Značilnosti metode vroče žice za določanje toplotne prevodnosti. Določanje toplotne prevodnosti trdnih materialov z metodo ravne plasti

domov

vodnjaki

S povečanjem specifične moči motorjev z notranjim zgorevanjem se poveča količina toplote, ki jo je treba odvzeti segretim komponentam in delom. Učinkovitost sodobnih hladilnih sistemov in način povečanja intenzivnosti prenosa toplote sta skoraj dosegla svojo mejo. Namen tega dela je preučiti inovativna hladilna sredstva za hladilne sisteme termoenergetskih naprav na osnovi dvofaznih sistemov, sestavljenih iz osnovnega medija (vode) in nanodelcev. Obravnavana je ena od metod za merjenje toplotne prevodnosti tekočine, imenovana 3ω-hot-wire. Predstavljeni so rezultati merjenja toplotne prevodnosti nanotekočine na osnovi grafenovega oksida pri različnih koncentracijah slednjega. Ugotovljeno je bilo, da se je pri uporabi 1,25% grafena koeficient toplotne prevodnosti nanotekočine povečal za 70%.

toplotna prevodnost

koeficient toplotne prevodnosti

grafenov oksid

nanotekočina

hladilni sistem

testno stojalo

1. Osipova V.A. Eksperimentalno preučevanje procesov prenosa toplote: učbenik. dodatek za univerze. - 3. izd., revidirano. in dodatno - M .: Energija, 1979. - 320 str.

2. Prenos toplote /V.P. Isačenko, V.A. Osipova, A.S. Sukomel - M .: Energija, 1975. - 488 str.

3. Nenormalno povečana efektivna toplotna prevodnost nanotekočin na osnovi etilen glikola, ki vsebujejo nanodelce bakra / J.A. Eastman, S.U.S. Choi, S. Li, W. Yu, L.J. Thompson Apple. Phys. Lett. 78.718; 2001.

4. Meritve toplotne prevodnosti z uporabo tehnike 3-Omega: uporaba v mikrosistemih za pridobivanje energije / David de Koninck; Diplomsko delo magistra inženirstva, Univerza McGill, Montréal, Kanada, 2008. - 106 str.

5. Merjenje toplotne prevodnosti / W.A. Wakeham, M.J. Assael 1999, CRC Press LLC.

Znano je, da ob trenutnih trendih povečevanja specifične moči motorjev z notranjim zgorevanjem, pa tudi k večjim vrtilnim frekvencam in manjšim dimenzijam mikroelektronskih naprav količina toplote, ki jo je treba odvajati od segretih komponent in delov, nenehno narašča. Uporaba različnih toplotno prevodnih tekočin za odvajanje toplote je ena najpogostejših in najučinkovitejših metod. Učinkovitost sodobnih zasnov hladilnih naprav, pa tudi običajen način povečanja intenzivnosti prenosa toplote, je skoraj dosegel svojo mejo. Znano je, da imajo običajna hladilna sredstva (voda, olja, glikoli, fluoroogljikovodiki) precej nizko toplotno prevodnost (tabela 1), kar je omejevalni dejavnik pri sodobnih izvedbah hladilnih sistemov. Za povečanje njihove toplotne prevodnosti je mogoče ustvariti večfazni (vsaj dvofazni) disperzni medij, kjer vlogo disperzije igrajo delci z bistveno večjo toplotno prevodnostjo kot osnovna tekočina. Maxwell je leta 1881 predlagal dodajanje trdnih snovi z visoko toplotno prevodnostjo osnovni toplotno prevodni hladilni tekočini.

Ideja je mešanje kovinskih materialov, kot so srebro, baker, železo, in nekovinskih materialov, kot so aluminijev oksid, CuO, SiC in ogljikove cevi, ki imajo višjo toplotno prevodnost v primerjavi z osnovno toplotno tekočino z nižjo toplotno prevodnostjo. Sprva so mikronske in celo milimetrske trdne delce (kot so srebro, baker, železo, ogljikove cevi z višjo toplotno prevodnostjo kot osnovna tekočina) mešali z osnovnimi tekočinami, da so tvorili gošče. Precej velika velikost uporabljenih delcev in težave pri izdelavi nanovelikih delcev so postali omejujoči dejavniki pri uporabi takšnih suspenzij. Ta problem je bil rešen z delom zaposlenih v Arizonskem nacionalnem laboratoriju S. Choi in J. Eastman, ki sta izvajala poskuse z nanometrskimi kovinskimi delci. Kombinirali so različne kovinske nanodelce in nanodelce kovinskega oksida z različnimi tekočinami in dobili zelo zanimive rezultate. Te suspenzije nanostrukturiranih materialov so bile imenovane "nanofluidi".

Tabela 1

Primerjava koeficientov toplotne prevodnosti materialov za nanotekočine

Za razvoj sodobnih inovativnih hladilnih tekočin za hladilne sisteme visoko pospešenih toplotno-energetskih naprav smo upoštevali dvofazne sisteme, sestavljene iz osnovnega medija (voda, etilenglikol, olja itd.) in nanodelcev, t.j. delci z značilno velikostjo od 1 do 100 nm. Pomembna značilnost nanotekočin je, da že z dodatkom majhne količine nanodelcev pokažejo znatno povečanje toplotne prevodnosti (včasih tudi več kot 10-krat). Poleg tega je povečanje toplotne prevodnosti nanotekočine odvisno od temperature – z naraščajočo temperaturo se povečuje koeficient toplotne prevodnosti.

Pri ustvarjanju takšnih nanotekočin, ki so dvofazni sistem, je potrebna zanesljiva in dovolj natančna metoda za merjenje koeficienta toplotne prevodnosti.

Upoštevali smo različne metode za merjenje koeficienta toplotne prevodnosti za tekočine. Kot rezultat analize je bila izbrana "3ω-wire" metoda za merjenje toplotne prevodnosti nanotekočin z dovolj visoko natančnostjo.

Metoda "3ω-wire" se uporablja za sočasno merjenje toplotne prevodnosti in toplotne difuzivnosti materialov. Temelji na merjenju časovno odvisnega dviga temperature v viru toplote, to je vroči žici, ki je potopljena v tekočino, ki jo testiramo. Kovinska žica hkrati služi kot električni uporovni grelec in uporovni termometer. Kovinske žice so izdelane izredno majhnega premera (nekaj deset mikronov). Povišanje temperature žice običajno doseže 10 °C, vpliv konvekcije pa lahko zanemarimo.

Kovinska žica dolžine L in polmera r, obešena v tekočini, deluje kot grelec in uporovni termometer, kot je prikazano na sl. eno.

riž. 1. Shema namestitve metode "3ω vroče žice" za merjenje toplotne prevodnosti tekočine

Bistvo metode, ki se uporablja za določanje koeficienta toplotne prevodnosti, je naslednje. Skozi kovinsko žico (grelec) teče izmenični tok. AC karakteristika je podana z enačbo

kjer je I 0 - amplituda izmeničnega sinusnega toka; ω - trenutna frekvenca; t - čas.

Skozi žico teče izmenični tok, ki deluje kot grelec. V skladu z zakonom Joule-Lenz se določi količina toplote, ki se sprosti, ko električni tok prehaja skozi prevodnik:

in je superpozicija vira enosmernega toka in 2ω moduliranega vira toplote,

kjer je R E električni upor kovinske žice v eksperimentalnih pogojih in je funkcija temperature.

