výrazné zvýšenie tepelnej vodivosti (niekedy aj viac ako 10-násobné). Navyše zvýšenie tepelnej vodivosti nanokvapaliny závisí od teploty - so zvyšujúcou sa teplotou sa zvyšuje koeficient tepelnej vodivosti.

Pri vytváraní takýchto nanokvapalín, ktoré sú dvojfázovým systémom, je potrebná spoľahlivá a dostatočne presná metóda merania súčiniteľa tepelnej vodivosti.

Zvažovali sme rôzne metódy merania súčiniteľa tepelnej vodivosti pre kvapaliny. Ako výsledok analýzy bola zvolená metóda "3ω-wire" na meranie tepelnej vodivosti nanokvapalín s dostatočne vysokou presnosťou.

Metóda "3ω-wire" sa používa na súčasné meranie tepelnej vodivosti a tepelnej difúznosti materiálov. Je založená na meraní časovo závislého nárastu teploty v zdroji tepla, t. j. horúcom drôte, ktorý je ponorený do testovanej kvapaliny. Kovový drôt slúži súčasne ako elektrický odporový ohrievač a odporový teplomer. Kovové drôty sú vyrobené s extrémne malým priemerom (niekoľko desiatok mikrónov). Nárast teploty drôtu zvyčajne dosahuje 10 °C a vplyv konvekcie možno zanedbať.

Kovový drôt dĺžky L a polomeru r zavesený v kvapaline pôsobí ako ohrievač a odporový teplomer, ako je znázornené na obr. jeden.

Ryža. 1. Schéma inštalácie metódy "3ω horúceho drôtu" na meranie tepelnej vodivosti kvapaliny

Podstata metódy použitej na stanovenie súčiniteľa tepelnej vodivosti je nasledovná. Striedavý prúd tečie cez kovový drôt (ohrievač). AC charakteristika je daná rovnicou

kde I 0 - je amplitúda striedavého sínusového prúdu; ω - frekvencia prúdu; t - čas.

Drôtom preteká striedavý prúd, ktorý pôsobí ako ohrievač. V súlade so zákonom Joule-Lenz sa množstvo tepla uvoľneného pri prechode elektrického prúdu vodičom určuje:

a je superpozíciou zdroja jednosmerného prúdu a 2ω modulovaného zdroja tepla,

kde RE je elektrický odpor kovového drôtu za experimentálnych podmienok a je funkciou teploty.

Uvoľnený tepelný výkon generuje zmenu teploty v ohrievači, ktorá je tiež superpozíciou jednosmernej zložky a striedavej zložky 2ω:

kde ΔT DC je amplitúda zmeny teploty pod vplyvom jednosmerného prúdu; ΔT 2ω - amplitúda zmeny teploty pri pôsobení striedavého prúdu; φ - fázový posun vyvolaný zahrievaním hmoty vzorky.

Elektrický odpor drôtu závisí od teploty a toto je 2ω zložka striedavého prúdu v odpore drôtu:

kde C rt - teplotný koeficient odporu pre kovový drôt; R E0 - referenčný odpor ohrievača pri teplote T 0 .

Typicky To je teplota objemovej vzorky.

Napätie na kovovom drôte možno získať ako,

(6)

V rovnici (6) napätie na drôte obsahuje: pokles napätia spôsobený jednosmerným odporom drôtu pri 1ω a dve nové zložky úmerné zvýšeniu teploty v drôte pri 3ω a 1ω. 3ω zložka napätia možno extrahovať zosilňovačom a potom použiť na výstup amplitúdy zmeny teploty pri 2ω:

Frekvenčnú závislosť zmeny teploty ΔT 2ω získame zmenou frekvencie striedavého prúdu pri konštantnom napätí V 1ω. Zároveň je možné aproximovať závislosť zmeny teploty ΔT 2ω od frekvencie ako

kde α f - koeficient tepelnej difúznosti; k f - koeficient tepelnej vodivosti základnej tekutiny; η je konštanta.

Zmenu teploty pri frekvencii 2ω v kovovom drôte možno odvodiť pomocou zložky napätia s frekvenciou 3ω, ako je znázornené v rovnici (8). Súčiniteľ tepelnej vodivosti kvapaliny k f je určený sklonom 2ω zmeny teploty kovového drôtu vzhľadom na frekvenciu ω,

(9)

kde P je aplikovaný výkon; ω - je frekvencia aplikovaného elektrického prúdu; L je dĺžka kovového drôtu; ΔT 2ω - amplitúda zmeny teploty pri frekvencii 2ω v kovovom drôte.

Metóda 3ω drôtu má oproti tradičnej metóde horúceho drôtu niekoľko výhod:

1) kolísanie teploty môže byť dostatočne malé (menej ako 1 K v porovnaní s približne 5 K pri metóde horúceho drôtu) v testovacej kvapaline na udržanie konštantných vlastností kvapaliny;

2) zvuky pozadia, ako sú zmeny teploty, majú oveľa menší vplyv na výsledky merania.

Vďaka týmto výhodám je táto metóda ideálna na meranie teplotnej závislosti tepelnej vodivosti nanokvapalín.

Zariadenie na meranie tepelnej vodivosti obsahuje nasledujúce komponenty: Winstonov most; generátor signálu; spektrálny analyzátor; osciloskop.

Winstonov mostík je obvod používaný na porovnanie neznámeho odporu R x so známym odporom R 0 . Schéma mostíka je znázornená na obr. 2. Štyri ramená Winstonovho mosta AB, BC, AD a DS sú odpory Rx, R0, R1 a R2. Na uhlopriečku VD je pripojený galvanometer a na uhlopriečku AC je pripojený zdroj energie.

Ak vhodne zvolíte hodnoty premenných odporov R1 a R2, potom môžete dosiahnuť zhodnosť potenciálov bodov B a D: a môžete nájsť neznámy odpor Rx. Na to používame Kirchhoffove pravidlá pre rozvetvené reťazce. Aplikovaním prvého a druhého Kirchhoffovho pravidla dostaneme

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

Presnosť určenia Rx touto metódou závisí vo veľkej miere od voľby odporov R1 a R2. Najvyššia presnosť je dosiahnutá pri R 1 ≈ R 2 .

Generátor signálu pôsobí ako zdroj elektrických kmitov v rozsahu 0,01 Hz - 2 MHz s vysokou presnosťou (s rozlíšením 0,01 Hz). Značka generátora signálu G3-110.

Ryža. 2. Schéma Winstonovho mosta

Spektrálny analyzátor je navrhnutý tak, aby izoloval 3ω zložku spektra. Pred začatím práce bol spektrálny analyzátor testovaný na zhodu s napätím tretej harmonickej. Na tento účel sa signál z generátora G3-110 privádza na vstup spektrálneho analyzátora a paralelne do širokopásmového digitálneho voltmetra. Efektívna hodnota amplitúdy napätia bola porovnaná na spektrálnom analyzátore a voltmetri. Rozdiel medzi hodnotami bol 2 %. Spektrálny analyzátor bol tiež kalibrovaný pri internom teste prístroja pri frekvencii 10 kHz. Hodnota signálu na nosnej frekvencii bola 80 mV.

