Het vermogen van materialen en stoffen om warmte te geleiden wordt thermische geleidbaarheid (X,) genoemd en wordt uitgedrukt in de hoeveelheid warmte die door een wand van gebied 1 gaat. m2, 1 m dik in 1 uur met een temperatuurverschil op tegenoverliggende wandvlakken van 1 graad. De meeteenheid voor thermische geleidbaarheid is W/(m-K) of W/(m-°C).

De thermische geleidbaarheid van materialen wordt bepaald

Waar Q- hoeveelheid warmte (energie), W; F- dwarsdoorsnede van het materiaal (monster), loodrecht op de richting van de warmtestroom, m2; At is het temperatuurverschil op tegenoverliggende oppervlakken van het monster, K of °C; b - monsterdikte, m.

Thermische geleidbaarheid is een van de belangrijkste indicatoren voor eigenschappen thermische isolatiematerialen. Deze indicator is afhankelijk van een aantal factoren: de algemene porositeit van het materiaal, de grootte en vorm van de poriën, het type vaste fase, het type gas dat de poriën vult, de temperatuur, enz.

De afhankelijkheid van thermische geleidbaarheid van deze factoren in de meest universele vorm wordt uitgedrukt door de Leeb-vergelijking:

_______ Ђs ______ - і

Waarbij Kr de thermische geleidbaarheid van het materiaal is; Xs is de thermische geleidbaarheid van de vaste fase van het materiaal; Rs- het aantal poriën gelegen in het gedeelte loodrecht op de warmtestroom; Pi-het aantal poriën gelegen in een gedeelte evenwijdig aan de warmtestroom; b - radiale constante; є - emissiviteit; v is een geometrische factor die van invloed is. straling in de poriën; Tt- gemiddelde absolute temperatuur; D- gemiddelde poriediameter.

Door de thermische geleidbaarheid van een bepaald warmte-isolerend materiaal te kennen, kan men de warmte-isolerende eigenschappen ervan correct beoordelen en de dikte berekenen van een warmte-isolerende structuur gemaakt van dit materiaal onder gegeven omstandigheden.

Momenteel zijn er een aantal methoden om de thermische geleidbaarheid van materialen te bepalen op basis van het meten van stationaire en niet-stationaire warmtestromen.

De eerste groep methoden maakt het mogelijk metingen uit te voeren in een breed temperatuurbereik (van 20 tot 700 ° C) en nauwkeurigere resultaten te verkrijgen. Het nadeel van methoden voor het meten van de stationaire warmtestroom is de lange duur van het experiment, gemeten in uren.

Met de tweede groep methoden kunt u een experiment uitvoeren V binnen een paar minuten (tot 1 h), maar is alleen geschikt voor het bepalen van de thermische geleidbaarheid van materialen bij relatief lage temperaturen.

De thermische geleidbaarheid van bouwmaterialen wordt met deze methode gemeten met behulp van het apparaat getoond in Fig. 22. Tegelijkertijd, met behulp van een lage traagheid warmtemeters worden geproduceerd meting van de warmtestroom in stabiele toestand die door een testmonster materiaal gaat.

Het apparaat bestaat uit een platte elektrische verwarmer 7 en een warmtemeter met lage traagheid 9, geïnstalleerd op een afstand van 2 mm van het oppervlak van de koelkast 10, waardoor water continu met een constante temperatuur stroomt. Thermokoppels worden op de oppervlakken van de verwarming en de warmtemeter geplaatst 1,2,4 en 5. Het apparaat is in een metalen behuizing geplaatst 6, gevuld met thermisch isolatiemateriaal. Strakke pasvorm 8 naar de warmtemeter en verwarming is voorzien van een klemvoorziening 3. Verwarming, warmte meter en koelkast hebben de vorm van een schijf met een diameter van 250 mm.

De warmtestroom van de verwarmer wordt via het monster en de warmtemeter met lage traagheid naar de koelkast overgebracht. De hoeveelheid warmtestroom die door het centrale deel van het monster gaat, wordt gemeten door een warmtemeter, een thermozuil op een paranietschijf. of warmtemeter met een weergave-element waarin een platte elektrische verwarmer is gemonteerd.

Het apparaat kan de thermische geleidbaarheid meten bij temperaturen op het hete oppervlak van het monster van 25 tot 700 ° C.

De apparaatset bevat: thermostaat type RO-1, potentiometer type KP-59, laboratoriumautotransformator type RNO-250-2, thermokoppelschakelaar MGP, thermostaat TS-16, technische AC-ampèremeter tot 5 A en thermoskan.

De te testen materiaalmonsters moeten een cirkelvormig bovenaanzicht hebben met een diameter van 250 mm. De dikte van de monsters mag niet meer dan 50 en niet minder dan 10 mm bedragen. De dikte van de monsters wordt gemeten met een nauwkeurigheid van 0,1 mm en bepaald als het rekenkundig gemiddelde van de resultaten van vier metingen. De oppervlakken van de monsters moeten vlak en evenwijdig zijn.

Bij het testen van vezelige, losse, zachte en halfstijve thermische isolatiematerialen worden geselecteerde monsters geplaatst in kooien met een diameter van 250 mm en een hoogte van 30-40 mm, gemaakt van asbestkarton met een dikte van 3-4 mm.

De dichtheid van het geselecteerde monster onder specifieke belasting moet over het gehele volume uniform zijn en overeenkomen met de gemiddelde dichtheid van het te testen materiaal.

Vóór het testen moeten de monsters worden gedroogd constante massa bij een temperatuur van 105-110°C.

Het voor testen voorbereide monster wordt op de warmtemeter geplaatst en met een verwarmer aangedrukt. Zet vervolgens de thermostaat van de verwarming van het apparaat op de gewenste temperatuur en zet de verwarming aan. Nadat u een stationaire modus heeft ingesteld, waarin de warmtemeterwaarden gedurende 30 minuten constant blijven, noteert u de thermokoppelwaarden op de schaal van de potentiometer.

Bij gebruik van een warmtemeter met lage traagheid en een reproductie-element worden de meetwaarden van de warmtemeter overgebracht naar de nul-galvanometer en wordt ter compensatie de stroom ingeschakeld via de reostaat en de milliampèremeter, terwijl de positie van de nul-galvanometernaald wordt bereikt 0, waarna de meetwaarden in mA op de instrumentschaal worden geregistreerd.

Bij het meten van de hoeveelheid warmte met een warmtemeter met lage traagheid en een reproductie-element, wordt de thermische geleidbaarheid van het materiaal berekend met behulp van de formule

Waar b de dikte van het monster is, M; T - temperatuur van het hete oppervlak van het monster, °C; - temperatuur van het koude oppervlak van het monster, °C; Q- de hoeveelheid warmte die door het monster stroomt in de richting loodrecht op het oppervlak, W /m2.

Waar R- constante weerstand warmtemeter verwarming, Ohm; / - huidige sterkte, A; F- warmtemeteroppervlakte, m2.

Bij het meten van de hoeveelheid warmte (Q) met een gekalibreerde warmtemeter met lage traagheid, wordt de berekening gemaakt volgens de formule Q= AE(W/m2), waar E- elektromotorische kracht (EMF), mV; A is de apparaatconstante die is opgegeven in het kalibratiecertificaat voor de warmtemeter.

De temperatuur van de monsteroppervlakken wordt gemeten met een nauwkeurigheid van 0,1 C (uitgaande van een stabiele toestand). De warmtestroom wordt berekend met een nauwkeurigheid van 1 W/m2, en de thermische geleidbaarheid wordt berekend tot op de dichtstbijzijnde 0,001 W/(m-°C).

Bij het werken aan dit apparaat het is noodzakelijk om dit periodiek te controleren door standaardmonsters te testen, die worden geleverd door onderzoeksinstituten voor metrologie en laboratoria van het Comité voor Normen, Maatregelen en meetinstrumenten onder de Raad van Ministers van de USSR.

Na het uitvoeren van het experiment en het verkrijgen van de gegevens wordt een materiaaltestcertificaat opgesteld, dat de volgende gegevens moet bevatten: naam en adres van het laboratorium dat de tests heeft uitgevoerd; datum van testen; naam en kenmerken van het materiaal; gemiddelde dichtheid droog materiaal; gemiddelde monstertemperatuur tijdens het testen; thermische geleidbaarheid van het materiaal bij deze temperatuur.

Met de tweeplatenmethode kunnen betrouwbaardere resultaten worden verkregen dan de hierboven besproken resultaten, aangezien twee tweelingmonsters tegelijk worden getest en bovendien thermische stroom doorheen gaat monsters heeft twee richtingen: via het ene monster gaat het van onder naar boven, en via het andere gaat het van boven naar beneden. Deze omstandigheid draagt ​​aanzienlijk bij aan het middelen van de testresultaten en brengt de experimentele omstandigheden dichter bij de werkelijke gebruiksomstandigheden van het materiaal.

Het schematische diagram van een apparaat met twee platen voor het bepalen van de thermische geleidbaarheid van materialen met behulp van de steady-state-methode wordt getoond in Fig. 23.

De inrichting bestaat uit een centrale verwarming 1, een veiligheidsverwarming 2, koelschijven 6, welke

Tegelijkertijd worden materiaalmonsters geperst 4 aan verwarmingstoestellen, isolerende aanvulling 3, thermokoppels 5 en behuizing 7.

Het apparaat bevat de volgende regel- en meetapparatuur. Spanningsstabilisator (SN), autotransformatoren (T), wattmeter (W), Ampèremeters (A), temperatuurregelaar voor veiligheidsverwarming (P), thermokoppelschakelaar (I), galvanometer of potentiometer voor temperatuurmeting (G) En een vat met ijs (C).

Om identieke randvoorwaarden aan de omtrek van de testmonsters te garanderen, wordt aangenomen dat de vorm van de verwarmer een schijf is. Voor het gemak van de berekening wordt aangenomen dat de diameter van de hoofd(werk)verwarmer 112,5 mm is, wat overeenkomt met een oppervlakte van 0,01 m2.

Het materiaal is getest op thermische geleidbaarheid op de volgende manier.

Van het voor het testen geselecteerde materiaal worden twee dubbele monsters gemaakt in de vorm van schijven met een diameter gelijk aan de diameter van de beschermring (250 mm). De dikte van de monsters moet hetzelfde zijn en variëren van 10 tot 50 mm. De oppervlakken van de monsters moeten vlak en evenwijdig zijn, zonder krassen of deuken.

Het testen van vezel- en bulkmaterialen wordt uitgevoerd in speciale kooien gemaakt van asbestkarton.

Vóór het testen worden de monsters gedroogd tot constant gewicht en wordt hun dikte gemeten tot op 0,1 mm nauwkeurig.