Sproščena toplotna moč povzroči spremembo temperature v grelniku, ki je tudi superpozicija enosmerne komponente in izmenične komponente 2ω:

kjer je ΔT DC amplituda spremembe temperature pod vplivom enosmernega toka; ΔT 2ω - amplituda spremembe temperature pod delovanjem izmeničnega toka; φ - fazni premik, ki ga povzroča segrevanje mase vzorca.

Električni upor žice je odvisen od temperature in to je 2ω komponenta AC v upornosti žice:

kjer je C rt - temperaturni koeficient upora za kovinsko žico; R E0 - referenčni upor grelnika pri temperaturi T 0 .

Običajno je T 0 temperatura skupnega vzorca.

Napetost na kovinski žici je mogoče dobiti kot,

(6)

V enačbi (6) napetost na žici vsebuje: padec napetosti zaradi enosmernega upora žice pri 1ω in dve novi komponenti, ki sta sorazmerni z dvigom temperature v žici pri 3ω in pri 1ω. 3ω komponenta napetosti lahko ekstrahiramo z ojačevalnikom in nato uporabimo za izhod amplitude temperaturne spremembe pri 2ω:

Frekvenčno odvisnost spremembe temperature ΔT 2ω dobimo s spreminjanjem frekvence izmeničnega toka pri konstantni napetosti V 1ω. Hkrati se lahko odvisnost temperaturne spremembe ΔT 2ω od frekvence približa kot

kjer je α f - koeficient toplotne difuzivnosti; k f - koeficient toplotne prevodnosti osnovne tekočine; η je konstanta.

Spremembo temperature pri frekvenci 2ω v kovinski žici je mogoče izpeljati z uporabo napetostne komponente frekvence 3ω, kot je prikazano v enačbi (8). Koeficient toplotne prevodnosti tekočine k f je določen z naklonom 2ω temperaturne spremembe kovinske žice glede na frekvenco ω,

(9)

kjer je P uporabljena moč; ω - frekvenca uporabljenega električnega toka; L je dolžina kovinske žice; ΔT 2ω - amplituda spremembe temperature pri frekvenci 2ω v kovinski žici.

Metoda 3ω-žice ima več prednosti pred tradicionalno metodo vroče žice:

1) temperaturna nihanja so lahko dovolj majhna (pod 1 K v primerjavi s približno 5 K za metodo z vročo žico) v preskusni tekočini, da ohranijo lastnosti tekočine konstantne;

2) hrup v ozadju, kot so spremembe temperature, veliko manj vpliva na rezultate meritev.

Zaradi teh prednosti je ta metoda idealna za merjenje temperaturne odvisnosti toplotne prevodnosti nanotekočin.

Naprava za merjenje toplotne prevodnosti vključuje naslednje komponente: Winstonov most; generator signala; analizator spektra; osciloskop.

Winstonov most je vezje, ki se uporablja za primerjavo neznanega upora R x z znanim uporom R 0 . Diagram mostu je prikazan na sl. 2. Štirje kraki Winstonovega mostu AB, BC, AD in DS so upornosti Rx, R0, R1 oziroma R2. Na diagonalo VD je priključen galvanometer, na diagonalo AC pa vir napajanja.

Če ustrezno izberete vrednosti spremenljivih uporov R1 in R2, lahko dosežete enakost potencialov točk B in D: in najdete neznani upor Rx. Za to uporabimo Kirchhoffova pravila za razvejane verige. Z uporabo prvega in drugega Kirchhoffovega pravila dobimo

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

Natančnost določanja R x s to metodo je v veliki meri odvisna od izbire uporov R 1 in R 2 . Največja natančnost je dosežena pri R 1 ≈ R 2 .

Generator signala deluje kot vir električnih nihanj v območju 0,01 Hz - 2 MHz z visoko natančnostjo (z ločljivostjo 0,01 Hz). Oznaka generatorja signala G3-110.

riž. 2. Diagram Winstonovega mostu

Spektralni analizator je zasnovan za izolacijo 3ω komponente spektra. Pred začetkom dela je bil spektralni analizator testiran na skladnost s tretjo harmonsko napetostjo. Da bi to naredili, se signal iz generatorja G3-110 napaja na vhod analizatorja spektra in vzporedno na širokopasovni digitalni voltmeter. Efektivno vrednost amplitude napetosti smo primerjali na spektralnem analizatorju in voltmetru. Razlika med vrednostmi je bila 2 %. Spektralni analizator je bil kalibriran tudi na internem testu instrumenta, pri frekvenci 10 kHz. Vrednost signala na nosilni frekvenci je bila 80 mV.

Osciloskop C1-114/1 je namenjen preučevanju oblike električnih signalov.

Pred začetkom študije je treba v vzorec preskusne tekočine namestiti grelec (žico). Žica se ne sme dotikati sten posode. Nato je bilo izvedeno frekvenčno skeniranje v območju od 100 do 1600 Hz. Na spektralnem analizatorju pri preučevani frekvenci se v avtomatskem načinu zabeleži vrednost signala 1., 2., 3. harmonika.

Za merjenje amplitude jakosti toka je bil uporabljen upor z uporom ~ 0,47 Ω, ki je zaporedno povezan z vezjem. Vrednost mora biti takšna, da ne presega nazivne vrednosti merilne roke reda velikosti 1 ohma. Z osciloskopom smo našli napetost U. Ob poznavanju R in U smo našli amplitudo jakosti toka I 0. Za izračun uporabljene moči se izmeri napetost v vezju.

Najprej se pregleda široko frekvenčno območje. Določeno je ožje frekvenčno območje, kjer je linearnost grafa največja. Nato se v izbranem frekvenčnem območju izvede meritev s finejšim frekvenčnim korakom.

V tabeli. Na sliki 2 so prikazani rezultati merjenja toplotne prevodnosti nanofluida, ki je 0,35 % suspenzija grafenovega oksida v osnovni tekočini (voda), z bakreno izolirano žico dolžine 19 cm, premera 100 µm, pri temperaturi 26 °C. °C za frekvenčno območje 780...840 Hz.

Na sl. 3 prikazuje splošen pogled na stojalo za merjenje toplotne prevodnosti tekočine.

V tabeli. Slika 3 prikazuje odvisnost toplotne prevodnosti suspenzije grafenovega oksida od njegove koncentracije v tekočini pri temperaturi 26 °C. Koeficienti toplotne prevodnosti nanotekočine so bili izmerjeni pri različnih koncentracijah grafenovega oksida od 0 do 1,25 %.

tabela 2

Rezultati merjenja toplotne prevodnosti nanotekočine

Frekvenčni razpon	Krožna frekvenca	Moč toka	Amplituda napetosti tretjega harmonika	Sprememba temperature	Logaritem krožne frekvence	Moč	Naklon grafa	Koeficient toplotne prevodnosti

riž. Sl. 3. Splošni pogled na stojalo za merjenje toplotne prevodnosti tekočine

V tabeli. 3 prikazuje tudi vrednosti koeficientov toplotne prevodnosti, določene z Maxwellovo formulo.

(10)

kjer je k toplotna prevodnost nanotekočine; k f - koeficient toplotne prevodnosti osnovne tekočine; k p - koeficient toplotne prevodnosti dispergirane faze (nanodelcev); φ - vrednost skupne faze vsake od faz disperzij.