Osciloskop C1-114/1 je určený na štúdium formy elektrických signálov.

Pred začatím štúdie musí byť ohrievač (drôt) umiestnený vo vzorke testovacej kvapaliny. Drôt sa nesmie dotýkať stien nádoby. Ďalej sa uskutočnilo frekvenčné skenovanie v rozsahu od 100 do 1600 Hz. Na spektrálnom analyzátore pri študovanej frekvencii sa v automatickom režime zaznamenáva hodnota signálu 1., 2., 3. harmonickej.

Na meranie amplitúdy sily prúdu bol použitý rezistor s odporom ~ 0,47 Ω zapojený do série s obvodom. Hodnota musí byť taká, aby nepresiahla menovitú hodnotu meracieho ramena rádovo 1 ohm. Pomocou osciloskopu sme zistili napätie U. Pri znalosti R a U sme zistili amplitúdu sily prúdu I 0. Na výpočet aplikovaného výkonu sa meria napätie v obvode.

Najprv sa skúma široký frekvenčný rozsah. Určí sa užší frekvenčný rozsah, kde je linearita grafu najvyššia. Potom sa vo zvolenom frekvenčnom rozsahu vykoná meranie s jemnejším frekvenčným krokom.

V tabuľke. Obrázok 2 ukazuje výsledky merania tepelnej vodivosti nanokvapaliny, čo je 0,35 % suspenzia oxidu grafénu v základnej kvapaline (vode), s použitím medeného izolovaného drôtu s dĺžkou 19 cm, priemerom 100 µm, pri teplote 26 °C. °C pre frekvenčný rozsah 780...840 Hz.

Na obr. 3 znázorňuje celkový pohľad na stojan na meranie tepelnej vodivosti kvapaliny.

V tabuľke. Obrázok 3 ukazuje závislosť tepelnej vodivosti suspenzie oxidu grafénu od jej koncentrácie v kvapaline pri teplote 26 °C. Koeficienty tepelnej vodivosti nanokvapaliny boli merané pri rôznych koncentráciách oxidu grafénu od 0 do 1,25 %.

tabuľka 2

Výsledky merania tepelnej vodivosti nanokvapaliny

frekvenčný rozsah	Kruhová frekvencia	Súčasná sila	Amplitúda napätia tretej harmonickej	Zmena teploty	Logaritmus kruhovej frekvencie	Moc	Sklon grafu	Súčiniteľ tepelnej vodivosti

Ryža. Obr. 3. Celkový pohľad na stojan na meranie tepelnej vodivosti kvapaliny

V tabuľke. 3 sú tiež uvedené hodnoty koeficientov tepelnej vodivosti určené podľa Maxwellovho vzorca.

(10)

kde k je tepelná vodivosť nanokvapaliny; k f - koeficient tepelnej vodivosti základnej tekutiny; k p - koeficient tepelnej vodivosti dispergovanej fázy (nanočastice); φ - hodnota objemovej fázy každej z fáz disperzií.

Tabuľka 3

Koeficient tepelnej vodivosti suspenzie oxidu grafénu

Pomer súčiniteľov tepelnej vodivosti k exp /k teor a k exp /k tab. vody sú znázornené na obr. 4.

Takéto odchýlky experimentálnych údajov od údajov predpovedaných klasickou Maxwellovou rovnicou môžu byť podľa nášho názoru spojené s fyzikálnymi mechanizmami na zvýšenie tepelnej vodivosti nanokvapaliny, a to:

V dôsledku Brownovho pohybu častíc; miešanie kvapaliny vytvára mikrokonvekčný efekt, čím sa zvyšuje energia prenosu tepla;

Prenos tepla perkolačným mechanizmom hlavne pozdĺž klastrových kanálov vytvorených ako výsledok aglomerácie nanočastíc prenikajúcich do celej štruktúry rozpúšťadla (bežná kvapalina);

Molekuly základnej tekutiny tvoria okolo nanočastíc vysoko orientované vrstvy, čím sa zvyšuje objemový podiel nanočastíc.

Ryža. 4. Závislosť pomeru koeficientov tepelnej vodivosti od koncentrácie oxidu grafénu

Práce sa uskutočnili so zapojením zariadení Centra pre kolektívne využitie vedeckých zariadení „Diagnostika mikro- a nanoštruktúr“ s finančnou podporou Ministerstva školstva a vedy Ruskej federácie.

Recenzenti:

Eparkhin O.M., doktor technických vied, profesor, riaditeľ pobočky v Jaroslavli Moskovskej štátnej univerzity železničného inžinierstva v Jaroslavli;

Amirov I.I., doktor fyzikálnych a matematických vied, výskumný pracovník, Jaroslavľská pobočka Federálnej štátnej rozpočtovej inštitúcie „Fyziko-technologický inštitút“ Ruskej akadémie vied, Jaroslavľ.

Dielo sa do redakcie dostalo 28. júla 2014.

Bibliografický odkaz

Zharov A.V., Savinsky N.G., Pavlov A.A., Evdokimov A.N. EXPERIMENTÁLNA METÓDA MERANIA TEPELNEJ VODIVOSTI NANOFLUIDÍD // Fundamental Research. - 2014. - č.8-6. - S. 1345-1350;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34766 (dátum prístupu: 02/01/2020). Dávame do pozornosti časopisy vydávané vydavateľstvom "Academy of Natural History"

V súlade s požiadavkami federálneho zákona č. 261-FZ „O úspore energie“ sa v Rusku sprísnili požiadavky na tepelnú vodivosť stavebných a tepelnoizolačných materiálov. Dnes je meranie tepelnej vodivosti jedným z povinných bodov pri rozhodovaní, či použiť materiál ako tepelný izolant.

Prečo je potrebné merať tepelnú vodivosť v stavebníctve?

Kontrola tepelnej vodivosti stavebných a tepelnoizolačných materiálov sa vykonáva vo všetkých stupňoch ich certifikácie a výroby v laboratórnych podmienkach, kedy sú materiály vystavené rôznym faktorom, ktoré ovplyvňujú ich úžitkové vlastnosti. Existuje niekoľko bežných metód na meranie tepelnej vodivosti. Na presné laboratórne testovanie materiálov s nízkou tepelnou vodivosťou (pod 0,04 - 0,05 W / m * K) sa odporúča použiť prístroje využívajúce metódu stacionárneho tepelného toku. Ich použitie upravuje GOST 7076.

Spoločnosť "Interpribor" ponúka merač tepelnej vodivosti, ktorého cena je priaznivá v porovnaní s dostupnými na trhu a spĺňa všetky moderné požiadavky. Je určený na laboratórnu kontrolu kvality stavebných a tepelnoizolačných materiálov.