De monsters worden aan beide zijden van de elektrische verwarmer geplaatst en er met koelschijven tegenaan gedrukt. Zet vervolgens de spanningsregelaar (latr) in een stand die de gespecificeerde temperatuur van de elektrische verwarmer garandeert. Ze zetten de watercirculatie in de koelschijven aan en meten, nadat ze een door de galvanometer waargenomen stabiele toestand hebben bereikt, de temperatuur aan de warme en koude oppervlakken van de monsters, waarvoor ze geschikte thermokoppels en een galvanometer of potentiometer gebruiken. Tegelijkertijd wordt het energieverbruik gemeten. Schakel hierna de elektrische verwarming uit en stop na 2-3 uur de watertoevoer naar de koelschijven.

Thermische geleidbaarheid van het materiaal, W/(m-°C),

Waar W- elektriciteitsverbruik, W; b - monsterdikte, m; F- oppervlakte van één oppervlak van de elektrische kachel, m2;. t is de temperatuur aan het hete oppervlak van het monster, °C; ik2- temperatuur aan het koude oppervlak van het monster, °C.

De uiteindelijke resultaten voor het bepalen van de thermische geleidbaarheid zijn gerelateerd aan de gemiddelde temperatuur van de monsters
Waar T - temperatuur aan het hete oppervlak van het monster (gemiddelde van twee monsters), °C; T 2 - temperatuur aan het koude oppervlak van de monsters (gemiddelde van twee monsters), °C.

Pijp methode. Om de thermische geleidbaarheid van warmte-isolerende producten met een gebogen oppervlak (schalen, cilinders, segmenten) te bepalen, wordt een installatie gebruikt, schakelschema waarop wordt weergegeven

Rijst. 24. Deze installatie is een stalen buis met een diameter van 100-150 mm en een lengte van minimaal 2,5 m. In de buis is een verwarmingselement gemonteerd op vuurvast materiaal, dat is verdeeld in drie onafhankelijke secties langs de lengte van de pijp: het centrale (werk) gedeelte, dat ongeveer ]/de lengte van de pijp beslaat, en de zijkanten, die dienen om warmtelekken via de uiteinden van het apparaat (pijp) te elimineren.

De buis wordt geïnstalleerd op hangers of op standaards op een afstand van 1,5-2 m van de vloer, muren en plafond van de kamer.

De temperatuur van de buis en het oppervlak van het testmateriaal wordt gemeten door thermokoppels. Bij het testen is het noodzakelijk om het elektrische vermogen dat door de beveiligingssecties wordt verbruikt te regelen om temperatuurverschillen tussen de werk- en beveiligingssecties te elimineren
mi. Tests worden uitgevoerd in stabiele toestand thermische modus, waarbij de temperatuur op de buisoppervlakken en isolatiemateriaal constant gedurende 30 minuten.

Het elektriciteitsverbruik van een werkende verwarming kan worden gemeten met een wattmeter of afzonderlijk met een voltmeter en ampèremeter.

Thermische geleidbaarheid van het materiaal, W/(m ■ °C),

X -_____ D

Waar D - buitendiameter testproduct, m; D - Binnendiameter van het geteste materiaal, m; - temperatuur op het oppervlak van de buis, °C; T 2 - temperatuur op het buitenoppervlak van het testproduct, °C; I is de lengte van het werkgedeelte van de verwarmer, m.

Naast de thermische geleidbaarheid kan dit apparaat de hoeveelheid warmtestroom meten in een warmte-isolerende structuur gemaakt van een of ander warmte-isolerend materiaal. Warmtestroom (W/m2)

Bepaling van de thermische geleidbaarheid op basis van instabiele warmtestroommethoden (dynamische meetmethoden). Methoden gebaseerd op het meten van onstabiele warmtestromen (dynamische meetmethoden) worden de laatste tijd steeds meer gebruikt om thermofysische grootheden te bepalen. Het voordeel van deze methoden is niet alleen de relatieve snelheid van het uitvoeren van experimenten, maar ook En grotere hoeveelheid informatie verkregen in één ervaring. Hier wordt aan de andere parameters van het gecontroleerde proces nog een toegevoegd: tijd. Dankzij dit maken alleen dynamische methoden het mogelijk om, op basis van de resultaten van één experiment, de thermofysische kenmerken van materialen te verkrijgen, zoals thermische geleidbaarheid, warmtecapaciteit, thermische diffusiviteit en afkoelsnelheid (verwarming).

Bestaat momenteel een groot aantal van methoden en instrumenten voor het meten van dynamische temperaturen en warmtestromen. Ze hebben dit echter allemaal nodig weten
De introductie van specifieke voorwaarden en de introductie van wijzigingen in de verkregen resultaten, aangezien de processen voor het meten van thermische grootheden verschillen van de meting van grootheden van een andere aard (mechanisch, optisch, elektrisch, akoestisch, enz.) door hun aanzienlijke traagheid.

Daarom verschillen de methoden die gebaseerd zijn op het meten van stationaire warmtestromen van de methoden in kwestie in die zin dat ze veel identieker zijn tussen de meetresultaten en de echte waarden gemeten thermische grootheden.

Verbetering van dynamische meetmethoden verloopt in drie richtingen. In de eerste plaats gaat het om de ontwikkeling van methoden voor het analyseren van fouten en het aanbrengen van correcties in meetresultaten. Ten tweede de ontwikkeling van automatische correctieapparatuur om dynamische fouten te compenseren.

Laten we eens kijken naar de twee meest gebruikelijke methoden in de USSR, gebaseerd op het meten van een onstabiele warmtestroom.

1. Methode van regelmatig thermisch regime met een bicalo-rimeter. Bij toepassing kan deze methode worden gebruikt Verschillende types ontwerpen van bicalorimeters. Laten we er een van bekijken: een kleine platte bicaloriemeter van het type MPB-64-1 (Fig. 25), die is ontworpen
om de thermische geleidbaarheid van halfstijve, vezelige en bulk thermische isolatiematerialen bij kamertemperatuur te bepalen.

Het MPB-64-1-apparaat is een cilindrische gespleten schaal (behuizing) met een interne diameter van 105 mm, V in het midden waarvan zich een kern bevindt met een ingebouwde V met een verwarming en een batterij differentiële thermokoppels. Het apparaat is gemaakt van D16T duraluminium.

De thermozuil van differentiële thermokoppels van de bicalo-rimeter is uitgerust met koper-copel-thermokoppels, waarvan de diameter van de elektroden 0,2 mm is. De uiteinden van de thermozuilwindingen worden naar buiten gebracht op de koperen bloembladen van een glasvezelring geïmpregneerd met BF-2-lijm, en vervolgens door de draden naar de plug. Een verwarmingselement, gemaakt van Nichroomdraad met een diameter van 0,1 mm, genaaid op een ronde plaat van glas stoffen. De uiteinden van de draad van het verwarmingselement, evenals de uiteinden van de thermozuildraad, worden naar de koperen bloembladen van de ring gebracht en vervolgens, via een plug, naar de stroombron. Het verwarmingselement kan worden gevoed via 127 V wisselstroom.

Het apparaat is hermetisch afgesloten dankzij een rubberen vacuümafdichting die tussen het lichaam en de deksels is geplaatst, evenals een stopbuspakking (hennep en rood lood) tussen het handvat, de naaf en het lichaam.

De thermokoppels, verwarming en hun leidingen moeten goed geïsoleerd zijn van de behuizing.

De afmetingen van de testmonsters mogen de diameter niet overschrijden 104 mm en dikte - 16 mm. Het apparaat test tegelijkertijd twee dubbele monsters.

De werking van het apparaat is gebaseerd op het volgende principe.

Het proces waarbij een vaste stof wordt afgekoeld tot een bepaalde temperatuur T° en geplaatst in een omgeving met een temperatuur ©<Ґ при весьма большой теплопередаче (а) от телаNaar Omgeving (“->-00) en bij een constante temperatuur van deze omgeving (0 = const), is verdeeld in drie fasen.

1. Temperatuurverdeling V het lichaam is aanvankelijk willekeurig van aard, d.w.z. er vindt een wanordelijk thermisch regime plaats.

2. Na verloop van tijd wordt de koeling ordelijk, dat wil zeggen dat er een regulier regime begint, waarbij
rum, de temperatuurverandering op elk punt van het lichaam gehoorzaamt aan een exponentiële wet:

Q - AUe.-"1

Waar © is de verhoogde temperatuur op een bepaald punt van het lichaam; U is een functie van de coördinaten van een punt; e-basis natuurlijke logaritmes; t is de tijd vanaf het begin van de lichaamskoeling; t - koelsnelheid; A is de apparaatconstante, afhankelijk van de beginvoorwaarden.

3. Na een regelmatig koelregime wordt koeling gekenmerkt door het begin van thermisch evenwicht van het lichaam met de omgeving.

Koelsnelheid t na differentiatie van de uitdrukking

Door T in coördinaten InIN-T wordt als volgt uitgedrukt:

Waar A En IN - apparaatconstanten; MET - totale warmtecapaciteit van het testmateriaal, gelijk aan het product van de specifieke warmtecapaciteit van het materiaal en zijn massa, J/(kg-°C); t - afkoelsnelheid, 1/u.

De test wordt als volgt uitgevoerd. Nadat de monsters in het instrument zijn geplaatst, worden de instrumentdeksels met behulp van een kartelmoer stevig tegen het lichaam gedrukt. Het apparaat wordt met een roerder in een thermostaat neergelaten, bijvoorbeeld in een TS-16-thermostaat gevuld met water op kamertemperatuur, waarna een thermozuil van differentiële thermokoppels wordt aangesloten op de galvanometer. Het apparaat wordt in een thermostaat bewaard totdat de temperaturen van de buiten- en binnenoppervlakken van de monsters van het geteste materiaal gelijk zijn gemaakt, wat wordt geregistreerd door de galvanometerwaarde. Hierna wordt de kernverwarmer ingeschakeld. De kern wordt verwarmd tot een temperatuur die 30-40° hoger is dan de temperatuur van het water in de thermostaat, waarna de verwarming wordt uitgeschakeld. Wanneer de galvanometernaald terugkeert naar de schaal, worden de galvanometerwaarden geregistreerd die in de loop van de tijd afnemen. Er worden in totaal 8-10 punten genoteerd.

In het 1n0-m-coördinatensysteem wordt een grafiek geconstrueerd, die eruit moet zien als een rechte lijn die op sommige punten de abscis en de ordinaat-as snijdt. Vervolgens wordt de raaklijn van de hellingshoek van de resulterende rechte lijn berekend, die de afkoelsnelheid van het materiaal uitdrukt:

__ In 6t - In O2 __ 6 02

ТІь- - J

T2 - Tj 12 - "El

Waar Bi en 02 de corresponderende ordinaten zijn voor tijd Ti en T2.