Tabela 3

Koeficient toplotne prevodnosti suspenzije grafenovega oksida

Razmerje koeficientov toplotne prevodnosti k exp /k theor in k exp /k tab. vode so prikazane na sl. štiri.

Takšna odstopanja eksperimentalnih podatkov od tistih, ki jih napoveduje klasična Maxwellova enačba, je po našem mnenju mogoče povezati s fizikalnimi mehanizmi za povečanje toplotne prevodnosti nanotekočine, in sicer:

Zaradi Brownovega gibanja delcev; mešanje tekočin ustvarja mikrokonvekcijski učinek, s čimer se poveča energija prenosa toplote;

Prenos toplote s perkolacijskim mehanizmom predvsem vzdolž grozdnih kanalov, ki nastanejo kot posledica aglomeracije nanodelcev, ki prodrejo v celotno strukturo topila (navadne tekočine);

Molekule osnovne tekočine tvorijo visoko usmerjene plasti okoli nanodelcev in tako povečajo volumenski delež nanodelcev.

riž. 4. Odvisnost razmerja koeficientov toplotne prevodnosti od koncentracije grafenovega oksida

Delo je potekalo z vključevanjem opreme Centra za kolektivno uporabo znanstvene opreme "Diagnostika mikro- in nanostruktur" s finančno podporo Ministrstva za izobraževanje in znanost Ruske federacije.

Recenzenti:

Eparkhin O.M., doktor tehničnih znanosti, profesor, direktor jaroslavske podružnice Moskovske državne univerze za železniški inženiring, Jaroslavl;

Amirov I.I., doktor fizikalnih in matematičnih znanosti, raziskovalec, Jaroslavska podružnica Zvezne državne proračunske ustanove "Fizikalno-tehnološki inštitut" Ruske akademije znanosti, Jaroslavl.

Delo smo v uredništvo prejeli 28.7.2014.

Bibliografska povezava

Zharov A.V., Savinski N.G., Pavlov A.A., Evdokimov A.N. EKSPERIMENTALNA METODA ZA MERJENJE TOPLOTNE PREVODNOSTI NANOFLUIdov // Fundamentalne raziskave. - 2014. - št. 8-6. - S. 1345-1350;
URL: http://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34766 (datum dostopa: 01.02.2020). Predstavljamo vam revije, ki jih je izdala založba "Academy of Natural History"

V skladu z zahtevami zveznega zakona št. 261-FZ "O varčevanju z energijo" so bile v Rusiji poostrene zahteve za toplotno prevodnost gradbenih in toplotnoizolacijskih materialov. Danes je merjenje toplotne prevodnosti ena od obveznih točk pri odločanju o uporabi materiala kot toplotnega izolatorja.

Zakaj je potrebno meriti toplotno prevodnost v gradbeništvu?

Kontrola toplotne prevodnosti gradbenih in toplotnoizolacijskih materialov se izvaja v vseh fazah njihovega certificiranja in proizvodnje v laboratorijskih pogojih, ko so materiali izpostavljeni različnim dejavnikom, ki vplivajo na njihove lastnosti. Obstaja več običajnih metod za merjenje toplotne prevodnosti. Za natančno laboratorijsko testiranje materialov z nizko toplotno prevodnostjo (pod 0,04 - 0,05 W / m * K) je priporočljivo uporabljati instrumente, ki uporabljajo metodo stacionarnega toplotnega toka. Njihovo uporabo ureja GOST 7076.

Podjetje "Interpribor" ponuja merilnik toplotne prevodnosti, katerega cena je primerljiva s tistimi, ki so na voljo na trgu, in izpolnjuje vse sodobne zahteve. Namenjen je laboratorijski kontroli kakovosti gradbenih in toplotnoizolacijskih materialov.

Prednosti merilnika toplotne prevodnosti ITS-1

Merilnik toplotne prevodnosti ITS-1 ima izvirno monobločno zasnovo in ga odlikujejo naslednje prednosti:

avtomatski merilni cikel;
visoko natančna merilna pot, ki omogoča stabilizacijo temperatur hladilnika in grelnika;
možnost kalibracije naprave za določene vrste materialov, ki se preučujejo, kar dodatno poveča natančnost rezultatov;
ekspresna ocena rezultata v procesu izvajanja meritev;
optimizirana "vroča" varnostna cona;
informativen grafični prikaz, ki poenostavi nadzor in analizo merilnih rezultatov.

ITS-1 je dobavljen v edini osnovni izvedbi, ki jo lahko na željo naročnika dopolnimo s kontrolnimi vzorci (pleksi steklo in penasta plastika), škatlo za razsuti material in zaščitno torbico za shranjevanje in transport naprave.

Do sedaj enotna klasifikacija ni bila razvita, kar je povezano z raznolikostjo obstoječih metod. Znane eksperimentalne metode za merjenje toplotne prevodnosti materialov delimo v dve veliki skupini: stacionarne in nestacionarne. V prvem primeru kakovost formule za izračun uporablja določene rešitve enačbe toplotnega prevoda

pod pogojem, v drugem - pod pogojem, kjer je T temperatura; f - čas; - koeficient toplotne difuzivnosti; l - koeficient toplotne prevodnosti; C - specifična toplotna kapaciteta; d je gostota materiala; - Laplaceov operator, zapisan v ustreznem koordinatnem sistemu; - specifična moč volumetričnega vira toplote.

Prva skupina metod temelji na uporabi stacionarnega toplotnega režima; drugi - nestacionarni toplotni režim. Stacionarne metode za določanje koeficienta toplotne prevodnosti glede na naravo meritev so neposredne (t.j. koeficient toplotne prevodnosti je neposredno določen) in so razdeljene na absolutne in relativne. Pri absolutnih metodah parametri, izmerjeni v poskusu, omogočajo pridobitev želene vrednosti koeficienta toplotne prevodnosti z uporabo formule za izračun. Pri relativnih metodah parametri, izmerjeni v poskusu, omogočajo pridobitev zahtevane vrednosti koeficienta toplotne prevodnosti z uporabo formule za izračun. Pri relativnih metodah izmerjeni parametri niso dovolj za izračun absolutne vrednosti. Tukaj sta možna dva primera. Prvi je spremljanje spremembe koeficienta toplotne prevodnosti glede na začetni, vzet kot enota. Drugi primer je uporaba referenčnega materiala z znanimi toplotnimi lastnostmi. V tem primeru se v formuli za izračun uporablja koeficient toplotne prevodnosti standarda. Relativne metode imajo nekaj prednosti pred absolutnimi metodami, ker so enostavnejše. Nadaljnjo delitev stacionarnih metod lahko izvedemo glede na naravo segrevanja (zunanje, volumetrično in kombinirano) in glede na vrsto izoterm temperaturnega polja v vzorcih (ravna, cilindrična, sferična). V podskupino metod z zunanjim segrevanjem sodijo vse metode, ki uporabljajo zunanje (električne, volumetrične ipd.) grelce in segrevanje površin vzorcev s toplotnim sevanjem ali elektronskim obstreljevanjem. Podskupina metod z volumetričnim segrevanjem združuje vse metode, ki uporabljajo segrevanje s tokom skozi vzorec, segrevanje preskusnega vzorca z nevtronskim ali z-sevanjem ali z mikrovalovnimi tokovi. V podskupino metod s kombiniranim segrevanjem so lahko metode, ki istočasno uporabljajo zunanje in prostorninsko segrevanje vzorcev ali vmesno segrevanje (npr. z visokofrekvenčnimi tokovi).