Výhody merača tepelnej vodivosti ITS-1

Merač tepelnej vodivosti ITS-1 má originálny monoblokový dizajn a vyznačuje sa nasledujúcimi výhodami:

automatický cyklus merania;
vysoko presná meracia dráha, ktorá umožňuje stabilizovať teploty chladničky a ohrievača;
možnosť kalibrácie zariadenia pre určité druhy skúmaných materiálov, čo ďalej zvyšuje presnosť výsledkov;
expresné vyhodnotenie výsledku v procese vykonávania meraní;
optimalizovaná "horúca" bezpečnostná zóna;
informatívny grafický displej, ktorý zjednodušuje kontrolu a analýzu výsledkov meraní.

ITS-1 je dodávaný v jedinej základnej modifikácii, ktorú je možné na želanie klienta doplniť o kontrolné vzorky (plexisklo a penový plast), box na sypké materiály a ochranné puzdro na uskladnenie a transport prístroja.

Doteraz nebola vyvinutá jednotná klasifikácia, čo súvisí s rôznorodosťou existujúcich metód. Známe experimentálne metódy merania tepelnej vodivosti materiálov sú rozdelené do dvoch veľkých skupín: stacionárne a nestacionárne. V prvom prípade kvalita výpočtového vzorca využíva konkrétne riešenia rovnice vedenia tepla

za predpokladu, v druhej - za predpokladu, kde T je teplota; f - čas; - koeficient tepelnej difúznosti; l - koeficient tepelnej vodivosti; C - merná tepelná kapacita; d je hustota materiálu; - Laplaceov operátor zapísaný v zodpovedajúcom súradnicovom systéme; - merný výkon objemového zdroja tepla.

Prvá skupina metód je založená na použití stacionárneho tepelného režimu; druhý - nestacionárny tepelný režim. Stacionárne metódy na určenie súčiniteľa tepelnej vodivosti podľa povahy meraní sú priame (t. j. súčiniteľ tepelnej vodivosti sa priamo určuje) a delia sa na absolútne a relatívne. V absolútnych metódach umožňujú parametre namerané v experimente získať požadovanú hodnotu súčiniteľa tepelnej vodivosti pomocou výpočtového vzorca. V relatívnych metódach umožňujú parametre namerané v experimente získať požadovanú hodnotu súčiniteľa tepelnej vodivosti pomocou výpočtového vzorca. V relatívnych metódach namerané parametre nestačia na výpočet absolútnej hodnoty. Tu sú možné dva prípady. Prvým z nich je sledovanie zmeny súčiniteľa tepelnej vodivosti vzhľadom na počiatočný, braný ako jednotný. Druhým prípadom je použitie referenčného materiálu so známymi tepelnými vlastnosťami. V tomto prípade sa vo výpočtovom vzorci používa koeficient tepelnej vodivosti normy. Relatívne metódy majú oproti absolútnym metódam určitú výhodu v tom, že sú jednoduchšie. Ďalšie delenie stacionárnych metód je možné realizovať podľa charakteru ohrevu (vonkajšie, objemové a kombinované) a podľa typu izoterm teplotného poľa vo vzorkách (ploché, valcové, sférické). Podskupina metód s externým ohrevom zahŕňa všetky metódy, ktoré využívajú externé (elektrické, objemové a pod.) ohrievače a ohrev povrchov vzoriek tepelným žiarením alebo bombardovaním elektrónmi. Podskupina metód s volumetrickým ohrevom združuje všetky metódy, ktoré využívajú ohrev prúdom prechádzajúcim vzorkou, ohrev skúmanej vzorky neutrónovým alebo z-žiarením alebo mikrovlnnými prúdmi. Do podskupiny metód s kombinovaným ohrevom možno zaradiť metódy, ktoré súčasne využívajú vonkajšie a objemové zahrievanie vzoriek alebo medziohrev (napríklad vysokofrekvenčnými prúdmi).

Vo všetkých troch podskupinách stacionárnych metód teplotné pole

môže byť iný.

Ploché izotermy sa vytvárajú, keď je tepelný tok nasmerovaný pozdĺž osi symetrie vzorky. Metódy využívajúce ploché izotermy sa v literatúre nazývajú metódy s axiálnym alebo pozdĺžnym tepelným tokom a samotné experimentálne zostavy sa nazývajú ploché zariadenia.

Cylindrické izotermy zodpovedajú šíreniu tepelného toku pozdĺž polomeru valcovej vzorky. V prípade, že tepelný tok smeruje pozdĺž polomeru sférickej vzorky, vznikajú sférické izotermy. Metódy využívajúce takéto izotermy sa nazývajú sférické a zariadenia sa nazývajú sférické.

Na štúdium tepelnej vodivosti látky sa používajú dve skupiny metód: stacionárne a nestacionárne.

Teória stacionárnych metód je jednoduchšia a plne rozvinutejšia. Nestacionárne metódy však v zásade okrem koeficientu tepelnej vodivosti umožňujú získať informácie o tepelnej difúzii a tepelnej kapacite. Preto sa v poslednom čase venuje veľká pozornosť vývoju nestacionárnych metód určovania termofyzikálnych vlastností látok.

Tu sa zvažujú niektoré stacionárne metódy na stanovenie tepelnej vodivosti látok.

a) Metóda plochej vrstvy. Pri jednorozmernom tepelnom toku plochou vrstvou je koeficient tepelnej vodivosti určený vzorcom

kde d- hrúbka, T 1 a T 2 - teploty "horúceho" a "studeného" povrchu vzorky.

Na štúdium tepelnej vodivosti touto metódou je potrebné vytvoriť tepelný tok blízky jednorozmernému.

Teploty sa zvyčajne merajú nie na povrchu vzorky, ale v určitej vzdialenosti od nich (pozri obr. 2.), preto je potrebné do nameraného teplotného rozdielu zaviesť korekcie pre rozdiel teplôt vo vrstve ohrievača resp. chladič, aby sa minimalizoval tepelný odpor kontaktov.

Pri štúdiu kvapalín, aby sa eliminoval fenomén konvekcie, musí byť teplotný gradient nasmerovaný pozdĺž gravitačného poľa (dole).

Ryža. 2. Schéma metód plochých vrstiev na meranie tepelnej vodivosti.

1 – skúšobná vzorka; 2 - ohrievač; 3 - chladnička; 4, 5 - izolačné krúžky; 6 – bezpečnostné ohrievače; 7 - termočlánky; 8, 9 - diferenciálne termočlánky.

b) Jaegerova metóda. Metóda je založená na riešení jednorozmernej tepelnej rovnice popisujúcej šírenie tepla pozdĺž tyče vyhrievanej elektrickým prúdom. Náročnosť použitia tejto metódy spočíva v nemožnosti vytvorenia prísnych adiabatických podmienok na vonkajšom povrchu vzorky, čo porušuje jednorozmernosť tepelného toku.

Vzorec výpočtu vyzerá takto:

(14)

kde s- elektrická vodivosť skúšobnej vzorky, U je pokles napätia medzi krajnými bodmi na koncoch tyče, DT je teplotný rozdiel medzi stredom tyče a bodom na konci tyče.