Het experiment wordt opnieuw herhaald en de afkoelsnelheid wordt opnieuw bepaald. Als het verschil in de waarden van de koelsnelheid berekend in de eerste en tweede experimenten minder dan 5% bedraagt, dan zijn ze beperkt tot deze twee experimenten. De gemiddelde waarde van de afkoelsnelheid wordt bepaald op basis van de resultaten van twee experimenten en de thermische geleidbaarheid van het materiaal wordt berekend, W/(m*°C)

X = (A + YSuR)/u.

Voorbeeld. Het geteste materiaal is een steenwolmat met een fenolbindmiddel met een gemiddelde droge dichtheid van 80 kg/m3.

1. Bereken de hoeveelheid materiaal die in het apparaat is gewogen,

Waarbij Рп een materiaalmonster is dat in een cilindrische houder van het apparaat is geplaatst, kg; Vn - het volume van één cilindrische container van het apparaat is 140 cm3; рср - gemiddelde dichtheid van het materiaal, g/cm3.

2. Wij definiëren werk B.C.Y.P. , Waar IN - apparaatconstante gelijk aan 0,324; MET - specifieke hitte materiaal gelijk aan 0,8237 kJ/(kg-K). Dan VSUR= =0,324 0,8237 0,0224 = 0,00598.

3. Resultaten observaties van het afkoelen van de monsters in het apparaat in de loop van de tijd wordt in de tabel ingevoerd. 2.

De verschillen in de waarden van de koelsnelheden t en t2 zijn minder dan 5%, dus herhaalde experimenten hoeven niet te worden uitgevoerd.

4. Bereken de gemiddelde koelsnelheid

T=(2,41 + 2,104)/2=2,072.

Als we alle benodigde hoeveelheden kennen, berekenen we de thermische geleidbaarheid

(0,0169+0,00598) 2,072=0,047 W/(m-K)

Of W/(m-°C).

In dit geval was de gemiddelde temperatuur van de monsters 303 K of 30 ° C. In de formule 0,0169 -L (apparaatconstante).

2. Sondemethode. Er zijn verschillende soorten sondemethoden voor het bepalen van warmtegeleiding
de eigenschappen van thermische isolatiematerialen die van elkaar verschillen in de gebruikte apparaten en de principes van het verwarmen van de sonde. Laten we een van deze methoden eens bekijken: de cilindrische sondemethode zonder elektrische verwarmer.

Deze methode is als volgt. Een metalen staaf met een diameter van 5-6 mm (Fig. 26) en een lengte van ongeveer 100 mm wordt in de dikte van het hete thermische isolatiemateriaal gestoken en met behulp van een staaf die aan de binnenkant is gemonteerd

Thermokoppels detecteren temperatuur. De temperatuur wordt in twee fasen bepaald: aan het begin van het experiment (op het moment dat de sonde wordt verwarmd) en aan het einde, wanneer er een evenwichtstoestand ontstaat en de temperatuurstijging van de sonde stopt. De tijd tussen deze twee tellingen wordt gemeten met een stopwatch. h Thermische geleidbaarheid van het materiaal, met(m°C), , R2CV

Waar R- straal van de staaf, m; MET- soortelijke warmtecapaciteit van het materiaal waaruit de staaf is gemaakt, kJ/(kgХ ХК); V-volume van de staaf, m3; t - tijdsinterval tussen temperatuurmetingen, h; tx en U - temperatuurwaarden op het moment van de eerste en tweede meting, K of °C.

Deze methode is heel eenvoudig en stelt u in staat snel de thermische geleidbaarheid van een materiaal te bepalen, zowel in laboratorium- als productieomstandigheden. Het is echter alleen geschikt voor een ruwe schatting van deze indicator.

Om de thermische geleidbaarheid van een stof te bestuderen, worden twee groepen methoden gebruikt: stationair en niet-stationair.

De theorie van stationaire methoden is eenvoudiger en vollediger ontwikkeld. Maar niet-stationaire methoden maken het in principe, naast de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt, mogelijk om informatie te verkrijgen over de thermische diffusiecoëfficiënt en warmtecapaciteit. Daarom is er de laatste tijd veel aandacht besteed aan de ontwikkeling van niet-stationaire methoden voor het bepalen van de thermofysische eigenschappen van stoffen.

Enkele stationaire methoden voor het bepalen van de thermische geleidbaarheid van stoffen worden hier besproken.

A) Vlakke laag methode. Voor een eendimensionale warmtedoorstroming vlakke laag De thermische geleidbaarheidscoëfficiënt wordt bepaald door de formule

Waar D- dikte, T 1 en T 2 - temperaturen van het "hete" en "koude" oppervlak van het monster.

Om de thermische geleidbaarheid met deze methode te bestuderen, is het noodzakelijk om een ​​warmtestroom te creëren die bijna eendimensionaal is.

Normaal gesproken worden temperaturen niet op het oppervlak van het monster gemeten, maar op enige afstand daarvan (zie figuur 2). Daarom is het noodzakelijk om correcties in het gemeten temperatuurverschil aan te brengen voor het temperatuurverschil in de verwarmings- en koellaag, om minimaliseer de thermische weerstand van de contacten.

Bij het bestuderen van vloeistoffen moet, om het fenomeen convectie te elimineren, de temperatuurgradiënt langs het zwaartekrachtveld worden gericht (naar beneden).

Rijst. 2. Diagram van vlakkelaagmethoden voor het meten van thermische geleidbaarheid.

1 – monster dat wordt onderzocht; 2 – verwarming; 3 – koelkast; 4, 5 – isolatieringen; 6 – veiligheidsverwarmers; 7 – thermokoppels; 8, 9 – differentiële thermokoppels.

b) Jaeger-methode. De methode is gebaseerd op het oplossen van een eendimensionale warmtevergelijking die de voortplanting van warmte langs een staaf beschrijft die wordt verwarmd door een elektrische stroom. De moeilijkheid bij het gebruik van deze methode is de onmogelijkheid om strikte adiabatische omstandigheden op het buitenoppervlak van het monster te creëren, wat de eendimensionaliteit van de warmtestroom schendt.

De berekeningsformule ziet er als volgt uit:

(14)

Waar S- elektrische geleidbaarheid van het testmonster, U– spanningsval tussen de uiterste punten aan de uiteinden van de staaf, D.T.– temperatuurverschil tussen het midden van de staaf en het punt aan het uiteinde van de staaf.

Rijst. 3. Schema van de Jaeger-methode.

1 – elektrische oven; 2 – monster; 3 – tappen voor het bevestigen van het monster; T 1 ¸ T 6 – plaatsen waar thermokoppels zijn afgedicht.

Deze methode wordt gebruikt bij de studie van elektrisch geleidende materialen.

V) Cilindrische laagmethode. De onderzochte vloeistof (bulkmateriaal) vult een cilindrische laag gevormd door twee coaxiaal geplaatste cilinders. Eén van de cilinders, meestal de interne, is een verwarmer (figuur 4).

Fig. 4. Schema van de cilindrische laagmethode

1 - binnencilinder; 2 - hoofdverwarming; 3 - laag van de teststof; 4 – buitenste cilinder; 5 - thermokoppels; 6 – veiligheidscilinders; 7 - extra verwarmingstoestellen; 8 - lichaam.

Laten we het stationaire proces van thermische geleidbaarheid in een cilindrische wand in meer detail bekijken, waarvan de temperatuur van de buiten- en binnenoppervlakken constant wordt gehouden en gelijk is aan T 1 en T 2 (in ons geval is dit de laag van de substantie onder studie 5). Laten we de warmtestroom door de muur bepalen, op voorwaarde dat de binnendiameter van de cilindrische wand d 1 = 2r 1 is, en de buitendiameter d 2 = 2r 2, l = const en de warmte zich alleen in radiale richting voortplant.

Om het probleem op te lossen gebruiken we vergelijking (12). In cilindrische coördinaten, wanneer ; vergelijking (12) heeft volgens (1O) de vorm:

. (15)

Laten we de notatie introduceren dT/dr= 0, krijgen we

Na het integreren en versterken van deze uitdrukking, door naar de oorspronkelijke variabelen te gaan, verkrijgen we:

. (16)

Zoals uit deze vergelijking blijkt, is de afhankelijkheid T=f(r) logaritmisch.

De integratieconstanten C 1 en C 2 kunnen worden bepaald als randvoorwaarden in deze vergelijking worden ingevuld:

bij r=r1 T = T1 En T1=C1 ln r1+C2,

bij r=r2 T=T2 En T2=C1 ln r2+C2.

De oplossing van deze vergelijkingen is relatief MET 1 en C 2 geeft:

;

In plaats daarvan deze uitdrukkingen vervangen C 1 En C 2 in vergelijking (1b), krijgen we

(17)

warmtestroom door het gebied van een cilindrisch oppervlak met een straal R en de lengte wordt bepaald met behulp van de wet van Fourier (5)

.

Na vervanging krijgen we

. (18)

Thermische geleidbaarheidscoëfficiënt l voor bekende waarden Q, T 1 , T 2 , D 1 , D 2, berekend met de formule

. (19)

Om convectie (bij vloeistof) te onderdrukken moet de cilindrische laag een kleine dikte hebben, meestal een fractie van een millimeter.

Het verminderen van eindverliezen bij de cilindrische laagmethode wordt bereikt door de verhouding / D en veiligheidsverwarmers.

G) Hotwire-methode. Bij deze methode wordt de relatie / D stijgt door daling D. De binnencilinder is vervangen dun draad, die zowel een verwarming als een weerstandsthermometer was (Fig. 5). Als gevolg van de relatieve eenvoud van het ontwerp en de gedetailleerde ontwikkeling van de theorie is de verwarmde draadmethode een van de meest geavanceerde en nauwkeurige methoden geworden. In de praktijk van experimentele studies naar de thermische geleidbaarheid van vloeistoffen en gassen neemt het een leidende plaats in.

Rijst. 5. Schema van een meetcel gemaakt met behulp van de verwarmde draadmethode. 1 – meetdraad, 2 – buis, 3 – teststof, 4 – stroomkabels, 5 – potentiaalkabels, 6 – externe thermometer.

Onder de voorwaarde dat de gehele warmtestroom uit sectie AB zich radiaal uitstrekt en het temperatuurverschil T 1 – T 2 niet groot is, zodat we binnen deze grenzen l = const kunnen beschouwen, wordt de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt van de stof bepaald door de formule

, (20)

Waar Q AB = T×U AB is het vermogen dat op de draad vrijkomt.

D) Bal methode. Vindt toepassing in de praktijk van het bestuderen van de thermische geleidbaarheid van vloeistoffen en bulkmaterialen. De onderzochte stof krijgt de vorm van een bolvormige laag, waardoor in principe ongecontroleerd warmteverlies kan worden geëlimineerd. Technisch gezien is deze methode behoorlijk ingewikkeld.

