Способ измерения коэффициеита теплопроводности

 

2!8490

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сова Советокив

Социвлиотичеокик

Рвопувпик

Зависимое от авт. авидетельсгва №

Кл. 421, 12/02

Заявлено 01.XII.1966 (№ 1115853/26-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 17.Ч.1968. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 8.VIII.1968

MIIK G 011<

УДК 536.2.08: 539.216.2 (088.8) Комитет по девам изоорвтений и открытий при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

Ю. 3. Левин и Л. Ф. Чернова

Ленинградское оптико-механическое объединение

Заявитель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

Известные способы измерения коэффициента теплопроводности, когда нагрев образца и измерение параметров ведутся контактным способом, мало пригодны для соответствующих измерений в случае тонкопленочных материалов, так как это приводит к разрушению пленок, к потерям тепла через термопары и т. д.

Предложенный способ отличается от известных тем, что для повышения точности измерения для тонкопленочных материалов из двух разнородных исследуемых материалов составляют термопару в виде полоски, облучают известным лучистым потоком сначала всю полоску, а затем поочередно каждую ее составную часть, измеряют при каждом облучении термо-э. д. с., определяют динамическое сопротивление полоски и по известным формулам находят величину коэффициента теплопроводности.

Сущность изобретения заключается в том, что если из двух разнородных термоэлектрических материалов образовать термопару, например, в виде тонкопленочной полоски, то при облучении лучистым потоком известной величины различных участков термоэлектрической полоски, находящихся на различных расстояниях от термоспая, горячий спай нагревается за счет определенного зна,ения коэффициента теплопроводности прилегающих материалов на разную величину, которая может быть определена путем замера величины термо-э.д.с., развиваемой термополоской. Для исключения контактирования с хорошими про5 водниками тепла термоэлектрическую полоску помещают в воздушную среду или в вакуум.

Концы термоэлектрической полоски, образующие холодный спай, находятся в хорошем тепловом контакте с массивным теплоприемни10 ком, имеющим комнатную температуру, не зависящую от степени облучения термоэлектрической полоски лучистым потоком. Составляя соответствующие математические уравнения для термоэлектрической полоски, можно оп15 ределить коэффициент теплопроводностн материала одной части полоски относительно другой. Используя дополнительно уравнение для динамического сопротивления той же термоэлектрической полоски, практически опрс20 деляемого при пропускании через термополоску тока, можно определить абсолютное значение коэффициента теплопроводности.

На чертеже изображена термоэлектрическая полоска, горячий спай 1 который образован

25 термоэлектрическими материалами 2 и 3. Лучистым потоком известной величины облучают всю поверхность термоэлектрической полоски.

При этом место стыка двух термоэлектрических материалов — горячий спай 1 — нагре30 вается на некоторую добавочную температуоу

218490

AT относительно холодного спая, образованного концами термоэлектрической полоски, лежащими на массивном стеклянном теплоприемнике и электрически соединенными с измерительным потенциометром. Так как по всей длине, за исключением концов, образующих холодный спай, термоэлектрическую полоску окружает воздушная среда или вакуумированное пространство, то температура

ЬТ горячего спая будет определяться интенсивностью поглощенного лучистого потока, а также величиной теплоотдачи с единицы псверхности О полоски. Величину Е термо-э. д. с., развиваемую термоэлектрической полоской в этом случае, замеряют потенциометром. Затем лучистым потоком той же величины облучают только термоэлектрический материал 2, составляющий половину длины всей термоэлектрической полоски. При этом горячий спай 1 нагревается относительно холодного спая на некоторую добавочную температуру

ЬТ» Эта добавочная температура будет определяться так же, как и в первом случае, интенсивностью поглощенного лучистого потока, величиной теплоотдачи с единицы поверхности

H полоски и оттоком тепла, обусловленного теплопроводностью материала 8, Величину

Е термо-э. д. с., развиваемую термоэлектрической полоской B этом случае, также замеp810T потенциометром.

Составление и решение дифференциальных уравнений, соответствующих описанным случаям облучения термоэлектрической полоскн, позволяет определить величину коэффициента теплопроводности одного материала относительно другого.

Привлечение дополнительного уравнения, связанного с определением динамического сопротивления той же самой термоэлектрической полоски, позволяет определить абсолютное значение коэффициента К теплопроводности исследуемого материала 2

Pwo R2@E E L см. гРад где cc»2 — суммарный коэффициент термоэ. д. с. двух термоэлектрических материалов, если они имеют разные знаки, или разнос1ь коэффициентов термо-э.д.с. двух материалов, если коэффициенты термо-э. д. с. имеют одинаковые знаки. Размерность <х»г — вольт!арпд;

P — периметр сечения термоэлектрической полоски, см; ь>г — площадь поперечного сечения части термоэлектрической полоски исследуе мого материала 2, см2; Ф вЂ” величина лучистого потока, падающего на термоэлектрическую полоску, вт!смг; Š— коэффициент поглощения поверхности термоэлектрической пс,лоски со стороны падения лучистого потока;

Е, Е1 — указанные значения термо-э. д. с., за5 меренные экспериментально; R — динамическое сопротивление, ом.

Коэффициент Е может быть величиной, одинаковой для обоих материалов, если исследуемый термоэлектрический материал нано10 сится равномерно по всей ее длине, т. е. нa обе части 2 и 8, и если коэффициент пропускания потока Ф для материалов 2 и 8 равен нулю при условии, что поток Ф с определенным спектральным составом облучает тер15 моэлектрическую полоску со стороны исследуемого материала. Такое положение имеет место в предлагаемом случае, причем необходимо, чтобы электропроводность исследуемого материала 2 была по своему значению мень20 ше электропроводности материала 8.

Динамическое сопротивление Rg замеряется путем измерения величины сопротивления термоэлектрической полоски на постоянном токе малой величины

Rl R2

Rä 2 — R,eð„, где

Ri — сопротивление термоэлектрической полоски, измеренное при одном направлении

30 тока;

R3 — сопротивление термоэлектрической полоски, измеренное при другом направлении тока;

Р„р„— сопротивление термоэлемента, из35 меренное на переменном токе.

Направление тока, при котором производится замер величины R» должно быть такое, чтобы Я1)Яг. При замерах Р1 u R величина

40 измерительного тока должна быть неизменной.

Предмет изобретения

Способ измерения коэффициента теплопро45 водности путем нагревания образца лучистым потоком, отличающийся тем, что, с целью 11Gвышения точности измерения для тонкопленочных материалов, из двух разнородных исследуемых материалов составляют термопару

50 в виде полоски, облучают известным лучистым потоком сначала всю полоску, а затем поочередно каждую ее составную часть. измеряют при каждом облучении термо-э.д.с., определяют динамическое сопротивление по55 лоски и по известным формулам находят величину коэффициента теплопроводности.

218490

Составитель И. И. Дубсои

Редактор Г. С. Антропова Техред Т. П. Курилко Корректоры: Н. И. Быстрова и С. А, Башлыкова

Заказ 2105/1О Тираж 530 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр, Сапунова, 2