Ryža. 3. Schéma Jaegerovej metódy.

1 - elektrická pec; 2 - vzorka; 3 - čapy na upevnenie vzorky; T 1 ¸ T 6 - koncové body termočlánkov.

Táto metóda sa používa pri štúdiu elektricky vodivých materiálov.

v) Metóda valcovej vrstvy. Skúmaná kvapalina (sypký materiál vypĺňa valcovú vrstvu tvorenú dvoma koaxiálnymi valcami. Jeden z valcov, najčastejšie vnútorný, je ohrievač (obr. 4).

Obr. 4. Schéma metódy valcovej vrstvy

1 - vnútorný valec; 2 - hlavný ohrievač; 3 - vrstva testovanej látky; 4 - vonkajší valec; 5 - termočlánky; 6 - bezpečnostné vložky; 7 - prídavné ohrievače; 8 - telo.

Pozrime sa podrobnejšie na stacionárny proces vedenia tepla vo valcovej stene, ktorej teplota vonkajšieho a vnútorného povrchu je udržiavaná konštantná a rovná sa T 1 a T 2 (v našom prípade je to vrstva látky skúmané 5). Stanovme tepelný tok stenou za predpokladu, že vnútorný priemer valcovej steny je d 1 = 2r 1 a vonkajší priemer je d 2 = 2r 2, l = const a teplo sa šíri iba v radiálnom smere. .

Na vyriešenie úlohy použijeme rovnicu (12). Vo valcových súradniciach, kedy ; rovnica (12) podľa (10) má vit:

. (15)

Predstavme si notáciu dT/DR= 0, dostaneme

Po integrovaní a potencovaní tohto výrazu, prechode na pôvodné premenné, dostaneme:

. (16)

Ako je možné vidieť z tejto rovnice, závislosť T=f(r) je logaritmická.

Integračné konštanty C 1 a C 2 možno určiť dosadením okrajových podmienok do tejto rovnice:

pri r \u003d r 1 T \u003d T 1 a T1 \u003d C1 ln r1+C2,

pri r=r2 T=T2 a T 2 \u003d C 1 ln r2+C2.

Riešenie týchto rovníc vzhľadom na S 1 a Od 2 dáva:

;

Nahradením týchto výrazov za Od 1 a Od 2 do rovnice (1b), dostaneme

(17)

tepelný tok cez oblasť valcového povrchu s polomerom r a dĺžka je určená pomocou Fourierovho zákona (5)

Po vystriedaní dostávame

. (18)

Súčiniteľ tepelnej vodivosti l pri známych hodnotách Q, T 1 , T 2 , d 1 , d 2 vypočítané podľa vzorca

. (19)

Na potlačenie konvekcie (v prípade kvapaliny) musí mať valcová vrstva malú hrúbku, typicky zlomky milimetra.

Zníženie koncových strát pri metóde valcovej vrstvy sa dosiahne zvýšením pomeru / d a bezpečnostné ohrievače.

G) metóda horúceho drôtu. Pri tejto metóde je vzťah / d zvyšuje sa znižovaním d. Vnútorný valec je nahradený tenkým drôtom, ktorý bol zároveň ohrievačom aj odporovým teplomerom (obr. 5). V dôsledku relatívnej jednoduchosti konštrukcie a podrobného vývoja teórie sa metóda vyhrievaného drôtu stala jednou z najpokročilejších a najpresnejších. V praxi experimentálnych štúdií tepelnej vodivosti kvapalín a plynov zaujíma popredné miesto.

Ryža. 5. Schéma meracej cely vyhotovenej podľa metódy vyhrievaného drôtu. 1 - merací drôt, 2 - hadička, 3 - testovaná látka, 4 - prúdové vodiče, 5 - potenciálne vývody, 6 - externý teplomer.

Za predpokladu, že sa celý tepelný tok z úseku AB šíri radiálne a teplotný rozdiel T 1 - T 2 nie je veľký, takže l = const možno uvažovať v týchto medziach, tepelnú vodivosť látky určíme podľa vzorca

, (20)

kde Q AB = T × U AB je výkon rozptýlený na drôte.

e) guľová metóda. Uplatnenie nachádza v praxi štúdia tepelnej vodivosti kvapalín a sypkých materiálov. Skúmaná látka má tvar guľovej vrstvy, čo v zásade umožňuje vylúčiť nekontrolované tepelné straty. Technicky je táto metóda dosť komplikovaná.

FEDERÁLNA AGENTÚRA PRE TECHNICKÚ REGULÁCIU A METROLÓGIU

NÁRODNÝ

ŠTANDARDNÝ

RUSKY

FEDERATION

KOMPOZITY

Oficiálne vydanie

Strshdfttftsm

GOST R 57967-2017

Predslov

1 PRIPRAVIL Federálny štátny jednotný podnik „Celoruský výskumný ústav leteckých materiálov“ spolu s autonómnou nekomerčnou organizáciou „Centrum pre prideľovanie, štandardizáciu a klasifikáciu kompozitov“ za účasti Asociácie právnických osôb „Zväz výrobcov kompozitov“. “ na základe úradného prekladu do ruštiny anglickej verzie špecifikovanej v odseku 4 normy, ktorý spĺňa TC 497

2 PREDSTAVENÝ Technickým výborom pre normalizáciu TK 497 "Kompozity, štruktúry a výrobky z nich"

3 SCHVÁLENÉ A ZAVEDENÉ nariadením č. 1785-st z 21. novembra 2017 Federálnej agentúry pre technickú reguláciu a metrológiu

4 Táto norma je modifikovaná zo štandardnej testovacej metódy ASTM E1225-13 pre tepelnú vodivosť pevných látok s použitím Guard ed-Comparative - Longitudinal Heat Flow Technique, MOD) zmenou jej štruktúry tak, aby bola v súlade s pravidlami stanovenými v GOST 1.5- 2001 (pododdiely 4.2 a 4.3).

Táto norma nezahŕňa články 5. 12. články 1.2, 1.3 použitej normy ASTM. ktoré je nevhodné použiť v ruskej národnej normalizácii pre ich redundanciu.

Špecifikované články a články, ktoré nie sú zahrnuté v hlavnej časti tejto normy, sú uvedené v dodatočnej prílohe ÁNO.

Názov tejto normy bol zmenený vzhľadom na názov špecifikovanej normy ASTM, aby bol v súlade s GOST R 1.5-2012 (pododdiel 3.5).

Porovnanie štruktúry tejto normy so štruktúrou špecifikovanej normy ASTM je uvedené v doplnkovej prílohe DB.