GOST 7076-99

UDC 691:536.2.08:006.354 Groep Zh19

INTERSTAATSSTANDAARD

BOUWMATERIAAL EN PRODUCTEN

Methode voor het bepalen van de thermische geleidbaarheid en thermische weerstand

bij stationaire thermische omstandigheden

BOUWMATERIALEN EN PRODUCTEN

Methode voor het bepalen van de thermische temperatuur in stabiele toestand

geleidbaarheid en thermische weerstand

Datum van introductie 2000-04-01

Voorwoord

1 ONTWIKKELD door het Research Institute of Building Physics (NIISF) Russische Federatie

GEÏNTRODUCEERD door het Staatsbouwcomité van Rusland

2 AANGENOMEN door de Interstate Wetenschappelijke en Technische Commissie voor Standaardisatie, Technische Regelgeving en Certificering in de Bouw (INTKS) op 20 mei 1999.

Staat naam	Naam overheidsorgaan bouwmanagement
Republiek Armenië	Ministerie van Stedelijke Ontwikkeling van de Republiek Armenië
De Republiek Kazachstan	Comité voor Bouwzaken van het Ministerie van Energie, Industrie en Handel van de Republiek Kazachstan
Republiek Kirgizië	Staatsinspectie voor Architectuur en Bouw onder de regering van de Kirgizische Republiek
De Republiek Moldavië	Ministerie van Territoriale Ontwikkeling, Bouw en Gemeentelijke Diensten van de Republiek Moldavië
Russische Federatie	Gosstroy van Rusland
De Republiek Tadzjikistan	Comité voor Architectuur en Bouw van de Republiek Tadzjikistan
De Republiek Oezbekistan	Staatscomité voor Architectuur en Bouw van de Republiek Oezbekistan
	Staatscomité voor Bouw-, Architectuur- en Huisvestingsbeleid van Oekraïne

3 IN PLAATS VAN GOST 7076-87

4 IN WERKING getreden op 1 april 2000 als staat standaard Russische Federatie bij decreet van het Russische Staatsbouwcomité van 24 december 1999 nr. 89

Invoering

Deze norm is qua terminologie geharmoniseerd met ISO 7345:1987 en ISO 9251:1987 en komt overeen met de basisbepalingen van ISO 8301:1991, ISO 8302:1991, waarin methoden zijn vastgelegd voor het bepalen van de thermische weerstand en de effectieve thermische geleidbaarheid met behulp van een instrument dat is uitgerust met een warmtemeter en een instrument met een hot security zone.

In overeenstemming met de ISO-normen stelt deze norm eisen vast voor monsters, het apparaat en de kalibratie ervan; er worden twee belangrijke testschema's aangenomen: asymmetrisch (met één warmtemeter) en symmetrisch (met twee warmtemeters).

1 gebruiksgebied

Deze norm is van toepassing op bouwmaterialen en producten, maar ook op materialen en producten bedoeld voor thermische isolatie industrieel materiaal en pijpleidingen, en stelt een methode vast voor het bepalen van hun effectieve thermische geleidbaarheid en thermische weerstand bij een gemiddelde monstertemperatuur van min 40 tot + 200 °C.

De norm is niet van toepassing op materialen en producten met een thermische geleidbaarheid van meer dan 1,5 W/(m × K).

GOST 166-89 remklauwen. Specificaties

GOST 427-75 Metalen meetlinialen. Specificaties

GOST 24104-88 Laboratoriumweegschalen voor algemeen gebruik en standaard. Algemene technische voorwaarden

3 Definities en notaties

3.1 In deze standaard zijn de volgende termen met bijbehorende definities van toepassing.

Hittegolf- de hoeveelheid warmte die per tijdseenheid door het monster gaat.

Warmtefluxdichtheid- warmtestroom die door een oppervlakte-eenheid gaat.

Stationair thermisch regime- een modus waarin alle beschouwde thermofysische parameters in de loop van de tijd niet veranderen.

Voorbeeld van thermische weerstand- de verhouding tussen het temperatuurverschil tussen de voorkanten van het monster en de warmtefluxdichtheid onder stationaire thermische omstandigheden.

Gemiddelde monstertemperatuur- rekenkundig gemiddelde van de temperaturen gemeten aan de voorkant van het monster.

Effectieve thermische geleidbaarheidl effe materiaal(komt overeen met de term "thermische geleidbaarheidscoëfficiënt" die is aangenomen in de huidige normen voor de verwarmingstechniek van gebouwen) - de verhouding van de dikte van het geteste materiaalmonster DNaar zijn thermische weerstand R.

3.2 Benamingen van hoeveelheden en meeteenheden worden gegeven in Tabel 1.

tafel 1

Aanduiding	Grootte	Eenheid
l eff	Effectieve thermische geleidbaarheid	W/(m × K)
	Thermische weerstand	m2 × K/W
	Monsterdikte vóór het testen
	Thermische weerstanden van standaardmonsters	m2 × K/W
DT 1, D T 2	Temperatuurverschil tussen de voorkanten van standaardmonsters
e 1, e 2	Uitgangssignalen van de warmtemeter van het apparaat tijdens de kalibratie met behulp van standaardmonsters
f 1, F 2	Kalibratiecoëfficiënten van de warmtemeter van het apparaat bij kalibratie met standaardmonsters	W/(mV ×m2)
	Monsterdikte tijdens testen
	Thermische weerstand van het testmonster	m2 × K/W
	Relatieve verandering in monstermassa na drogen
	Relatieve verandering in monstermassa tijdens het testen
	Gewicht van het monster bij ontvangst door de fabrikant
	Monstergewicht na drogen
	Monstergewicht na testen
D T u	Temperatuurverschil tussen de voorkanten van het testmonster
	Gemiddelde temperatuur van het testmonster
	Temperatuur van de hete voorkant van het testmonster
	Temperatuur van de koude voorkant van het testmonster
	De waarde van de kalibratiecoëfficiënt van de warmtemeter van het apparaat die overeenkomt met de waarde van de warmteflux die door het testmonster stroomt na het tot stand brengen van een stationair thermisch regime (met een asymmetrisch testcircuit)	W/(mV ×m2)
	Uitgangssignaal van de warmtemeter van het apparaat na het tot stand brengen van een stationaire warmtestroom door het testmonster (met een asymmetrisch testcircuit)
	Thermische weerstand tussen de voorkant van het monster en het werkoppervlak van de apparaatplaat
Ik effu	Effectieve thermische geleidbaarheid van het testmonstermateriaal	W/(m × K)
	Thermische weerstand plaatmateriaal, waaruit de bodem en het deksel van de stortgoedmonsterbox zijn gemaakt	m2 × K/W
F ¢ u ,F² u	Waarden van de kalibratiecoëfficiënt van de eerste en tweede warmtemeters van het apparaat, overeenkomend met de waarde van de warmteflux die door het testmonster stroomt na het instellen van een stationair thermisch regime (met een symmetrisch testcircuit)	W/(mV ×m2)
e ¢ u , e² u	Uitgangssignaal van de eerste en tweede warmtemeter na het tot stand brengen van een stationaire warmtestroom door het testmonster (met een symmetrisch testcircuit)
	Dichtheid van de stationaire warmteflux die door het testmonster gaat
	Meetgebied
	Elektrische voeding geleverd aan de verwarmingsplaat-meetzoneverwarming van het instrument

4 Algemene bepalingen

4.1 De essentie van de methode is het creëren van een stationaire warmtestroom die door een vlak monster van een bepaalde dikte gaat en loodrecht op de voorste (grootste) vlakken van het monster is gericht, waarbij de dichtheid van deze warmtestroom en de temperatuur van het tegenoverliggende front worden gemeten. gezichten en de dikte van het monster.

4.2 Het aantal monsters dat nodig is om de effectieve thermische geleidbaarheid of thermische weerstand te bepalen, en de volgorde van monstername, moeten worden gespecificeerd in de norm voor het specifieke materiaal of product. Als de norm voor een bepaald materiaal of product niet het aantal te testen monsters specificeert, wordt de effectieve thermische geleidbaarheid of thermische weerstand bepaald op basis van vijf monsters.

4.3 De temperatuur en relatieve vochtigheid van de lucht in de ruimte waarin de tests worden uitgevoerd, moeten respectievelijk (295 ± 5) K en (50 ± 10)% bedragen.

5 Meetinstrumenten

Gebruik voor het uitvoeren van de test:

een apparaat voor het meten van effectieve thermische geleidbaarheid en thermische weerstand, gecertificeerd in op de voorgeschreven manier en voldoen aan de vereisten gegeven in Bijlage A;

apparaat voor het bepalen van de dichtheid van vezelmaterialen volgens GOST 17177;

apparaat voor het bepalen van de dikte van platte vezelproducten volgens GOST 17177;

een elektrische droogkast waarvan de bovenste verwarmingslimiet niet minder is dan 383 K, de limiet van de toelaatbare fout bij het instellen en de automatische temperatuurregeling is 5 K;

remklauw volgens GOST 166:

Voor het meten van externe en interne afmetingen met een meetbereik van 0-125 mm, een leeswaarde langs de nonius - 0,05 mm, een toegestane foutlimiet - 0,05 mm;

Voor het meten van buitenafmetingen met een meetbereik van 0-500 mm, een leeswaarde langs de nonius - 0,1 mm, een toegestane foutlimiet van -0,1 mm;

metalen meetliniaal volgens GOST 427 met een bovengrens van 1000 mm, een limiet voor toegestane afwijking van de nominale waarden van de schaallengte en afstanden tussen elke slag en het begin of einde van de schaal - 0,2 mm;

Laboratoriumweegschalen voor algemeen gebruik volgens GOST 24104:

Met de grootste weeglimiet van 5 kg, deelwaarde - 100 mg, standaardafwijking van schaalaflezingen - niet meer dan 50,0 mg, fout van ongelijkarmige rocker - niet meer dan 250,0 mg, toegestane foutlimiet - 375 mg;

Met de grootste weeglimiet van 20 kg, deelwaarde - 500 mg, standaardafwijking van schaalaflezingen - niet meer dan 150,0 mg, fout door ongelijke armbalans - niet meer dan 750,0 mg, toegestane foutlimiet - 1500 mg.

Het is toegestaan ​​om andere meetinstrumenten met metrologische kenmerken en apparatuur te gebruiken technische eigenschappen niet slechter dan gespecificeerd in deze norm.