V vseh treh podskupinah stacionarnih metod temperaturno polje

lahko drugačna.

Ravne izoterme nastanejo, ko je toplotni tok usmerjen vzdolž simetrijske osi vzorca. Metode z uporabo ravnih izoterm v literaturi imenujemo metode z aksialnim ali vzdolžnim toplotnim tokom, same eksperimentalne postavitve pa ploščate naprave.

Cilindrične izoterme ustrezajo širjenju toplotnega toka vzdolž polmera cilindričnega vzorca. V primeru, ko je toplotni tok usmerjen vzdolž polmera sferičnega vzorca, nastanejo sferične izoterme. Metode, ki uporabljajo takšne izoterme, se imenujejo sferične, naprave pa sferične.

Za preučevanje toplotne prevodnosti snovi uporabljamo dve skupini metod: stacionarne in nestacionarne.

Teorija stacionarnih metod je enostavnejša in bolj razvita. Toda nestacionarne metode načeloma poleg koeficienta toplotne prevodnosti omogočajo pridobivanje informacij o toplotni difuznosti in toplotni kapaciteti. Zato je bilo v zadnjem času veliko pozornosti namenjene razvoju nestacionarnih metod za določanje termofizikalnih lastnosti snovi.

Tu so obravnavane nekatere stacionarne metode za določanje toplotne prevodnosti snovi.

a) Metoda ravne plasti. Pri enodimenzionalnem toplotnem toku skozi ravno plast je koeficient toplotne prevodnosti določen s formulo

kje d- debelina, T 1 in T 2 - temperature "vroče" in "hladne" površine vzorca.

Za preučevanje toplotne prevodnosti s to metodo je potrebno ustvariti toplotni tok blizu enodimenzionalnega.

Običajno se temperature ne merijo na površini vzorca, temveč na določeni razdalji od njih (glej sliko 2.), zato je treba v izmerjeno temperaturno razliko vnesti popravke za temperaturno razliko v plasti grelnika in hladilnik, da zmanjšate toplotni upor kontaktov.

Pri preučevanju tekočin mora biti temperaturni gradient usmerjen vzdolž gravitacijskega polja (navzdol), da se odpravi pojav konvekcije.

riž. 2. Shema ravnoplastnih metod za merjenje toplotne prevodnosti.

1 – preskusni vzorec; 2 - grelec; 3 - hladilnik; 4, 5 - izolacijski obroči; 6 – varnostni grelci; 7 - termoelementi; 8, 9 - diferencialni termoelementi.

b) Jaegerjeva metoda. Metoda temelji na reševanju enodimenzionalne toplotne enačbe, ki opisuje širjenje toplote vzdolž palice, segrete z električnim tokom. Težava pri uporabi te metode je v nezmožnosti ustvarjanja strogih adiabatskih pogojev na zunanji površini vzorca, kar krši enodimenzionalnost toplotnega toka.

Formula za izračun izgleda takole:

(14)

kje s- električna prevodnost preskusnega vzorca, U je padec napetosti med skrajnima točkama na koncih palice, DT je temperaturna razlika med sredino palice in konico na koncu palice.

riž. 3. Shema Jaegerjeve metode.

1 - električna peč; 2 - vzorec; 3 - zatiči za pritrditev vzorca; T 1 ¸ T 6 - končne točke termoelementa.

Ta metoda se uporablja pri preučevanju električno prevodnih materialov.

v) Metoda cilindrične plasti. Preiskovana tekočina (razsuti material napolni valjasto plast, ki jo tvorita dva koaksialna valja. Eden od valjev, najpogosteje notranji, je grelec (slika 4).

Sl. 4. Shema metode cilindrične plasti

1 - notranji valj; 2 - glavni grelec; 3 - plast preskusne snovi; 4 - zunanji valj; 5 - termočleni; 6 - varnostni cilindri; 7 - dodatni grelci; 8 - telo.

Oglejmo si podrobneje stacionarni proces toplotne prevodnosti v valjasti steni, katere temperatura zunanje in notranje površine se vzdržuje konstantno in je enaka T 1 in T 2 (v našem primeru je to plast snovi v študiji 5). Določimo toplotni tok skozi steno pod pogojem, da je notranji premer cilindrične stene d 1 = 2r 1, zunanji premer pa d 2 = 2r 2, l = const, toplota pa se širi le v radialni smeri. .

Za rešitev problema uporabimo enačbo (12). V cilindričnih koordinatah, ko ; enačba (12) v skladu z (10) vključuje vit:

. (15)

Predstavimo notacijo dT/dr= 0, dobimo

Po integraciji in potenciranju tega izraza, prehodu na izvirne spremenljivke, dobimo:

. (16)

Kot je razvidno iz te enačbe, je odvisnost T=f(r) logaritemska.

Integracijski konstanti C 1 in C 2 je mogoče določiti z zamenjavo robnih pogojev v to enačbo:

pri r \u003d r 1 T \u003d T 1 in T 1 \u003d C 1 ln r1+C2,

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

Rešitev teh enačb glede na OD 1 in Od 2 daje:

;

Zamenjava teh izrazov za Od 1 in Od 2 v enačbo (1b), dobimo

(17)

toplotni tok skozi območje cilindrične površine polmera r dolžina pa je določena s Fourierjevim zakonom (5)

Po zamenjavi dobimo

. (18)

Koeficient toplotne prevodnosti l pri znanih vrednostih Q, T 1 , T 2 , d 1 , d 2 , izračunano po formuli

. (19)

Za zatiranje konvekcije (v primeru tekočine) mora imeti valjasta plast majhno debelino, običajno delčke milimetra.

Zmanjšanje končnih izgub pri metodi cilindrične plasti dosežemo s povečanjem razmerja / d in varnostni grelci.

G) metoda vroče žice. Pri tej metodi je razmerje / d povečuje z zmanjševanjem d. Notranji valj je nadomeščen s tanko žico, ki je bila hkrati grelec in uporovni termometer (slika 5). Zaradi relativne preprostosti zasnove in podrobnega razvoja teorije je metoda ogrevane žice postala ena najnaprednejših in najnatančnejših. V praksi eksperimentalnih študij toplotne prevodnosti tekočin in plinov zaseda vodilno mesto.

riž. 5. Shema merilne celice izdelane po metodi segrete žice. 1 - merilna žica, 2 - cev, 3 - preizkušana snov, 4 - tokovni vodi, 5 - potencialni odcepi, 6 - zunanji termometer.

Pod pogojem, da se celoten toplotni tok iz odseka AB širi radialno in temperaturna razlika T 1 - T 2 ni velika, tako da je l = const mogoče upoštevati v teh mejah, je toplotna prevodnost snovi določena s formulo

, (20)

kje Q AB = T × U AB je razpršena moč na žici.

e) žogična metoda. Najde uporabo v praksi preučevanja toplotne prevodnosti tekočin in razsutih materialov. Preučevana snov ima obliko sferične plasti, ki načeloma omogoča izključitev nenadzorovanih toplotnih izgub. Tehnično je ta metoda precej zapletena.