Informácie o súlade referenčnej národnej normy s normou ASTM. použitý ako referencia v použitej norme ASTM. sú uvedené v doplnkovej prílohe DV

5 PRVÝ KRÁT PREDSTAVENÉ

Pravidlá uplatňovania tejto normy sú stanovené v článku 26 federálneho zákona z 29. júna 2015 N9 162-FZ „O normalizácii v Ruskej federácii“. Informácie o zmenách tohto štandardu sú zverejnené v ročnom (k 1. januáru bežného roka) informačnom indexe "Národné štandardy" a oficiálnom znení zmien a polroku - v mesačnom informačnom indexe "Národné štandardy". V prípade revízie (nahradenia) alebo zrušenia tohto štandardu bude príslušné oznámenie uverejnené v nasledujúcom vydaní mesačného informačného indexu „Národné štandardy“. Relevantná informácia. oznámenie a texty sú zverejnené aj vo verejnom informačnom systéme - na oficiálnej webovej stránke Federálnej agentúry pre technickú reguláciu a metrológiu na internete ()

Túto normu nemožno úplne alebo čiastočne reprodukovať, replikovať a distribuovať ako oficiálnu publikáciu bez povolenia Federálnej agentúry pre technickú reguláciu a metrológiu.

GOST R 57967-2017

1 oblasť použitia ................................................ ... ................... jeden

3 Termíny, definície a označenia................................................ ........jeden

4 Podstata metódy ................................................ .......................2

5 Vybavenie a materiály ................................................................ ................. .............4

6 Príprava na testovanie ...................................................... ...................... jedenásť

7 Testovanie ................................................ ............................................. 12

8 Spracovanie výsledkov testu ................................................. ...................... .......trinásť

9 Skúšobný protokol................................................................ ................ ..................trinásť

Príloha ÁNO (informatívna) Pôvodný text konštrukčných prvkov nie je zahrnutý

aplikovaný štandard ASTM ................................................ ..15

Príloha DB (informatívna) Porovnanie štruktúry tejto normy so štruktúrou

norma ASTM, ktorá sa v nej uplatňuje ................................................... ... 18

Príloha DV (informatívna) Informácie o súlade referenčnej národnej normy s normou ASTM. použitý ako referencia v použitej norme ASTM ................................................ .......................... .............devätnásť

GOST R 57967-2017

NÁRODNÝ ŠTANDARD RUSKEJ FEDERÁCIE

KOMPOZITY

Stanovenie tepelnej vodivosti pevných látok metódou stacionárneho jednorozmerného tepelného toku s ochranným ohrievačom

Kompozity. Stanovenie tepelnej vodivosti soHds stacionárnym jednorozmerným tepelným tokom

s technikou ochranného ohrievača

Dátum predstavenia - 01.06.2018

1 oblasť použitia

1.1 Táto medzinárodná norma špecifikuje stanovenie tepelnej vodivosti homogénnych nepriehľadných pevných polymérnych, keramických a kovových kompozitov metódou ustáleného jednorozmerného tepelného toku s ochranným ohrievačom.

1.2 Táto medzinárodná norma je určená na použitie pri skúšaní materiálov s efektívnou tepelnou vodivosťou v rozsahu 0,2 až 200 W/(m-K) v teplotnom rozsahu 90 K až 1300 K.

1.3 Táto norma sa môže použiť aj na materiály s efektívnou tepelnou vodivosťou mimo špecifikovaných rozsahov s nižšou presnosťou.

2 Normatívne odkazy

Táto norma používa normatívne odkazy na nasledujúce normy:

GOST 2769 Drsnosť povrchu. Parametre a charakteristiky

GOST R 8.585 Štátny systém na zabezpečenie jednotnosti meraní. Termočlánky. Menovité charakteristiky statickej konverzie

Poznámka - Pri používaní tejto normy je vhodné skontrolovať platnosť referenčných noriem vo verejnom informačnom systéme - na oficiálnej stránke Federálnej agentúry pre technickú reguláciu a metrológiu na internete alebo podľa ročného informačného indexu "Národné normy" , ktorý bol zverejnený k 1. januáru bežného roka a o číslach mesačného informačného indexu „Národné štandardy“ na aktuálny rok. Ak bola nahradená nedatovaná referenčná norma, odporúča sa použiť aktuálnu verziu tejto normy, berúc do úvahy všetky zmeny vykonané v tejto verzii. Ak sa nahradí referenčná norma, na ktorú je uvedený datovaný odkaz, potom sa odporúča použiť verziu tejto normy s rokom schválenia (akceptácie) uvedeným vyššie. Ak po schválení tejto normy dôjde k zmene referenčnej normy, ku ktorej je uvedený datovaný poter, ktorá má vplyv na ustanovenie, na ktoré je uvedený odkaz, potom sa odporúča použiť toto ustanovenie bez zohľadnenia tejto zmeny. Ak je referenčná norma zrušená bez náhrady, potom sa odporúča použiť ustanovenie, v ktorom je na ňu uvedený odkaz, v časti, ktorá nemá vplyv na tento odkaz.

3 Pojmy, definície a symboly

3.1 Nasledujúce termíny sa používajú v tomto štandarde s ich príslušnými definíciami:

3.1.1 tepelná vodivosť /.. W / (m K): Pomer hustoty tepelného toku v stacionárnych podmienkach cez jednotku plochy k jednotkovému teplotnému gradientu e v smere kolmom na povrch.

Oficiálne vydanie

GOST R 57967-2017

3.1.2 zdanlivá tepelná vodivosť predstavujú zdanlivú alebo efektívnu tepelnú vodivosť.

3.2 8 tejto normy sa používajú tieto označenia:

3.2.1 X M (T), W / (m K) - tepelná vodivosť referenčných vzoriek v závislosti od teploty.

3.2.2 Eci, W/(m K) - tepelná vodivosť hornej referenčnej vzorky.

3.2.3 Xjj'. 8t/(m K) - tepelná vodivosť spodnej referenčnej vzorky.

3.2.4 edT), W / (m K) - tepelná vodivosť skúšobnej vzorky, v prípade potreby korigovaná na prenos tepla.

3.2.5 X "$ (T), W / (m K) - tepelná vodivosť skúšobnej vzorky, vypočítaná bez korekcie na prenos tepla.

3.2.6 >y(7), W/(m K) - tepelná vodivosť izolácie v závislosti od teploty.

3.2.7 T, K - absolútna teplota.

3.2.8 Z, m - vzdialenosť meraná od horného konca balíka.

3.2.9 /, m - dĺžka skúšobnej vzorky.

3.2.10 G (, K - teplota pri Z r

3.2.11 q", W / m 2 - tepelný tok na jednotku plochy.

3.2.12 ZX LT atď. - odchýlky X. G. atď.

3,2,13 g A, m je polomer skúšobnej vzorky.

3,2,14 g in, m - vnútorný polomer ochranného plášťa.

3.2.15 f 9 (Z), K - teplota plášťa kontajnmentu v závislosti od vzdialenosti Z.