6 Voorbereiding op de toets

6.1 Maak een voorbeeld in het formulier rechthoekig parallellepipedum, waarvan de grootste (voor)vlakken de vorm hebben van een vierkant met een zijde gelijk aan de zijkant van de werkoppervlakken van de apparaatplaten. Als de werkoppervlakken van de apparaatplaten de vorm van een cirkel hebben, moeten de grootste vlakken van het monster ook de vorm van een cirkel hebben, waarvan de diameter gelijk is aan de diameter van de werkoppervlakken van de apparaatplaten (bijlage A, clausule A. 2.1).

6.2 De dikte van het proefmonster moet minimaal vijf keer kleiner zijn dan de lengte van de rand van het voorvlak of de diameter.

6.3 De randen van het monster die in contact komen met de werkoppervlakken van de instrumentplaten moeten vlak en evenwijdig zijn. De afwijking van de voorvlakken van het stijve monster ten opzichte van het parallellisme mag niet meer dan 0,5 mm bedragen.

Stijve monsters met variaties in dikte en afwijkingen van de vlakheid worden geslepen.

6.4 De dikte van het parallellepipedummonster wordt gemeten met een schuifmaat met een fout van niet meer dan 0,1 mm in vier hoeken op een afstand van (50,0 ± 5,0) mm vanaf de bovenkant van de hoek en in het midden van elke zijde.

De dikte van de monsterschijf wordt gemeten met een schuifmaat met een fout van niet meer dan 0,1 mm langs beschrijvende lijnen die zich bevinden in vier onderling loodrechte vlakken die door de verticale as gaan.

Het rekenkundig gemiddelde van de resultaten van alle metingen wordt genomen als de dikte van het monster.

6.5 De ​​lengte en breedte van het monster in bovenaanzicht worden gemeten met een liniaal met een fout van niet meer dan 0,5 mm.

6.6 De juistheid van de geometrische vorm en afmetingen van het monster van warmte-isolerend materiaal worden bepaald volgens GOST 17177.

6.7 De gemiddelde grootte van insluitingen (vulkorrels, grote poriën, enz.), die qua thermofysische kenmerken verschillen van het hoofdmonster, mag niet meer dan 0,1 van de monsterdikte bedragen.

Het is toegestaan ​​​​een monster te testen dat inhomogene insluitsels heeft, waarvan de gemiddelde grootte groter is dan 0,1 van de dikte. Het testrapport moet de gemiddelde grootte van de insluitsels aangeven.

6.8 Bepaal de massa van het monster M 1 bij ontvangst van de fabrikant.

6.9 Het monster wordt gedroogd tot constant gewicht bij de temperatuur gespecificeerd in het regelgevingsdocument voor het materiaal of product. Het monster wordt als gedroogd tot constant gewicht beschouwd als het gewichtsverlies na de volgende droging gedurende 0,5 uur niet groter is dan 0,1%. Bepaal aan het einde van het drogen de massa van het monster M 2 en de dichtheid ervan R u, waarna het monster onmiddellijk in een apparaat wordt geplaatst om de thermische weerstand ervan te bepalen, of in een afgesloten vat.

Het is toegestaan ​​een nat monster te testen bij een temperatuur van de koude voorkant van meer dan 273 K en een temperatuurverschil van niet meer dan 2 K per 1 cm monsterdikte.

6.10 Een monster van het gedroogde stortgoed wordt in een kist gedaan, waarvan de bodem en het deksel van dun plaatmateriaal zijn vervaardigd. De lengte en breedte van de doos moeten gelijk zijn aan de overeenkomstige afmetingen van de werkoppervlakken van de apparaatplaten, de diepte - aan de dikte van het testmonster. De dikte van het stortgoedmonster moet minimaal 10 maal de gemiddelde grootte zijn van de korrels, korrels en vlokken waaruit het materiaal bestaat.

De relatieve hemisferische emissiviteit van de oppervlakken van de bodem en het deksel van de doos moet groter zijn dan 0,8 bij de temperaturen die deze oppervlakken tijdens de test hebben.

Thermische weerstand R L het plaatmateriaal waaruit de bodem en het deksel van de doos zijn gemaakt, moet bekend zijn.

6.11 Een monster bulkmateriaal wordt verdeeld in vier gelijke delen, die afwisselend in een doos worden gegoten, waarbij elk deel zo wordt samengedrukt dat het het overeenkomstige deel van het interne volume van de doos in beslag neemt. De doos wordt afgesloten met een deksel. Het deksel is bevestigd aan de zijwanden van de doos.

6.12 Weeg de doos met een monster stortgoed. Op basis van een bepaalde waarde van de massa van de doos met het monster en vooraf bepaalde waarden van het interne volume en de massa van de lege doos, wordt de dichtheid van het stortgoedmonster berekend.

6.13 De fout bij het bepalen van de massa en grootte van monsters mag niet meer dan 0,5% bedragen.

7 Uitvoeren van de proef

7.1 Tests moeten worden uitgevoerd op een vooraf gekalibreerd instrument. De procedure en frequentie van de kalibratie worden gegeven in bijlage B.

7.2 Het te testen monster wordt in het instrument geplaatst. Monsterlocatie - horizontaal of verticaal. Wanneer het monster horizontaal wordt geplaatst, is de richting van de warmtestroom van boven naar beneden.

Tijdens het testen het temperatuurverschil tussen de voorkanten van het monster D T u moet 10-30 K zijn. De gemiddelde temperatuur van het monster tijdens het testen moet worden aangegeven in het regelgevingsdocument voor een specifiek type materiaal of product.

7.3 Stel de gespecificeerde temperaturen van de werkoppervlakken van de apparaatplaten in en voer achtereenvolgens elke 300 s metingen uit:

signalen van de warmtemeter EU en temperatuursensoren van de voorkant van het monster, als de warmtefluxdichtheid door het testmonster wordt gemeten met behulp van een warmtemeter;

vermogen dat wordt geleverd aan de verwarmer van de verwarmingsplaatmeetzone van het apparaat, en signalen van temperatuursensoren van de voorkant van het monster, als de warmtefluxdichtheid door het testmonster wordt bepaald door meting Elektrische kracht geleverd aan de verwarmer van de meetzone van de kookplaat van het apparaat.

7.4 De warmtestroom door het testmonster wordt als stabiel (stationair) beschouwd als de waarden van de thermische weerstand van het monster, berekend op basis van de resultaten van vijf opeenvolgende metingen van signalen van temperatuursensoren en warmtefluxdichtheid, van elkaar verschillen met minder dan 1%, terwijl deze waarden niet monotoon stijgen of dalen.

7.5 Nadat een stationair thermisch regime is bereikt, meet u de dikte van het monster dat in het apparaat is geplaatst d u remklauwen met een fout van niet meer dan 0,5%.

7.6 Bepaal na voltooiing van de test de massa van het monster M 3 .

8 Verwerking van testresultaten

8.1 Bereken de relatieve verandering in massa van het monster als gevolg van het drogen ervan T r en tijdens het testen T w en monsterdichtheid R u volgens de formules:

Tr=(M 1 ¾ M 2 )/M 2 , (2)

Tw= (M 2 ¾ M 3 )/M 3 , (3)

Monstervolume testen V u berekend op basis van de resultaten van het meten van de lengte en breedte na het einde van de test, en de dikte - tijdens de test.

8.2 Bereken het temperatuurverschil tussen de voorkanten D T u en de gemiddelde temperatuur van het testmonster T mu volgens de formules:

D T u = T 1u ¾ T 2u , (5)

T mu= (T 1u + T 2u.)/2 (6)

8.3 Bij het berekenen van de thermofysische parameters van het monster en de dichtheid van de stationaire warmtestroom, worden de rekenkundig gemiddelde waarden van de resultaten van vijf metingen van de signalen van temperatuurverschilsensoren en het warmtemetersignaal of elektrisch vermogen, uitgevoerd na het vaststellen van een stationaire warmtestroom door het testmonster, worden in de berekeningsformules vervangen.

8.4 Bij het testen op een apparaat dat is samengesteld volgens een asymmetrisch circuit, de thermische weerstand van het monster R u berekend met de formule

(7)

Waar Rk genomen gelijk aan 0,005m 2 × K/W, en voor warmte-isolerende materialen en producten - nul.

8.5 Effectieve thermische geleidbaarheid van het monstermateriaal l effe berekend met de formule

(8)

8.6 Thermische weerstand R u en effectieve thermische geleidbaarheid l effe stortgoedmonster wordt berekend met behulp van de formules:

, (9)

. (10)

8.7 Stationaire warmtefluxdichtheid q u via een monster dat is getest op een apparaat dat is samengesteld volgens asymmetrische en symmetrische circuits, wordt respectievelijk berekend met behulp van de formules:

q u = fu e u , (11)

. (12)

8.8 Bij het uitvoeren van een test op een apparaat met een hot guard-zone, waarbij de warmtefluxdichtheid wordt bepaald door het meten van het elektrische vermogen dat wordt geleverd aan de verwarmer van de kookplaatmeetzone van het apparaat, de thermische weerstand, de effectieve thermische geleidbaarheid en de constante -state warmtefluxdichtheid door het monster worden berekend met behulp van de formules:

, (13)

, (14)

Bij het testen van bulkmaterialen in formules (13) en (14). Rk vervang de waarde R L..

8.9 De rekenkundige gemiddelde waarden van de thermische weerstand en de effectieve thermische geleidbaarheid van alle geteste monsters worden als testresultaat genomen.

9 Testrapport

Het testrapport moet de volgende informatie bevatten:

Naam materiaal of product;

Benaming en naam van het regelgevingsdocument op basis waarvan het materiaal of product wordt vervaardigd;

Fabrikant;

Partijnummer;

Datum van vervaardiging;

Totaal aantal geteste monsters;

Type apparaat waarop de test is uitgevoerd;

Positie van de geteste monsters (horizontaal, verticaal);

Methoden voor het maken van monsters van bulkmateriaal, waarbij de thermische weerstand wordt aangegeven van de bodem en het deksel van de doos waarin de monsters zijn getest;

Afmetingen van elk monster;

De dikte van elk monster vóór de test en tijdens de test, waarbij wordt aangegeven of de test is uitgevoerd bij een vaste druk op het monster of bij een vaste dikte van het monster;

Vaste druk (als deze vast was);

Gemiddelde grootte van heterogene insluitsels in monsters (indien aanwezig);

Methode voor het drogen van monsters;

De relatieve verandering in de massa van elk monster als gevolg van de dag;

De vochtigheid van elk monster vóór en na het einde van de test;

Dichtheid van elk monster tijdens het testen;

De relatieve verandering in de massa van elk monster die tijdens de test heeft plaatsgevonden;

Temperatuur van de warme en koude voorkanten van elk monster;

Temperatuurverschil tussen de warme en koude voorkant van elk monster;

Gemiddelde temperatuur van elk monster;

Warmtefluxdichtheid door elk monster na het tot stand brengen van een stationair thermisch regime;

Thermische weerstand van elk monster;

Effectieve thermische geleidbaarheid van het materiaal van elk monster;

De rekenkundig gemiddelde waarde van de thermische weerstand van alle geteste monsters;

De rekenkundig gemiddelde waarde van de effectieve thermische geleidbaarheid van alle geteste monsters;

Richting van de warmtestroom;

Datum van testen;

Datum van de laatste kalibratie van het apparaat (als de test is uitgevoerd op een apparaat dat is uitgerust met een warmtemeter);

Bij standaardmonsters die worden gebruikt voor kalibratie van het apparaat moet het volgende worden aangegeven: type, thermische weerstand, verificatiedatum, verificatieperiode, organisatie die de verificatie heeft uitgevoerd;

Schatting van de meetfout van thermische weerstand of effectieve thermische geleidbaarheid;

Verklaring van volledige naleving of gedeeltelijke niet-naleving van de testprocedure met de vereisten van deze norm. Indien tijdens de test afwijkingen van de eisen uit deze norm zijn gemaakt, moeten deze in het testrapport worden aangegeven.