ZVEZNA AGENCIJA ZA TEHNIČNO REGULACIJO IN MEROSLOVJE

NACIONALNO

STANDARD

RUSKI

FEDERACIJA

KOMPOZITI

Uradna izdaja

Strshdfttftsm

GOST R 57967-2017

Predgovor

1 PRIPRAVIL Zvezno državno enotno podjetje "Vseruski raziskovalni inštitut za letalske materiale" skupaj z avtonomno nekomercialno organizacijo "Center za normiranje, standardizacijo in klasifikacijo kompozitov" ob sodelovanju Združenja pravnih oseb "Zveza proizvajalcev kompozitov" " na podlagi uradnega prevoda v ruščino angleške različice, določene v odstavku 4 standarda, ki ga izpolnjuje TC 497

2 PREDSTAVIL Tehnični odbor za standardizacijo TK 497 "Kompoziti, strukture in izdelki iz njih"

3 ODOBRENA IN UVEDENA Z Odredbo št. 1785-st z dne 21. novembra 2017 Zvezne agencije za tehnično regulacijo in meroslovje

4 Ta standard je spremenjen iz standardne preskusne metode ASTM E1225-13 za toplotno prevodnost trdnih snovi z uporabo Guard ed-Comparative - Longitudinal Heat Flow Technique", MOD), tako da se spremeni njegova struktura, da se uskladi s pravili, določenimi v GOST 1.5- 2001 (pododdelka 4.2 in 4.3).

Ta standard ne vključuje členov 5. 12. podčlenkov 1.2, 1.3 uporabljenega standarda ASTM. ki jih je neprimerno uporabljati v ruski nacionalni standardizaciji zaradi njihove redundantnosti.

Navedeni členi in podčleni, ki niso vključeni v glavni del tega standarda, so podani v dodatnem dodatku DA.

Ime tega standarda je bilo spremenjeno glede na ime navedenega standarda ASTM, da bi ga uskladili z GOST R 1.5-2012 (pododdelek 3.5).

Primerjava strukture tega standarda s strukturo navedenega standarda ASTM je podana v dodatni prilogi DB.

Informacije o skladnosti referenčnega nacionalnega standarda s standardom ASTM. uporabljen kot referenca v uporabljenem standardu ASTM. so podani v dodatni prilogi DV

5 PRVIČ PREDSTAVLJENO

Pravila za uporabo tega standarda so določena v 26. členu zveznega zakona z dne 29. junija 2015 N9 162-FZ "O standardizaciji v Ruski federaciji". Informacije o spremembah tega standarda so objavljene v letnem (od 1. januarja tekočega leta) informacijskem indeksu "Nacionalni standardi", uradno besedilo sprememb in pol leta - v mesečnem informacijskem indeksu "Nacionalni standardi". V primeru revizije (zamenjave) ali preklica tega standarda bo ustrezno obvestilo objavljeno v naslednji številki mesečnega informacijskega indeksa "Nacionalni standardi". Ustrezne informacije. obvestilo in besedila so objavljena tudi v sistemu javnega obveščanja - na uradni spletni strani Zvezne agencije za tehnično regulacijo in meroslovje na internetu ()

Tega standarda ni mogoče v celoti ali delno reproducirati, razmnoževati in distribuirati kot uradno publikacijo brez dovoljenja Zvezne agencije za tehnično regulacijo in meroslovje.

GOST R 57967-2017

1 področje uporabe ............................................ ... .................ena

3 Izrazi, definicije in poimenovanja..................................... ... .......ena

4 Bistvo metode................................................. ....... ...................2

5 Oprema in materiali..................................................... ................. .............štiri

6 Priprava na testiranje ................................................. ................ .......enajst

7 Testiranje ................................................. .............................. ...............12

8 Obdelava rezultatov testa .............................................. .................. 13

9 Poročilo o preskusu ............................................. ................ ..................13

Priloga DA (informativno) Izvirno besedilo strukturnih elementov ni vključeno

uporabljeni standard ASTM ............................................... ..15

Priloga DB (informativno) Primerjava strukture tega standarda s strukturo

standard ASTM, ki se v njem uporablja ............................................ ... 18

Priloga DV (informativna) Informacije o skladnosti referenčnega nacionalnega standarda s standardom ASTM. uporabljen kot referenca v uporabljenem standardu ASTM ................................. ......................... 19

GOST R 57967-2017

NACIONALNI STANDARD RUSKE FEDERACIJE

KOMPOZITI

Določanje toplotne prevodnosti trdnih snovi z metodo stacionarnega enodimenzionalnega toplotnega toka z zaščitnim grelcem

Kompoziti. Določanje toplotne prevodnosti soHds s stacionarnim enodimenzionalnim toplotnim tokom

s tehniko varovalnega grelnika

Datum uvedbe - 2018-06-01

1 področje uporabe

1.1 Ta mednarodni standard določa določanje toplotne prevodnosti homogenih neprozornih trdnih polimernih, keramičnih in kovinskih kompozitov z metodo enakomernega enodimenzionalnega toplotnega toka z zaščitnim grelcem.

1.2 Ta mednarodni standard je namenjen uporabi pri preskušanju materialov z efektivno toplotno prevodnostjo v območju od 0,2 do 200 W/(m-K) v temperaturnem območju od 90 K do 1300 K.

1.3 Ta mednarodni standard se lahko uporablja tudi za preskušanje materialov, ki imajo efektivno toplotno prevodnost zunaj določenih območij z manjšo natančnostjo.

2 Normativne reference

Ta standard uporablja normativna sklicevanja na naslednje standarde:

GOST 2769 Hrapavost površine. Parametri in značilnosti

GOST R 8.585 Državni sistem za zagotavljanje enotnosti meritev. Termoelementi. Ocenjene statične pretvorbene značilnosti

Opomba - Pri uporabi tega standarda je priporočljivo preveriti veljavnost referenčnih standardov v javnem informacijskem sistemu - na uradni spletni strani Zvezne agencije za tehnično regulacijo in meroslovje na internetu ali glede na letni indeks informacij "Nacionalni standardi" , ki je bil objavljen od 1. januarja tekočega leta, in o izdajah mesečnega informacijskega indeksa "Nacionalni standardi" za tekoče leto. Če je bil zamenjan referenčni standard brez datuma, je priporočljivo, da se uporabi trenutna različica tega standarda, pri čemer se upoštevajo vse spremembe te različice. Če se zamenja referenčni standard, na katerega je navedeno datirano sklicevanje, je priporočljivo uporabiti različico tega standarda z zgoraj navedenim letom odobritve (sprejetja). Če se po odobritvi tega standarda spremeni referenčni standard, na katerega je podan datirani estrih, ki vpliva na določbo, na katero se sklicuje, potem je priporočljivo, da se ta določba uporabi brez upoštevanja te spremembe. Če je referenčni standard preklican brez zamenjave, je priporočljivo uporabiti določbo, v kateri je navedeno sklicevanje nanj, v delu, ki ne vpliva na to sklicevanje.

3 Izrazi, definicije in simboli

3.1 V tem standardu so uporabljeni naslednji izrazi z ustreznimi definicijami:

3.1.1 toplotna prevodnost /.. W / (m K): Razmerje med gostoto toplotnega toka v stacionarnih pogojih skozi enoto površine in enoto temperaturnega gradienta v smeri, pravokotni na površino.