4 Podstata metódy

4.1 Všeobecná schéma ustálenej jednorozmernej metódy tepelného toku s použitím bezpečnostného ohrievača je znázornená na obrázku 1. Skúšobná vzorka s neznámou tepelnou vodivosťou X s . s odhadovanou tepelnou vodivosťou X s // s . umiestnené pod zaťažením medzi dve referenčné vzorky s tepelnou vodivosťou X m, ktoré majú rovnakú plochu prierezu a tepelnú vodivosť X^//^. Konštrukcia je balenie pozostávajúce z kotúčového ohrievača so skúšobnou vzorkou a referenčných vzoriek na každej strane medzi ohrievačom a chladičom. V testovacom balíku je vytvorený teplotný gradient, tepelné straty sú minimalizované použitím pozdĺžneho ochranného ohrievača s približne rovnakým teplotným gradientom. Každou vzorkou preteká približne polovica energie. V rovnovážnom stave sa z nameraných teplotných gradientov* skúšobnej vzorky a zodpovedajúcich referenčných vzoriek a tepelnej vodivosti referenčných materiálov určí súčiniteľ tepelnej vodivosti.

4.2 Použite silu na vrecko, aby ste zabezpečili dobrý kontakt medzi vzorkami. Obal je obklopený izolačným materiálom s tepelnou vodivosťou Izolácia je uzavretá v ochrannom plášti * s polomerom r 8, umiestnenom pri teplote T d (2). Vytvorte teplotný gradient vo vrecku udržiavaním hornej časti na teplote Tt a spodnej časti na teplote Tin. Teplota T 9 (Z) je zvyčajne lineárny teplotný gradient, približne zodpovedajúci gradientu stanovenému v skúmanom obale. Izotermický bezpečnostný ohrievač s teplotou T ? (Z). rovná priemernej teplote testovanej vzorky. Neodporúča sa používať prevedenie meracej cely prístroja bez ochranných ohrievačov z dôvodu možných veľkých tepelných strát najmä pri zvýšených teplotách. V ustálenom stave sa teplotné gradienty pozdĺž rezov vypočítajú z nameraných teplôt pozdĺž dvoch referenčných vzoriek a skúšobnej vzorky. Hodnota X "s bez zohľadnenia korekcie na prenos tepla sa vypočíta podľa vzorca (symboly sú znázornené na obrázku 2).

T4-G32U2-Z, Ze-Z5

kde Г, - teplota pri Z,. K T 2 - teplota pri Z 2, K G 3 - teplota pri Z 3. Komu

GOST R 57967-2017

Г 4 - teplota pri Z 4 . TO;

Г 5 - teplota pri Z s . KOMU:

Г в - teplota pri Z e. KOMU:

Z, - súradnica 1. snímača teploty, m;

Zj - súradnica 2. snímača teploty, m;

Z 3 - súradnica 3. snímača teploty, m;

Z 4 - súradnica 4. snímača teploty, m;

Z 5 - súradnica 5. snímača teploty, m;

Z e - súradnica 6. snímača teploty, m.

Takáto schéma je idealizovaná, pretože neberie do úvahy prenos tepla medzi obalom a izoláciou v každom bode a rovnomerný prenos tepla na každom rozhraní medzi referenčnými vzorkami a skúšobnou vzorkou. Chyby spôsobené týmito dvoma predpokladmi sa môžu značne líšiť. Kvôli týmto dvom faktorom musia byť na túto testovaciu metódu kladené obmedzenia. ak chcete dosiahnuť požadovanú presnosť.

1 - teplotný gradient v ochrannom obale, 2 - teplotný gradient v obale; 3 - termočlánok: 4 - svorka.

S - horný ohrievač. b - horná referenčná vzorka: 7 - dolná referenčná vzorka, c - spodný ohrievač: c - chladnička. 10 - horný bezpečnostný ohrievač: I - bezpečnostný ohrievač

Obrázok 1 - Schéma typického testovacieho balenia a obalu, znázorňujúca zhodu teplotných gradientov

GOST R 57967-2017

7 b

Chladnička

Oa oimshprmi

Izolácia; 2 - bezpečnostný ohrievač. E - kovový alebo keramický ochranný plášť: 4 - ohrievač. S - referenčná vzorka, b - skúšobná vzorka, x - približné umiestnenie termočlánkov

Obrázok 2 - Schéma spôsobu jednorozmerného stacionárneho toku tepla pomocou bezpečnostného ohrievača s vyznačením možných miest pre inštaláciu snímačov teploty

5 Vybavenie a spotrebný materiál

5.1 Referenčné vzorky

5.1.1 Pre referenčné vzorky sa použijú referenčné materiály alebo referenčné materiály so známymi hodnotami tepelnej vodivosti. Tabuľka 1 uvádza niektoré bežne uznávané referenčné materiály. Obrázok 3 ukazuje príklad zmeny v >. m s teplotou * tura.

GOST R 57967-2017

Typlofoaodoost, EGL^m-K)

Obrázok 3 - Referenčné hodnoty tepelnej vodivosti referenčných materiálov

POZNÁMKA: Materiál vybraný pre referenčné vzorky by mal mať tepelnú vodivosť, ktorá je najbližšia tepelnej vodivosti meraného materiálu.

5.1.2 Tabuľka 1 nie je vyčerpávajúca a ako referencia sa môžu použiť iné materiály. Referenčný materiál a zdroj hodnôt X m musia byť špecifikované v protokole o skúške.

Tabuľka 1 – Referenčné údaje pre charakteristiky referenčných materiálov

GOST R 57967-2017

Koniec tabuľky 1

Tabuľka 2 - Tepelná vodivosť elektrolytického železa

Teplota. Komu	Tepelná vodivosť. W/(m K)

GOST R 57967-2017

Tabuľka 3 - Tepelná vodivosť volfrámu

Teplota, K	Tepelná vodivosť. 6 t/(mK)

GOST R 57967-2017

Tabuľka 4 - Tepelná vodivosť austenitickej ocele

Teplota. Komu	Tepelná vodivosť, W/(m K)

GOST R 57967-2017

Koniec tabuľky 4

5.1.3 Požiadavky na akékoľvek referenčné materiály zahŕňajú stabilitu vlastností v celom rozsahu prevádzkových teplôt, kompatibilitu s ostatnými komponentmi meracej cely prístroja, jednoduchosť pripevnenia snímača teploty a presne známu tepelnú vodivosť. Keďže chyby spôsobené tepelnými stratami pri konkrétnom zvýšení k sú úmerné zmene k a Jks, mal by sa pre referenčné vzorky použiť referenčný materiál c). m najbližšie k >. s .

5.1.4 Ak je tepelná vodivosť skúšobnej vzorky ks medzi hodnotami súčiniteľa tepelnej vodivosti dvoch referenčných materiálov, mal by sa použiť referenčný materiál s vyššou tepelnou vodivosťou k u. na zníženie celkového poklesu teploty pozdĺž obalu.

5.2 Izolačné materiály

Ako izolačné materiály sa používajú práškové, disperzné a vláknité materiály na zníženie radiálneho tepelného toku do prstencového priestoru obklopujúceho obal a tepelných strát pozdĺž obalu. Pri výbere izolácie je potrebné zvážiť niekoľko faktorov:

Izolácia musí byť stabilná v očakávanom teplotnom rozsahu, musí mať nízku tepelnú vodivosť k a ľahko sa s ňou manipuluje;

Izolácia nesmie kontaminovať súčasti meracieho článku prístroja, ako sú snímače teploty, musí byť nízko toxická a nesmie viesť elektrický prúd.