10 Fout bij het bepalen van de effectieve thermische geleidbaarheid

en thermische weerstand

Relatieve fout bij het bepalen van de effectieve thermische geleidbaarheid en thermische weerstand volgens deze methode bedraagt ​​niet meer dan ±3% als de test wordt uitgevoerd in volledige overeenstemming met de eisen van deze norm.

BIJLAGE A

(vereist)

Vereisten voor instrumenten voor het bepalen van de effectieve thermische geleidbaarheid en thermische weerstand onder stationaire thermische omstandigheden

A.1 Apparaatschema's

Om de effectieve thermische geleidbaarheid en thermische weerstand onder stationaire thermische omstandigheden te meten, worden de volgende instrumenten gebruikt:

Geassembleerd in een asymmetrisch patroon, uitgerust met één warmtemeter, die zich tussen het testmonster en de koude plaat van het apparaat of tussen het monster en de hete plaat van het apparaat bevindt (Figuur A.1);

Geassembleerd in een symmetrisch patroon, uitgerust met twee warmtemeters, waarvan er één zich tussen het testmonster en de koude plaat van het apparaat bevindt, en de tweede - tussen het monster en de hete plaat van het apparaat (Figuur A.2);

Een instrument waarin de warmtefluxdichtheid die door het testmonster gaat, wordt bepaald door het meten van de elektrische stroom die wordt geleverd aan de verwarmingsplaat van het instrument (hot guard zone-instrument) (Figuur A.3).

1 - verwarming; 2 - warmtemeter; 3 - monster; 4 - koelkast

Figuur A.1 - Diagram van een apparaat met één warmtemeter

1 - verwarming; 2 - warmtemeters; 3 - koelkast; 4 - monster

Figuur A.2 - Schema van een apparaat met twee warmtemeters

1 - koelkast; 2 - geteste monsters; 3 - verwarmingsplaten voor meetzones;

4 - meetzoneverwarmingswikkeling; 5 - verwarmingsplaten voor de veiligheidszone;

6 - wikkeling van de veiligheidszoneverwarming

Figuur A. 3 - Diagram van een apparaat met een hot-beveiligingszone

A.2 Verwarming en koelkast

A.2.1 Verwarmings- of koelplaten kunnen de vorm hebben van een vierkant, waarvan de zijde minimaal 250 mm moet zijn, of een cirkel, waarvan de diameter minimaal 250 mm moet zijn.

A.2.2 De werkoppervlakken van de verwarmings- en koelkastplaten moeten van metaal zijn. De afwijking van de vlakheid van de werkoppervlakken mag niet meer zijn dan 0,025% van hun maximale lineaire grootte.

A.2.3 De relatieve hemisferische emissiviteit van de werkoppervlakken van de verwarmings- en koelplaten die in contact komen met het testmonster moet meer dan 0,8 zijn bij de temperaturen die deze oppervlakken tijdens het testen hebben.

A.3 Warmtemeter

A.3.1 De afmetingen van de werkoppervlakken van de warmtemeter moeten gelijk zijn aan de afmetingen van de werkoppervlakken van de verwarmings- en koelplaten.

A. 3.2 De relatieve hemisferische emissiviteit van de voorkant van de warmtemeter die in contact komt met het testmonster moet meer dan 0,8 zijn bij de temperaturen die deze voorkant tijdens het testen heeft.

A. 3.3 Het meetgebied van de warmtemeter moet zich in het centrale deel van de voorkant bevinden. De oppervlakte mag niet minder dan 10% en niet meer dan 40% van de totale oppervlakte van de voorkant bedragen.

A.3.4 De diameter van de thermokoppeldraden die worden gebruikt bij de vervaardiging van de thermo-elektrische batterij van de warmtemeter mag niet meer dan 0,2 mm bedragen.

A.4 Temperatuursensoren

Het aantal temperatuursensoren op elk werkoppervlak van de verwarmings- of koelplaten en de voorkant van de warmtemeter die in contact komt met het testmonster moet gelijk zijn aan het gehele deel van het getal 10 Ö A en minimaal twee zijn. De diameter van de draden die geschikt zijn voor deze sensoren mag niet meer zijn dan 0,6 mm.

A.5 Elektrisch meetsysteem

Het elektrische meetsysteem moet zorgen voor de meting van het signaal van oppervmet een fout van niet meer dan 0,5%, het signaal van de warmtemeter - met een fout van niet meer dan 0,6%, of de elektrische stroom die wordt geleverd aan de verwarming van de meetzone van de kookplaat van het apparaat - met een fout van niet meer dan 0,2%.

De totale fout bij het meten van het temperatuurverschil tussen de oppervlakken van de instrumentplaten en de warmtemeter in contact met de voorkant van het testmonster mag niet meer dan 1% bedragen. Totale fout - de som van fouten die optreden als gevolg van vervorming van het temperatuurveld nabij temperatuursensoren, veranderingen in de kenmerken van deze sensoren onder invloed externe omstandigheden en de fout geïntroduceerd door het elektrische meetsysteem.

A.6 Inrichting voor het meten van de dikte van het proefstuk

Het apparaat moet zijn uitgerust met een apparaat waarmee u tijdens het testen de dikte van het monster kunt meten met een schuifmaat met een fout van niet meer dan 0,5%.

A.7 Apparaatframe

Het apparaat moet zijn uitgerust met een frame waarmee verschillende oriëntaties in de ruimte van het apparaatblok met het testmonster kunnen worden gehandhaafd.

A.8 Inrichting voor het fixeren van het proefmonster

Het apparaat moet zijn uitgerust met een apparaat dat ofwel een constante gespecificeerde druk creëert op het testmonster dat in het apparaat is geplaatst, ofwel een constante opening handhaaft tussen de werkoppervlakken van de apparaatplaten.

De maximale druk die door dit apparaat op het testmonster wordt gecreëerd, moet 2,5 kPa zijn, het minimum - 0,5 kPa, de fout bij het instellen van de druk - niet meer dan 1,5%.

A.9 Apparaat om lateraal warmteverlies of warmtewinst van het testmonster te verminderen

Lateraal warmteverlies of warmtewinst tijdens de test moet worden beperkt door de zijvlakken van het testmonster te isoleren met een laag warmte-isolerend materiaal waarvan de thermische weerstand niet minder is dan de thermische weerstand van het monster.

A. 10 Apparaatbehuizing

Het apparaat moet zijn uitgerust met een behuizing waarin de luchttemperatuur gelijk wordt gehouden aan de gemiddelde temperatuur van het testmonster.

BIJLAGE B

(vereist)

Kalibratie van een apparaat uitgerust met een warmtemeter

B.1 Algemene eisen

Kalibratie van een apparaat uitgerust met een warmtemeter moet worden uitgevoerd met behulp van drie naar behoren gecertificeerde standaard thermische weerstandsmonsters, gemaakt van respectievelijk optisch kwartsglas, organisch glas en schuimplastic of glasvezel.

De afmetingen van de standaardmonsters moeten gelijk zijn aan de afmetingen van het te testen monster. Tijdens de kalibratie van het apparaat moet de temperatuur van de voorkanten van de standaardmonsters overeenkomstig gelijk zijn aan de temperaturen die de voorkanten van het testmonster tijdens het testen zullen hebben.

Het volledige bereik van thermische weerstandswaarden die op het apparaat kunnen worden gemeten, moet in twee subbereiken worden verdeeld:

de ondergrens van het eerste deelbereik is minimale waarde thermische weerstand die op dit apparaat kan worden gemeten; bovengrens - de waarde van de thermische weerstand van een standaardmonster gemaakt van organisch glas en met een dikte gelijk aan de dikte van het te testen monster;

de ondergrens van de tweede subband is de bovengrens van de eerste subband; bovengrens - de maximale waarde van de thermische weerstand die op dit apparaat kan worden gemeten.

B.2 Kalibratie van een apparaat dat is samengesteld volgens een asymmetrisch circuit

Voordat de kalibratie begint, is het noodzakelijk om de numerieke waarde van de thermische weerstand van het te testen monster te schatten met behulp van bekende referentiegegevens en te bepalen tot welk subbereik deze waarde behoort. De kalibratie van de warmtemeter wordt alleen in dit deelbereik uitgevoerd.

Indien de thermische weerstand van het te testen monster tot het eerste deelgebied behoort, de kalibratie van de warmtemeter

uitgevoerd met standaardmonsters gemaakt van optisch kwarts en organisch glas. Als de thermische weerstand van het monster tot het tweede deelbereik behoort, wordt de kalibratie uitgevoerd met standaardmonsters gemaakt van organisch glas en warmte-isolerend materiaal.

Plaats het eerste standaardmonster met lagere thermische weerstand in het apparaat R S 1 , D T 1 van de voorkant en het uitgangssignaal van de warmtemeter e 1 volgens de methode beschreven in sectie 7. Vervolgens wordt een tweede standaardmonster met een hoge thermische weerstand in het apparaat geplaatst R S 2 , temperatuurverschil meten D T 2 van de voorkant en het uitgangssignaal van de warmtemeter e 2 met dezelfde methode. Op basis van de resultaten van deze metingen worden kalibratiecoëfficiënten berekend F 1 en F 2 warmtemeters volgens de formules:

Kalibratiecoëfficiëntwaarde van de warmtemeter fu, de overeenkomstige waarde van de warmtestroom die door het testmonster stroomt na het tot stand brengen van een stationaire warmtestroom wordt bepaald door lineaire interpolatie volgens de formule

. (B.3)

B.Z Kalibratie van een apparaat dat is samengesteld volgens een symmetrisch circuit

De werkwijze voor het bepalen van de ijkcoëfficiënt van elke warmtemeter van een volgens een symmetrisch circuit samengesteld apparaat is vergelijkbaar met de werkwijze voor het bepalen van de ijkcoëfficiënt van een warmtemeter beschreven in B.2.