Uradna izdaja

GOST R 57967-2017

3.1.2 navidezna toplotna prevodnost predstavljajo navidezno ali efektivno toplotno prevodnost.

3.2 8 tega standarda se uporabljajo naslednje oznake:

3.2.1 X M (T), W / (m K) - toplotna prevodnost referenčnih vzorcev glede na temperaturo.

3.2.2 Eci, W/(m K) - toplotna prevodnost zgornjega referenčnega vzorca.

3.2.3 Xjj'. 8t/(m K) - toplotna prevodnost spodnjega referenčnega vzorca.

3.2.4 edT), W / (m K) - toplotna prevodnost preskusnega vzorca, popravljena za prenos toplote, če je potrebno.

3.2.5 X "$ (T), W / (m K) - toplotna prevodnost preskusnega vzorca, izračunana brez popravka za prenos toplote.

3.2.6 >y(7), W/(m K) - toplotna prevodnost izolacije v odvisnosti od temperature.

3.2.7 T, K - absolutna temperatura.

3.2.8 Z, m - razdalja, merjena od zgornjega konca paketa.

3.2.9 /, m - dolžina preskusnega vzorca.

3.2.10 G (, K - temperatura pri Z r

3.2.11 q", W / m 2 - toplotni tok na enoto površine.

3.2.12 ZX LT itd. - odstopanja X. G. itd.

3.2.13 g A, m je polmer preskušanca.

3.2.14 g in, m - notranji polmer zaščitne lupine.

3.2.15 f 9 (Z), K - temperatura lupine zadrževalnika glede na razdaljo Z.

4 Bistvo metode

4.1 Splošna shema metode stacionarnega enodimenzionalnega toplotnega toka z uporabo varnostnega grelnika je prikazana na sliki 1. Preizkusni vzorec z neznano toplotno prevodnostjo X s . z ocenjeno toplotno prevodnostjo X s // s . postavljen pod obremenitvijo med dva referenčna vzorca s toplotno prevodnostjo X m z enako površino prečnega prereza in specifično toplotno prevodnostjo X^//^. Zasnova je paket, sestavljen iz grelnika diska s preskusnim vzorcem in referenčnimi vzorci na vsaki strani med grelnikom in hladilnikom. V testnem paketu se ustvari temperaturni gradient, toplotne izgube so zmanjšane z uporabo vzdolžnega zaščitnega grelnika, ki ima približno enak temperaturni gradient. Skozi vsak vzorec teče približno polovica energije. V ravnotežnem stanju se koeficient toplotne prevodnosti določi iz izmerjenih temperaturnih gradientov* preskusnega vzorca in ustreznih referenčnih vzorcev ter toplotne prevodnosti referenčnih materialov.

4.2 Na vrečo uporabite silo, da zagotovite dober stik med vzorci. Paket je obdan z izolacijskim materialom s toplotno prevodnostjo.Izolacija je zaprta v zaščitni ovoj * s polmerom r 8, ki se nahaja pri temperaturi T d (2). Vzpostavite temperaturni gradient v vreči tako, da vzdržujete zgornji del pri temperaturi T t in spodnji del pri temperaturi T in. Temperatura T 9 (Z) je običajno linearni temperaturni gradient, ki približno ustreza gradientu, vzpostavljenemu v preiskovanem paketu. Izotermični varnostni grelnik s temperaturo T ? (Z). enaka povprečni temperaturi preskusnega vzorca. Izvedba merilne celice instrumenta brez zaščitnih grelnikov ni priporočljiva zaradi možnih velikih toplotnih izgub, predvsem pri povišanih temperaturah. V stabilnem stanju se temperaturni gradienti vzdolž odsekov izračunajo iz izmerjenih temperatur vzdolž dveh referenčnih vzorcev in preskusnega vzorca. Vrednost X "s brez upoštevanja popravka za prenos toplote se izračuna po formuli (simboli so prikazani na sliki 2).

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

kjer G, - temperatura pri Z,. K T 2 - temperatura pri Z 2, K G 3 - temperatura pri Z 3. Za

GOST R 57967-2017

Г 4 - temperatura pri Z 4 . TO;

Г 5 - temperatura pri Z s . DO:

Г в - temperatura pri Z e. DO:

Z, - koordinata 1. temperaturnega senzorja, m;

Zj - koordinata 2. temperaturnega senzorja, m;

Z 3 - koordinata 3. temperaturnega senzorja, m;

Z 4 - koordinata 4. temperaturnega senzorja, m;

Z 5 - koordinata 5. temperaturnega senzorja, m;

Z e - koordinata 6. temperaturnega senzorja, m.

Takšna shema je idealizirana, saj ne upošteva prenosa toplote med embalažo in izolacijo na vsaki točki ter enakomernega prenosa toplote na vsaki meji med referenčnimi vzorci in preskusnim vzorcem. Napake, ki jih povzročata ti dve predpostavki, se lahko zelo razlikujejo. Zaradi teh dveh dejavnikov je treba to preskusno metodo omejiti. če želite doseči zahtevano natančnost.

1 - temperaturni gradient v zaščitni lupini; 2 - temperaturni gradient v paketu; 3 - termočlen: 4 - objemka.

S - zgornji grelec. b - zgornji referenčni vzorec: 7 - spodnji referenčni vzorec, c - spodnji grelnik: c - hladilnik. 10 - zgornji varnostni grelec: I - varnostni grelec

Slika 1 - Diagram tipičnega preskusnega paketa in zadrževalnega prostora, ki prikazuje ujemanje temperaturnih gradientov

GOST R 57967-2017

7 b

Hladilnik

Oa oimshprmi

Izolacija; 2 - varnostni grelec. E - kovinska ali keramična zaščitna lupina: 4 - grelec. S - referenčni vzorec, b - preskusni vzorec, x - približna lokacija termočlenov

Slika 2 - Shema metode enodimenzionalnega stacionarnega toplotnega toka z uporabo varnostnega grelnika z navedbo možnih lokacij za namestitev temperaturnih senzorjev

5 Oprema in zaloge

5.1 Referenčni vzorci

5.1.1 Za referenčne vzorce je treba uporabiti referenčne materiale ali referenčne materiale z znanimi vrednostmi toplotne prevodnosti. Tabela 1 navaja nekaj splošno priznanih referenčnih materialov. Slika 3 prikazuje primer spremembe >. m s temperaturo * tura.

GOST R 57967-2017

Typlofoaodoost, EGL^m-K)

Slika 3 - Referenčne vrednosti toplotne prevodnosti referenčnih materialov

OPOMBA: Material, izbran za referenčne vzorce, mora imeti toplotno prevodnost, ki je najbližja toplotni prevodnosti materiala, ki se meri.

5.1.2 Tabela 1 ni izčrpna in kot referenco se lahko uporabijo drugi materiali. Referenčni material in vir vrednosti X m je treba navesti v poročilu o preskusu.