Zvyčajne sa používajú prášky a pevné látky, pretože sa dajú ľahko zhutniť. Môžu sa použiť rohože z vlákien s nízkou hustotou.

5.3 Snímače teploty

5.3.1 Na každej referenčnej vzorke a dva na skúšobnej vzorke musia byť nainštalované najmenej dva snímače teploty. Ak je to možné, referenčné vzorky a skúšobná vzorka by mali obsahovať tri snímače teploty. Na potvrdenie linearity rozloženia teploty pozdĺž balenia alebo na zistenie chyby v dôsledku nekalibrovaného snímača teploty sú potrebné ďalšie snímače.

5.3.2 Typ snímača teploty závisí od veľkosti meracej bunky prístroja, teplotného rozsahu a prostredia v meracej bunke prístroja, ktoré sú určené izoláciou, referenčnými vzorkami, skúšobnou vzorkou a plynom. Na meranie teploty je možné použiť akýkoľvek snímač s dostatočnou presnosťou a meracia bunka zariadenia musí byť dostatočne veľká, aby rušenie tepelného toku zo snímačov teploty bolo zanedbateľné. Zvyčajne sa používajú termočlánky. Ich malé rozmery a jednoduché uchytenie sú jasnými výhodami.

5.3.3 Termočlánky musia byť vyrobené z drôtu s priemerom nepresahujúcim 0,1 mm. Všetky studené spoje musia byť udržiavané na konštantnej teplote. Táto teplota je udržiavaná chladeným kalom, termostatom alebo elektronickou kompenzáciou referenčného bodu. Všetky termočlánky musia byť vyrobené buď z kalibrovaného drôtu alebo drôtu, ktorý bol certifikovaný dodávateľom na splnenie limitov chýb špecifikovaných v GOST R 8.585.

5.3.4 Spôsoby upevnenia termočlánkov sú znázornené na obrázku 4. Vnútorné kontakty je možné získať v kovoch a zliatinách privarením jednotlivých termoprvkov k povrchom (obrázok 4a). Spoje termočlánkov zvárané na tupo alebo guľôčky môžu byť pevne pripevnené kladivom, cementovaním alebo zváraním do úzkych drážok alebo malých otvorov (obrázky 4b, 4c a 4

5.3.5 Na obrázku 46 je termočlánok v radiálnej štrbine, zatiaľ čo na obrázku 4c je termočlánok vytiahnutý cez radiálny otvor v materiáli. 8 prípad použitia termočlánku v ochrannom plášti alebo termočlánku, pričom oba termočlánky sú v elektrickom izolátore s dvomi

GOST R 57967-2017

otvorov, možno použiť držiak termočlánku znázornený na obrázku 4d. V posledných troch prípadoch musí byť termočlánok tepelne spojený s pevným povrchom pomocou vhodného lepidla alebo vysokoteplotného lepidla. Všetky štyri postupy zobrazené na obrázku 4 by mali zahŕňať temperovanie drôtov na povrchoch, obaľovanie drôtov v izotermických oblastiach, tepelne uzemňovacie drôty na kryte alebo kombináciu všetkých troch.

5.3.6 Pretože nepresnosť umiestnenia snímača teploty vedie k veľkým chybám. zvláštnu pozornosť treba venovať určeniu správnej vzdialenosti medzi snímačmi a výpočtu možnej chyby vyplývajúcej z akejkoľvek nepresnosti.

c - vnútorná syrová vložka s oddelenými termočlánkami privarenými k skúšobnej vzorke alebo referenčnej vzorke tak, aby signál prechádzal materiálom. 6 - radiálna drážka na rovnej ploche na pripevnenie holého drôtu alebo snímača termočlánku s keramickou izoláciou; c malý radiálny otvor vyvŕtaný cez skúšobný kus alebo referenčné kusy a neizolovaný (povolený, ak je materiálom elektrický izolátor) alebo izolovaný termočlánok prevlečený cez otvor: d malý radiálny otvor vyvŕtaný cez skúšobný kus alebo referenčné kusy a umiestnený termočlánok o diere

Obrázok 4 - Montáž termočlánkov

POZNÁMKA Vo všetkých prípadoch by termočlánky mali byť tepelne tvrdené alebo tepelne uzemnené k ochrannému obalu, aby sa minimalizovala chyba merania spôsobená tepelným tokom do alebo z horúceho spoja.

5.4 Systém nakladania

5.4.1 Skúšobná metóda vyžaduje rovnomerný prenos tepla cez rozhranie medzi referenčnými vzorkami a skúšobnou vzorkou, keď sú teplotné snímače v rámci rk rozhrania. K tomu je potrebné zabezpečiť rovnomerný prechodový odpor.

GOST R 57967-2017

Odchýlka v priľahlých oblastiach referenčných telies a skúšobnej vzorky, ktorá môže byť vytvorená aplikáciou axiálneho zaťaženia v kombinácii s vodivým médiom na rozhraniach. Neodporúča sa vykonávať merania vo vákuu, pokiaľ to nie je potrebné na ochranné účely.

5.4.2 Pri skúšaní materiálov s nízkou tepelnou vodivosťou sa používajú tenké skúšobné vzorky, takže snímače teploty by mali byť inštalované blízko povrchu. V takýchto prípadoch sa musí na rozhrania naniesť veľmi tenká vrstva vysoko tepelne vodivej kvapaliny, pasty, mäkkej kovovej fólie alebo sita.

5.4.3 Konštrukcia meracieho prístroja musí poskytovať prostriedky na vyvolanie reprodukovateľného a konštantného zaťaženia pozdĺž kusu, aby sa minimalizovali medzipovrchové odpory na rozhraniach medzi referenčnými vzorkami a skúšobnou vzorkou. Záťaž môže byť aplikovaná pneumaticky, hydraulicky, pôsobením pružiny alebo umiestnením záťaže. Vyššie uvedené mechanizmy aplikácie zaťaženia sú konštantné, keď sa teplota balenia mení. V niektorých prípadoch môže byť pevnosť v tlaku skúšobnej vzorky taká nízka, že aplikovaná sila musí byť obmedzená hmotnosťou hornej referenčnej vzorky. V tomto prípade je potrebné venovať zvláštnu pozornosť chybám, ktoré môžu byť spôsobené zlým kontaktom, pre ktorý musia byť snímače teploty umiestnené mimo akéhokoľvek narušenia tepelného toku na rozhraniach.

5.5 Ochranný plášť

5.5.1 Zásielka pozostávajúca zo skúšobnej vzorky a referenčných vzoriek musí byť uzavretá v ochrannom obale so správnou kruhovou symetriou. Ochranný plášť môže byť kovový alebo keramický a jeho vnútorný polomer musí byť taký, aby pomer r^rA bol v rozsahu od 2,0 do 3,5. Kryt ochranného krytu musí obsahovať aspoň jeden ohrievač krytu na ovládanie teplotného profilu pozdĺž krytu.