B.4 Frequentie van instrumentkalibratie

Kalibratie van het apparaat moet binnen 24 uur vóór of na de test worden uitgevoerd.

Als, volgens de resultaten van kalibraties die gedurende 3 maanden zijn uitgevoerd, de verandering in de kalibratiecoëfficiënt van de warmtemeter niet groter is dan ± 1%, kan dit apparaat eens in de 15 dagen worden gekalibreerd. In dit geval kunnen de testresultaten pas aan de klant worden overgedragen na kalibratie volgend op de test, en als de waarde van de kalibratiecoëfficiënt bepaald op basis van de resultaten van de daaropvolgende kalibratie verschilt van de waarde van de coëfficiënt bepaald op basis van de resultaten van de volgende kalibratie. vorige kalibratie met niet meer dan ± 1%.

De kalibratiecoëfficiënt die wordt gebruikt bij het berekenen van de thermofysische parameters van het testmonster wordt bepaald als het rekenkundig gemiddelde van de twee aangegeven waarden van deze coëfficiënt.

Als het verschil in de waarde van de kalibratiefactor groter is dan ± 1%, worden de resultaten van alle tests die zijn uitgevoerd in het tijdsinterval tussen deze twee kalibraties als ongeldig beschouwd en moeten de tests worden herhaald.

BIJLAGE B

Bibliografie

ISO 7345:1987 Thermische isolatie. Fysieke hoeveelheden en definities

ISO 9251:1987 Thermische isolatie. Warmteoverdrachtsmodi en materiaaleigenschappen

ISO 8301:1991 Thermische isolatie. Bepaling van thermische weerstand en gerelateerde thermofysische indicatoren onder stationaire thermische omstandigheden. Een apparaat uitgerust met een warmtemeter

ISO 8302:1991 Thermische isolatie. Bepaling van thermische weerstand en gerelateerde thermofysische indicatoren. Apparaat met hot-beveiligingszone

Trefwoorden: thermische weerstand, effectieve thermische geleidbaarheid, standaardmonster

Invoering

1 gebruiksgebied

3 Definities en notaties

4 Algemene bepalingen

5 Meetinstrumenten

6 Voorbereiding op de toets

7 Uitvoeren van de proef

8 Verwerking van testresultaten

9 Testrapport

10 Fout bij het bepalen van de effectieve thermische geleidbaarheid en thermische weerstand

Bijlage A Eisen aan instrumenten voor het bepalen van de effectieve thermische geleidbaarheid en thermische weerstand onder stationaire thermische omstandigheden

Bijlage B Kalibratie van een apparaat uitgerust met een warmtemeter

Bijlage B Bibliografie

UDC 536.2.083; 536.2.081.7; 536.212.2; 536.24.021 A.V. Luzina, A.V. Rudin

METING VAN DE THERMISCHE GELEIDBAARHEID VAN METAAALMONSTERS DOOR DE METHODE VAN STATIONAIRE WARMTESTROOM

Annotatie. De techniek wordt beschreven en ontwerpkenmerken installaties voor het meten van de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt van metaalmonsters gemaakt in de vorm van een homogene cilindrische staaf of dunne rechthoekige plaat met behulp van de methode van stationaire warmtestroom. Het onderzochte monster wordt verwarmd door directe elektrische verwarming met een korte puls wisselstroom, bevestigd in massieve koperen stroomklemmen, die tegelijkertijd als koellichaam dienen.

Trefwoorden: warmtegeleidingscoëfficiënt, monster, wet van Fourier, stationaire warmtewisseling, meetopstelling, transformator, multimeer, thermokoppel.

Invoering

De overdracht van thermische energie van meer verwarmde gebieden van een vast lichaam naar minder verwarmde gebieden via chaotisch bewegende deeltjes (elektronen, moleculen, atomen, enz.) wordt het fenomeen thermische geleidbaarheid genoemd. De studie van het verschijnsel thermische geleidbaarheid wordt veel gebruikt in verschillende industrieën, zoals de aardolie-, ruimtevaart-, automobiel-, metallurgie-, mijnbouw-, enz.

Er zijn drie hoofdtypen van warmteoverdracht: convectie, thermische straling en thermische geleidbaarheid. Thermische geleidbaarheid hangt af van de aard van de stof en de fysieke toestand ervan. Tegelijkertijd wordt in vloeistoffen en vaste stoffen (diëlektrica) de energieoverdracht uitgevoerd door elastische golven, in gassen - door de botsing en diffusie van atomen (moleculen), en in metalen - door de diffusie van vrije elektronen en met behulp van thermische trillingen van het rooster. De overdracht van warmte in een lichaam hangt af van de toestand waarin het zich bevindt: gasvormig, vloeibaar of vast.

Het mechanisme van thermische geleidbaarheid in vloeistoffen verschilt van het mechanisme van thermische geleidbaarheid in gassen en heeft veel gemeen met de thermische geleidbaarheid van vaste stoffen. In gebieden met verhoogde temperatuur er zijn trillingen van moleculen met een grote amplitude. Deze trillingen worden doorgegeven aan aangrenzende moleculen, en zo wordt de energie van thermische beweging geleidelijk van laag naar laag overgedragen. Dit mechanisme levert een relatief kleine waarde van de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt op. Bij toenemende temperatuur neemt de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt voor de meeste vloeistoffen af ​​(met uitzondering van water en glycerine, waarvoor de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt toeneemt bij toenemende temperatuur).

Het fenomeen van overdracht van kinetische energie met behulp van moleculaire beweging in ideale gassen is te wijten aan de overdracht van warmte via thermische geleidbaarheid. Vanwege de willekeur van moleculaire bewegingen bewegen moleculen in alle richtingen. Verhuizen van plaatsen met meer hoge temperatuur naar plaatsen met lagere temperaturen dragen moleculen kinetische bewegingsenergie over als gevolg van paarbotsingen. Als resultaat van moleculaire beweging vindt er een geleidelijke egalisatie van de temperatuur plaats; in een ongelijkmatig verwarmd gas is warmteoverdracht de overdracht van een bepaalde hoeveelheid kinetische energie tijdens de willekeurige (chaotische) beweging van moleculen. Naarmate de temperatuur daalt, neemt de thermische geleidbaarheid van gassen af.

In metalen zijn vrije elektronen de belangrijkste overbrenger van warmte, wat kan worden vergeleken met een ideaal mono-atomair gas. Daarom met enige benadering

De thermische geleidbaarheidscoëfficiënt van bouw- en thermische isolatiematerialen neemt toe met toenemende temperatuur, en met toenemend volumegewicht neemt deze toe. De thermische geleidbaarheidscoëfficiënt is sterk afhankelijk van de porositeit en vochtigheid van het materiaal. Warmtegeleiding diverse materialen varieert in het bereik: 2-450 W/(m·K).

1. Warmtevergelijking

De wet van thermische geleidbaarheid is gebaseerd op de Fourier-hypothese over de evenredigheid van de warmtestroom met het temperatuurverschil per lengte-eenheid van het warmteoverdrachtspad per tijdseenheid. Numeriek gezien is de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt gelijk aan de hoeveelheid warmte die per tijdseenheid door een eenheidsoppervlak stroomt, met een temperatuurverschil per lengte-eenheid van de normaal gelijk aan één graad.

Volgens de wet van Fourier geldt oppervlakte dichtheid warmtestroom h proportioneel

afhankelijk van de temperatuurgradiënt -:

Hier wordt de factor X de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt genoemd. Het minteken geeft aan dat warmte wordt overgedragen in de richting van afnemende temperatuur. De hoeveelheid warmte die per tijdseenheid door een eenheid isotherm oppervlak gaat, wordt warmtefluxdichtheid genoemd:

De hoeveelheid warmte die per tijdseenheid door het isotherme oppervlak B stroomt, wordt warmtestroom genoemd:

O = | hjB = -1 -kdP^B. (1.3)

De totale hoeveelheid warmte die gedurende tijd t door dit oppervlak B gaat, wordt uit de vergelijking bepaald

Van=-DL-^t. (1.4)

2. Randvoorwaarden voor thermische geleidbaarheid

Bestaan verschillende omstandigheden ondubbelzinnigheid: geometrisch - karakteriseren van de vorm en afmetingen van het lichaam waarin het proces van thermische geleidbaarheid plaatsvindt; fysiek - karakteriseren van de fysieke eigenschappen van het lichaam; tijdelijk - karakteriseert de verdeling van de lichaamstemperatuur op het eerste moment; grens - karakteriseert de interactie van het lichaam met de omgeving.

Randvoorwaarden van de eerste soort. In dit geval wordt voor elk tijdstip de temperatuurverdeling op het lichaamsoppervlak gespecificeerd.

Randvoorwaarden van de tweede soort. In dit geval is de opgegeven waarde de warmtefluxdichtheid voor elk punt op het lichaamsoppervlak op elk moment:

Yara = Ik (X, Y, 2,1).

Randvoorwaarden van de derde soort. In dit geval worden de temperatuur van het medium TO en de omstandigheden voor warmte-uitwisseling van dit medium met het lichaamsoppervlak gespecificeerd.

Randvoorwaarden van de vierde soort worden gevormd op basis van de gelijkheid van de warmtestromen die door het contactoppervlak van de lichamen gaan.

3. Experimentele opstelling voor het meten van de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt

Moderne methoden De bepaling van thermische geleidbaarheidscoëfficiënten kan in twee groepen worden verdeeld: stationaire warmtestroommethoden en niet-stationaire warmtestroommethoden.

Bij de eerste groep methoden blijft de warmtestroom die door een lichaam of systeem van lichamen gaat constant in grootte en richting. Temperatuur veld staat stil.

Transiënte methoden maken gebruik van een tijdsvariërend temperatuurveld.

In dit werk wordt een van de methoden voor stationaire warmtestroom gebruikt: de Kohlrausch-methode.

Het blokschema van de installatie voor het meten van de thermische geleidbaarheid van metaalmonsters wordt getoond in Fig. 1.