Tabela 1 - Referenčni podatki za značilnosti referenčnih materialov

GOST R 57967-2017

Konec tabele 1

Tabela 2 - Toplotna prevodnost elektrolitskega železa

Temperatura. Za	Toplotna prevodnost. W/(m K)

GOST R 57967-2017

Tabela 3 - Toplotna prevodnost volframa

Temperatura, K	Toplotna prevodnost. 6t/(mK)

GOST R 57967-2017

Tabela 4 - Toplotna prevodnost avstenitnega jekla

Temperatura. Za	Toplotna prevodnost, W/(m K)

GOST R 57967-2017

Konec tabele 4

5.1.3 Zahteve za katere koli referenčne materiale vključujejo stabilnost lastnosti v celotnem območju delovne temperature, združljivost z drugimi komponentami merilne celice instrumenta, preprosto pritrditev temperaturnega senzorja in natančno znano toplotno prevodnost. Ker so napake zaradi toplotne izgube za določeno povečanje k sorazmerne s spremembo k in Jk s, je treba za referenčne vzorce uporabiti referenčni material c). m najbližje >. s.

5.1.4 Če je toplotna prevodnost preskušanca k s med vrednostmi koeficienta toplotne prevodnosti obeh referenčnih materialov, je treba uporabiti referenčni material z višjo toplotno prevodnostjo k u. za zmanjšanje celotnega padca temperature vzdolž paketa.

5.2 Izolacijski materiali

Kot izolacijski materiali se uporabljajo praškasti, disperzni in vlaknasti materiali za zmanjšanje radialnega toplotnega toka v obročni prostor, ki obdaja paket, in toplotne izgube vzdolž paketa. Pri izbiri izolacije je treba upoštevati več dejavnikov:

Izolacija mora biti stabilna v pričakovanem temperaturnem območju, imeti nizko toplotno prevodnost k in enostavna za uporabo;

Izolacija ne sme kontaminirati komponent merilnih celic instrumentov, kot so temperaturni senzorji, mora biti nizko toksična in ne sme prevajati električnega toka.

Običajno se uporabljajo praški in trdne snovi, saj jih je enostavno kompaktirati. Uporabite lahko preproge iz vlaken z nizko gostoto.

5.3 Temperaturni senzorji

5.3.1 Vsaj dva temperaturna senzorja se namestita na vsak referenčni vzorec in dva na preskusni vzorec. Če je mogoče, naj referenčni in preskusni vzorec vsebujeta po tri temperaturne senzorje. Dodatni senzorji so potrebni za potrditev linearnosti porazdelitve temperature vzdolž paketa ali za odkrivanje napake zaradi neumerjenega temperaturnega senzorja.

5.3.2 Vrsta temperaturnega tipala je odvisna od velikosti merilne celice instrumenta, temperaturnega območja in okolja v merilni celici instrumenta, ki ga določajo izolacija, referenčni vzorci, preskusni vzorec in plin. Za merjenje temperature je mogoče uporabiti vsako tipalo z zadostno natančnostjo, merilna celica naprave pa mora biti dovolj velika, da je motnja toplotnega toka iz temperaturnih tipal zanemarljiva. Običajno se uporabljajo termoelementi. Njihova majhnost in enostavna pritrditev sta očitni prednosti.

5.3.3 Termoelementi morajo biti izdelani iz žice s premerom, ki ne presega 0,1 mm. Vse hladne spoje je treba vzdrževati pri konstantni temperaturi. To temperaturo vzdržujejo ohlajena gnojevka, termostat ali elektronska kompenzacija referenčne točke. Vsi termočleni morajo biti izdelani iz kalibrirane žice ali žice, ki jo je dobavitelj potrdil, da ustreza mejnim vrednostim napake, določenim v GOST R 8.585.

5.3.4 Načini pritrditve termoelementov so prikazani na sliki 4. Notranji kontakti se lahko pridobijo v kovinah in zlitinah z varjenjem posameznih termoelementov na površine (slika 4a). Čelno varjene ali perlasto varjene spoje termočlenov je mogoče togo pritrditi s kladivom, cementiranjem ali varjenjem v ozke utore ali majhne luknje (slike 4b, 4c in 4).

5.3.5 Na sliki 46 je termočlen v radialni reži, medtem ko je na sliki 4c termočlen potegnjen skozi radialno luknjo v materialu. 8 primer uporabe termočlena v zaščitnem ovoju ali termočlena, katerega oba termočlena sta v električnem izolatorju z dvema

GOST R 57967-2017

luknje, lahko uporabite nosilec termočlena, prikazan na sliki 4d. V zadnjih treh primerih mora biti termočlen toplotno vezan na trdno površino z ustreznim lepilom ali visokotemperaturnim lepilom. Vsi štirje postopki, prikazani na sliki 4, morajo vključevati kaljenje žic na površinah, ovijanje žic v izotermičnih območjih, toplotno ozemljitev žic na varovalu ali kombinacijo vseh treh.

5.3.6 Ker netočnost lokacije temperaturnega senzorja vodi do velikih napak. posebno pozornost je treba nameniti določitvi pravilne razdalje med senzorji in izračunu možne napake, ki je posledica morebitne netočnosti.

c - notranji sirni čevelj z ločenimi termoelementi, privarjenimi na preskušanec ali referenčne vzorce tako, da gre signal skozi material. 6 - radialni utor na ravni površini za pritrditev gole žice ali senzorja s termoelementom, izoliranega s keramiko; c majhna radialna luknja, izvrtana skozi preskušanec ali referenčne kose, in neizoliran (dovoljeno, če je material električni izolator) ali izoliran termočlen, navit skozi luknjo: d majhna radialna luknja, izvrtana skozi preskušanec ali referenčne kose in termočlen, nameščena glede luknje

Slika 4 - Montaža termočlenov

OPOMBA: V vseh primerih je treba termoelemente termično utrditi ali termično ozemljiti na zadrževalni hram, da zmanjšate merilno napako zaradi toplotnega toka v ali iz vročega spoja.

5.4 Sistem nalaganja

5.4.1 Preskusna metoda zahteva enakomeren prenos toplote preko vmesnika med referenčnimi vzorci in preskusnim primerkom, ko so temperaturni senzorji znotraj rk vmesnika. Da bi to naredili, je potrebno zagotoviti enakomerno kontaktno odpornost.

GOST R 57967-2017

Sprememba v sosednjih območjih referenčnega vzorca in preskusnega vzorca, ki se lahko ustvari z uporabo aksialne obremenitve v kombinaciji s prevodnim medijem na vmesnikih. Ni priporočljivo izvajati meritev v vakuumu, razen če je to potrebno zaradi zaščitnih razlogov.

5.4.2 Pri preskušanju materialov z nizko toplotno prevodnostjo se uporabljajo tanki preizkušanci, zato je treba temperaturne senzorje namestiti blizu površine. V takih primerih je treba na vmesnike vnesti zelo tanek sloj visoko toplotno prevodne tekočine, paste, mehke kovinske folije ali sita.

5.4.3 Zasnova merilnega instrumenta mora zagotavljati sredstva za ustvarjanje ponovljive in stalne obremenitve vzdolž embalaže, da se čim bolj zmanjšajo medfazni upor na mejah med referenčnimi vzorci in preskusnim vzorcem. Obremenitev se lahko uporablja pnevmatsko, hidravlično, z vzmetnim delovanjem ali s pozicioniranjem obremenitve. Zgornji mehanizmi uporabe obremenitve so konstantni, ko se temperatura paketa spreminja. V nekaterih primerih je lahko tlačna trdnost preskusnega vzorca tako nizka, da mora biti uporabljena sila omejena s težo zgornjega referenčnega vzorca. V tem primeru je treba posebno pozornost posvetiti napakam, ki lahko nastanejo zaradi slabega kontakta, za kar morajo biti temperaturni senzorji nameščeni stran od kakršnih koli motenj v toplotnem toku na vmesnikih.