5.5.2 Kontajnment musí byť navrhnutý a prevádzkovaný takým spôsobom, aby jeho povrchová teplota bola buď izotermická a približne rovná priemernej teplote skúšobnej vzorky, alebo aby mal približný lineárny profil prispôsobený na hornom a spodnom konci kontajnmentu zodpovedajúce pozície pozdĺž balíka. V každom prípade musia byť na kontajnmente nainštalované aspoň tri snímače teploty vo vopred koordinovaných bodoch (pozri obrázok 2) na meranie teplotného profilu.

5.6 Meracie zariadenie

5.6.1 Kombinácia snímača teploty a meracieho prístroja použitého na meranie výstupu snímača musí byť primeraná na zabezpečenie presnosti merania teploty ± 0,04 K a absolútnej chyby menšej než ± 0,5 %.

5.6.2 Meracie zariadenie pre túto metódu musí udržiavať požadovanú teplotu a merať všetky príslušné výstupné napätia s presnosťou zodpovedajúcou presnosti merania teploty snímačmi teploty.

6 Príprava na testovanie

6.1 Požiadavky na skúšobné vzorky

6.1.1 Skúšobné kusy skúšané touto metódou nie sú obmedzené na cukríkovú geometriu. Najvýhodnejšie je použitie valcových alebo hranolových vzoriek. Oblasti vodivosti skúšobnej vzorky a referenčnej vzorky musia byť rovnaké s presnosťou 1 % a pri výpočte výsledku sa musí brať do úvahy každý rozdiel v ploche. Pri valcovej konfigurácii sa polomery skúšobnej vzorky a referenčnej vzorky musia zhodovať s toleranciou ± 1 %. a polomer skúšanej vzorky r A musí byť taký, aby r B fr A bolo medzi 2,0 a 3,5. Každý rovný povrch skúšobnej a referenčnej vzorky musí byť rovný s drsnosťou povrchu nie väčšou ako R a 32 v súlade s GOST 2789. a normály každého povrchu musia byť rovnobežné s osou vzorky s presnosťou ± 10 min.

POZNÁMKA V niektorých prípadoch táto požiadavka nie je potrebná. Napríklad niektoré prístroje môžu pozostávať z referenčných vzoriek a skúšobných vzoriek s vysokými hodnotami >. m a >. s . kde sú chyby v dôsledku tepelných strát pri dlhých úsekoch zanedbateľné. Takéto úseky môžu mať dostatočnú dĺžku

GOST R 57967-2017

ktorý by sa mal použiť na montáž snímačov teploty v dostatočnej vzdialenosti od bodov dotyku, čím sa zabezpečí rovnomernosť tepelného toku. Dĺžka skúšanej vzorky sa vyberie na základe znalosti polomeru a tepelnej vodivosti. Kedy). a vyššia ako tepelná vodivosť nehrdzavejúcej ocele, možno použiť dlhé skúšobné telesá s dĺžkou 0g A » 1. Takto dlhé skúšobné telesá umožňujú použitie veľkých vzdialeností medzi teplotnými snímačmi, a tým sa znižuje chyba v dôsledku nepresnosti v umiestnení senzora. Kedy). m nižšia ako tepelná vodivosť nehrdzavejúcej ocele, dĺžka skúšobnej vzorky sa musí skrátiť, pretože chyba merania v dôsledku tepelných strát je príliš veľká.

6.1.2 Pokiaľ nie je v normatívnom dokumente alebo technickej dokumentácii pre materiál uvedené inak. na testovanie sa používa jedna skúšobná vzorka.

6.2 Nastavenie hardvéru

6.2.1 Kalibrácia a overenie zariadenia sa vykonáva v týchto prípadoch:

Po montáži hardvéru:

Ak je pomer Xm k Xs menší ako 0,3. alebo viac ako 3 a nie je možné zvoliť hodnoty tepelnej vodivosti;

Ak je tvar skúšobného kusu zložitý alebo je skúšobný kus malý:

Ak boli vykonané zmeny v geometrických parametroch meracej bunky zariadenia;

Ak sa rozhodlo použiť iné referenčné materiály alebo izoláciu ako tie, ktoré sú uvedené v častiach 6.3 a 6.4:

Ak zariadenie predtým pracovalo pri dostatočne vysokej teplote, že sa môžu zmeniť vlastnosti komponentov, ako napr. napríklad citlivosť termočlánku.

6.2.2 Tieto kontroly sa vykonajú porovnaním aspoň dvoch referenčných materiálov takto:

Vyberte referenčný materiál, ktorého tepelná vodivosť je najbližšia očakávanej tepelnej vodivosti skúšobnej vzorky:

Tepelná vodivosť X skúšobnej vzorky vyrobenej z referenčného materiálu sa meria pomocou referenčných vzoriek vyrobených z iného referenčného materiálu, ktorý má hodnotu X najbližšie k hodnote skúšobnej vzorky. Napríklad sa test môže uskutočniť na vzorke sklokeramiky. s použitím referenčných vzoriek vyrobených z nehrdzavejúcej ocele. Ak nameraná tepelná vodivosť vzorky po aplikácii korekcie prestupu tepla nesúhlasí s hodnotou v tabuľke 1, musia sa určiť zdroje chýb.

7 Testovanie

7.1 Referenčné vzorky sa vyberú tak, aby ich tepelná vodivosť bola rádovo rovnakej veľkosti, ako sa očakáva pre skúšobnú vzorku. Po vybavení požadovaných referenčných vzoriek snímačmi teploty a ich umiestnení do meracej cely je skúšobná vzorka vybavená podobnými prostriedkami. Skúšobná vzorka sa vloží do vrecka tak, aby bola umiestnená medzi referenčné vzorky a aby bola v kontakte so susednými referenčnými vzorkami na najmenej 99 % každej plochy povrchu. Na zníženie povrchového odporu možno použiť mäkkú fóliu alebo iné kontaktné médium. Ak musí byť meracia bunka počas testu chránená pred oxidáciou alebo ak meranie vyžaduje špecifický tlak plynu alebo plynu na kontrolu X/t, potom sa meracia bunka naplní a prepláchne pracovným plynom pri nastavenom tlaku. Na zaťaženie balíka by sa mala použiť sila potrebná na zníženie účinkov nerovnomerného tepelného odporu na rozhraní.

7.2 Zapnite horný a spodný ohrievač na oboch koncoch vrecka a upravte, kým. pričom teplotný rozdiel medzi bodmi 2, a Zj. Z3 a Z4. a Z s a 2^ nesmie byť väčšia ako 200-násobok chyby snímača teploty, ale nie väčšia ako 30 K. a skúšobná vzorka nesmie mať strednú teplotu požadovanú na meranie. Napriek tomu. že presný teplotný profil pozdĺž plášťa nie je potrebný pre 3. výkon ohrievačov plášťa je riadený, kým teplotný profil pozdĺž plášťa nie je T g )

Sekcie