Rijst. 1. Blokschema van de meetopstelling

Het belangrijkste element van de installatie is een vermogensverlagende transformator 7, waarvan de primaire wikkeling is verbonden met een autotransformator van het LATR 10-type, en de secundaire wikkeling, gemaakt van een rechthoekige koperen stroomrail met zes windingen, rechtstreeks is verbonden met massieve koperen stroomklemmen 2, die tegelijkertijd dienst doen als koellichaam. Het proefstuk 1 wordt in massieve koperen stroomklemmen 2 bevestigd met behulp van massieve koperen bouten (niet weergegeven in de figuur), die tegelijkertijd als koellichaam dienen. De temperatuurregeling op verschillende punten van het onderzochte monster wordt uitgevoerd met behulp van Chromel-Copel-thermokoppels 3 en 5, waarvan de werkuiteinden rechtstreeks op het cilindrische oppervlak van monster 1 zijn bevestigd - één in het centrale deel van het monster en de andere aan het einde van het monster. De vrije uiteinden van thermokoppels 3 en 5 zijn verbonden met multimeren type DT-838 4 en 6, waardoor temperatuurmetingen met een nauwkeurigheid van 0,5 °C mogelijk zijn. Het monster wordt verwarmd door directe elektrische verwarming met een korte puls wisselstroom van de secundaire wikkeling van de vermogenstransformator 7. De stroom in het testmonster wordt indirect gemeten - door de spanning op de secundaire wikkeling van de ringstroomtransformator 8 te meten, waarvan de primaire wikkeling de voedingsbus is van de secundaire wikkeling van de vermogenstransformator 7, die door de vrije opening van de ringvormige magnetische kern wordt gevoerd. De spanning van de secundaire wikkeling van de stroomtransformator wordt gemeten met multimeter 9.

De verandering in de grootte van de pulsstroom in het onderzochte monster wordt uitgevoerd met behulp van een lineaire autotransformator 10 (LATR), waarvan de primaire wikkeling, via een in serie geschakelde netzekering 13 en knop 12, is verbonden met een wisselstroom netwerk met een spanning van 220 V. De spanningsval over het testmonster in de directe elektrische verwarmingsmodus wordt uitgevoerd met behulp van een multimeter 14, parallel direct aangesloten op de stroomklemmen 2. De duur van de stroompulsen wordt gemeten met behulp van een elektrische stopwatch 11 aangesloten op de primaire wikkeling van de lineaire autotransformator 10. Het in- en uitschakelen van de verwarmingsmodus van het testmonster gebeurt via knop 12.

Bij het meten van de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt met behulp van de hierboven beschreven installatie, is het noodzakelijk om dit uit te voeren volgende voorwaarden:

Uniformiteit van de dwarsdoorsnede van het proefmonster over de gehele lengte;

De diameter van het testmonster moet tussen 0,5 mm en 3 mm liggen (anders de hoofddiameter). thermische kracht zal vrijkomen in de vermogenstransformator, en niet in het onderzochte monster).

Een diagram van de temperatuur versus monsterlengte wordt getoond in Fig. 2.

Rijst. 2. Afhankelijkheid van de temperatuur van de monsterlengte

Zoals te zien is in het bovenstaande diagram, is de afhankelijkheid van de temperatuur van de lengte van het onderzochte monster lineair met een duidelijk uitgedrukt maximum in het centrale deel van het monster, en aan de uiteinden blijft het minimaal (constant) en gelijk aan de temperatuur. omgeving gedurende het tijdsinterval voor het tot stand brengen van een, dat voor deze experimentele opstelling niet langer duurt dan 3 minuten, d.w.z. 180 seconden.

4. Afleiding van de werkformule voor de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt

De hoeveelheid warmte die vrijkomt in een geleider tijdens de doorgang elektrische stroom, kan worden bepaald door de wet van Joule-Lenz:

Qel = 12-I^ = u I I, (4.1)

waar en, ik ben de spanning en stroom in het onderzochte monster; I is de monsterweerstand.

De hoeveelheid warmte die door de dwarsdoorsnede van het onderzochte monster wordt overgedragen gedurende het tijdsinterval t, gemaakt in de vorm van een homogene cilindrische staaf met lengte £ en doorsnede 5, kan worden berekend met behulp van de wet van Fourier (1.4):

Qs = R-yT- 5- t, (4,2)

waarbij 5 = 2-5osn, 5osn =^4-, at = 2-DT = 2-(Gtah -Gtk1); d£ = D£ = 1-£.

Hier geven de coëfficiënten 2 en 1/2 aan waar de warmtestroom vandaan komt

het midden van het monster tot aan de uiteinden, d.w.z. splitst zich in twee stromen. Dan

^^b = 8-I-(Gtah -Tt|n) -B^ . (4.3)

5. Rekening houden met warmteverliezen aan de zijkant

§Ozhr = 2-Bbok-DTha, (5,1)

waarbij Bbok = n-de-1; a is de warmte-uitwisselingscoëfficiënt tussen het oppervlak van het testmonster en de omgeving, met de afmeting

Temperatuur verschil

DGx = Tx - T0cr, (5,2)

waarbij Tx de temperatuur is op een bepaald punt op het oppervlak van het monster; Hocr - omgevingstemperatuur, kan worden berekend lineaire vergelijking afhankelijkheid van de monstertemperatuur van de lengte:

Tx = T0 + k-x, (5,3)

Waar helling k kan worden bepaald door de raaklijn van de hellingshoek lineaire afhankelijkheid monstertemperatuur op zijn lengte:

DT T - T T - T

k = f = MT* = Tmax TTT = 2 "max Vр. (5,4)

Door uitdrukkingen (5.2), (5.3) en (5.4) in vergelijking (5.1) te vervangen, verkrijgen we:

SQaup = 2a-nd■ dx■(+ kx-Т0Кр) dt,

waar T0 Тсжр.

8Q0Kp = 2a.nd ■ kx ■ dx ■ dt. (5,5)

Na het integreren van uitdrukking (5.5) verkrijgen we:

Q0Kp = 2e■ dk j jdt■ x■ dx = 2e-a-k■-I - | ■ t = -4a^nd■ k■ I2 ■ t. (5,6)

Door de resulterende uitdrukkingen (4.1), (4.3) en (5.6) te vervangen door de warmtebalansvergelijking aoln = ogr + qs, waarbij Qtot = QEL, verkrijgen we:

UIt = 8 ■Х ■ S^ ^^-o ■t + -a^n ■d ■ -(Tmax - To) ■t.

Door de resulterende vergelijking voor de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt op te lossen, verkrijgen we:

u1 en £2, l

Met de resulterende uitdrukking kunnen we de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt van dunne metalen staven bepalen in overeenstemming met de berekeningen die zijn uitgevoerd voor typische testmonsters met een relatieve fout

AU f (AI f (L(LG) ^ (At2

niet meer dan 1,5%.

Bibliografie

1. Sivukhin, D.V. Algemene cursus natuurkunde / D.V. Sivukhin. - M.: Nauka, 1974. - T. 2. - 551 p.

2. Rudin, A. V. Studie van structurele relaxatieprocessen in glasvormende objecten onder verschillende koelmodi / A. V. Rudin // Izvestia of the Higher onderwijsinstellingen. Wolga-regio. Natuurwetenschappen. - 2003. - Nr. 6. - P. 123-137.

3. Pavlov, PV Physics of Solid State: leerboek. handleiding voor studenten die studeren in de specialiteit "Natuurkunde" / P. V. Pavlov, A. F. Khokhlov. - M.: Hoger. school, 1985. - 384 p.

4. Berman, R. Thermische geleidbaarheid van vaste stoffen / R. Berman. - M., 1979. - 287 p.

5. Livshits, B.G. Fysieke eigenschappen metalen en legeringen / B.G. Livshits, V.S. Kraposhin. - M.: Metallurgie, 1980. - 320 p.

Loezina Anna Vjatsjeslavovna Luzina Anna Vjatsjeslavovna

bachelorstudent, masterstudent,

Penza Staatsuniversiteit Penza Staatsuniversiteit E-mail: [e-mailadres beveiligd]

Rudin Alexander Vasilievich

Kandidaat voor fysische en wiskundige wetenschappen, universitair hoofddocent, plaatsvervangend hoofd van de afdeling natuurkunde, Penza State University E-mail: [e-mailadres beveiligd]

Rudin Aleksandr Vasil'jevitsj

kandidaat natuur- en wiskundige wetenschappen, universitair hoofddocent,

plaatsvervangend hoofd van de subafdeling natuurkunde, Penza State University

UDC 536.2.083; 536.2.081.7; 536.212.2; 536.24.021 Luzina, A.V.

Meten van de thermische geleidbaarheid van metaalmonsters met behulp van de stationaire warmtestroommethode /

AV Luzina, AV Rudin // Bulletin van Penza State University. - 2016. - Nr. 3 (15). -MET. 76-82.

In overeenstemming met de eisen van federale wet nr. 261-FZ "Over energiebesparing" zijn de eisen voor de thermische geleidbaarheid van bouw- en thermische isolatiematerialen in Rusland aangescherpt. Tegenwoordig is het meten van de thermische geleidbaarheid een van de verplichte punten bij de beslissing of een materiaal als warmte-isolator moet worden gebruikt.

Waarom is het nodig om de thermische geleidbaarheid in de bouw te meten?

De thermische geleidbaarheid van bouw- en thermische isolatiematerialen wordt gecontroleerd in alle stadia van hun certificering en productie in laboratoriumomstandigheden, wanneer de materialen worden blootgesteld aan Verschillende factoren, wat de operationele eigenschappen ervan beïnvloedt. Er zijn verschillende algemene methoden voor het meten van thermische geleidbaarheid. Voor nauwkeurige laboratoriumtests van materialen met een lage thermische geleidbaarheid (lager dan 0,04 - 0,05 W/m*K) wordt aanbevolen om apparaten te gebruiken die de stationaire warmtestroommethode gebruiken. Het gebruik ervan wordt gereguleerd door GOST 7076.

Het bedrijf Interpribor biedt een thermische geleidbaarheidsmeter aan, waarvan de prijs gunstig afsteekt bij die op de markt en voldoet aan alle moderne eisen. Het is bedoeld voor laboratoriumkwaliteitscontrole van bouw- en thermische isolatiematerialen.

Voordelen van de ITS-1 thermische geleidbaarheidsmeter

De thermische geleidbaarheidsmeter ITS-1 heeft een origineel monoblock-ontwerp en wordt gekenmerkt door de volgende voordelen:

• automatische meetcyclus;
• een uiterst nauwkeurig meetpad waarmee u de temperaturen van de koelkast en verwarming kunt stabiliseren;
• de mogelijkheid om het apparaat te kalibreren voor bepaalde soorten materialen die worden getest, wat de nauwkeurigheid van de resultaten verder vergroot;
• uitdrukkelijke beoordeling van het resultaat tijdens het meetproces;
• geoptimaliseerde “hot” beveiligingszone;
• informatief grafisch display dat de controle en analyse van meetresultaten vereenvoudigt.

ITS-1 wordt geleverd in één basismodificatie, die op verzoek van de klant kan worden aangevuld met controlemonsters (plexiglas en penoplex), een doos voor bulkmaterialen en een beschermhoes voor het opbergen en transporteren van het apparaat.