5.5 Zaščitna lupina

5.5.1 Embalaža, ki jo sestavljajo preskusni vzorec in referenčni vzorci, mora biti zaprta v zaščitni ovoj s pravilno krožno simetrijo. Zaščitni ovoj je lahko kovinski ali keramični, njegov notranji radij pa mora biti tak, da je razmerje r^r A v območju od 2,0 do 3,5. Zaščitna lupina mora vsebovati vsaj en varovalni grelec za nadzor temperaturnega profila vzdolž lupine.

5.5.2 Zadrževalnik mora biti zasnovan in delovati tako, da je temperatura njegove površine bodisi izotermna in približno enaka povprečni temperaturi preskusnega vzorca ali pa ima približen linearni profil, ki se na zgornjem in spodnjem koncu zadrževalnika ujema z ustrezne položaje vzdolž paketa. V vsakem primeru morajo biti vsaj trije temperaturni senzorji nameščeni na zadrževalnem hramu na vnaprej usklajenih točkah (glej sliko 2) za merjenje temperaturnega profila.

5.6 Merilna oprema

5.6.1 Kombinacija temperaturnega senzorja in merilnega instrumenta, ki se uporablja za merjenje izhodne moči senzorja, mora biti ustrezna za zagotavljanje točnosti merjenja temperature ± 0,04 K in absolutne napake, manjše od ± 0,5 %.

5.6.2 Merilna oprema za to metodo mora vzdrževati zahtevano temperaturo in meriti vse ustrezne izhodne napetosti z natančnostjo, ki je sorazmerna z natančnostjo merjenja temperature temperaturnih senzorjev.

6 Priprava na testiranje

6.1 Zahteve za preskusne vzorce

6.1.1 Preskušanci, testirani s to metodo, niso omejeni na geometrijo bonbonov. Najbolj prednostna je uporaba cilindričnih ali prizmatičnih vzorcev. Območja prevodnosti preskušanca in referenčnega primerka morajo biti enaka do 1 % in vse razlike v površini se upoštevajo pri izračunu rezultata. Pri cilindrični konfiguraciji se morata polmera preskusnega vzorca in referenčnega vzorca ujemati s točnostjo ± 1 %. in polmer preskušanca, r A, mora biti takšen, da je r B fr A med 2,0 in 3,5. Vsaka ravna površina preskusnega in referenčnega vzorca mora biti ravna s površinsko hrapavostjo največ R a 32 v skladu z GOST 2789. normale na vsako površino pa morajo biti vzporedne z osjo vzorca s točnostjo ± 10. min.

OPOMBA V nekaterih primerih ta zahteva ni potrebna. Na primer, nekateri instrumenti so lahko sestavljeni iz referenčnih vzorcev in preskusnih vzorcev z visokimi vrednostmi >. m in >. s. kjer so napake zaradi toplotnih izgub pri dolgih odsekih zanemarljive. Takšni deli so lahko dovolj dolgi, da omogočajo

GOST R 57967-2017

s katerim naj bodo temperaturna tipala nameščena na zadostni razdalji od stičnih točk in s tem zagotovljena enakomernost toplotnega toka. Dolžina preskušanca se izbere na podlagi poznavanja polmera in toplotne prevodnosti. Kdaj). in večjo od toplotne prevodnosti nerjavečega jekla, se lahko uporabijo dolgi preizkušanci z dolžino 0g A » 1. Tako dolgi preizkušanci omogočajo uporabo velikih razdalj med temperaturnimi senzorji, kar zmanjša napako zaradi netočnosti lokacije senzorja. Kdaj). m nižja od toplotne prevodnosti nerjavnega jekla, je treba dolžino preskušanca zmanjšati, saj postane merilna napaka zaradi toplotnih izgub prevelika.

6.1.2 Če ni drugače določeno v normativnem dokumentu ali tehnični dokumentaciji za material. za testiranje se uporabi en preskušanec.

6.2 Nastavitev strojne opreme

6.2.1 Umerjanje in preverjanje opreme se izvaja v naslednjih primerih:

Po montaži strojne opreme:

Če je razmerje med X m in X s manjše od 0,3. ali več kot 3. in ni mogoče izbrati vrednosti toplotne prevodnosti;

Če je oblika preskušanca zapletena ali je preskušanec majhen:

Če so bile opravljene spremembe geometrijskih parametrov merilne celice naprave;

Če je bilo odločeno, da se uporabijo drugi referenčni materiali ali izolacija, kot so navedeni v oddelkih 6.3 in 6.4:

Če je oprema predhodno delovala pri dovolj visoki temperaturi, da se lahko spremenijo lastnosti komponent, kot npr. na primer občutljivost termoelementa.

6.2.2 Ti pregledi se izvedejo s primerjavo vsaj dveh referenčnih materialov, kot sledi:

Izberite referenčni material, katerega toplotna prevodnost je najbližja pričakovani toplotni prevodnosti preskusnega vzorca:

Toplotna prevodnost X preskusnega vzorca, izdelanega iz referenčnega materiala, se meri z uporabo referenčnih vzorcev, izdelanih iz drugega referenčnega materiala, ki ima vrednost X, ki je najbližja vrednosti preskusnega primerka. Na primer, preskus se lahko izvede na vzorcu steklokeramike. z uporabo referenčnih vzorcev iz nerjavečega jekla. Če se izmerjena toplotna prevodnost vzorca ne ujema z vrednostjo v tabeli 1 po uporabi popravka za prenos toplote, je treba določiti vire napake.

7 Testiranje

7.1 Izberite referenčne vzorce tako, da je njihova toplotna prevodnost enakega reda velikosti, kot je pričakovana za preskusni vzorec. Po opremljanju zahtevanih referenčnih vzorcev s temperaturnimi senzorji in namestitvi v merilno celico se preskusni vzorec opremi s podobnimi sredstvi. Preskušanec se vstavi v vrečko tako, da je nameščen med referenčnima vzorcema in je v stiku s sosednjimi referenčnimi primerki za vsaj 99 % vsake površine. Za zmanjšanje površinskega upora se lahko uporabi mehka folija ali drug kontaktni medij. Če je treba merilno celico med preskusom zaščititi pred oksidacijo ali če meritev zahteva določen plin ali tlak plina za nadzor X /t, se merilna celica napolni in očisti z delovnim plinom pri nastavljenem tlaku. Za obremenitev paketa je treba uporabiti silo, ki je potrebna za zmanjšanje učinkov neenakomernega toplotnega upora na vmesniku.

7.2 Vklopite zgornji in spodnji grelec na obeh koncih vrečke in nastavite, dokler. medtem ko temperaturna razlika med točkama 2, in Zj. Z3 in Z4. in Z s in 2^ ne smeta biti večja od 200-kratne napake temperaturnega senzorja, vendar ne večja od 30 K, preskusni primerek pa ne sme imeti srednje temperature, zahtevane za meritev. Kljub. da natančen temperaturni profil vzdolž plašča ni potreben za 3. moč grelnikov plašča se nadzoruje, dokler temperaturni profil vzdolž plašča ni T g )

Oddelki