Метод плоского слоя (метод пластины)

Этот метод позволяет определить теплопроводность от строительных плит толщиной = 50…500ммдо монолитных материалов с= 1…5ммв диапазонахλ = от 0,1 до 5 Вт/(м∙К)и температур от –180°С до 1000°С. Ввиду того, чтогорные породы в основном имеют λ < 5 Вт/(м∙К), метод плоского слоя часто используется для определения их λ.

Образцы твёрдых материалов выполняются либо в виде дисков диаметром D и толщиной  , при этомD> 10, либо в виде пластин, которые имеют такие же соотношения между продольными размерами пластин и их толщиной.

Метод цилиндрического слоя (метод трубы)

Этот метод из-за сложности изготовления образцовдля горных пород не применяется. Он используется только для определения λ теплоизоляционных материалов.

Метод сферического слоя (метод шара)

Данный метод применяется главным образом для определения λ дисперсных твёрдых веществ, к которым относятся и разрыхленные породы (пески, гравий, щебень) при температурах до 1000 К. Наибольшая точность метода достигается при исследовании дисперсных (сыпучих) твёрдых веществ с λ < 0,2 Вт/м∙К.

Рис.1. Принципиальная схема установки для определения коэффициента

теплопроводности методом плоского слоя:

0 –термопара для измерения температуры наружной поверхности боковой изоляции; 1– термопара в верхнем холодильнике; 2, 3– термопары в верхней части нагревателя; 4– термопара в нижнем холодильнике; 5, 6– термопары в нижней части нагревателя; 7– образцы исследуемого материала; 8– электрический нагреватель; 9– холодильники; 10 – тепловая изоляция;11 – образцовое сопротивление; 12 – делитель напряжения; 13 – автотрансформатор; 14 – автоматический измерительный комплекс; 15 – универсальный цифровой прибор; 16 – переключатель.

К достоинству этого метода относится возможность получения практически идеального одномерного теплового поля без применения специальных устройств, а к недостаткам – сложность монтажа, необходимость строгой центровки шаров исследуемым материалом, трудность равномерного заполнения полости между сферами исследуемым материалом и сложность учёта потерь тепла по электродам нагревателя.

Электронный измеритель теплопроводности ИТП МГ4 «100»

Рис. 2. Общий вид прибора ИТП МГ4 «100»:

1 – стационарная тепловая установка образцов; 2 – измерительная ячейка

для размещения образца; 3 – электронный блок.

Рис.3. Основные конструктивные элементы ИТП МГ4 «100».

Микропроцессорный прибор ИТП МГ4 «100», общий вид которого представлен на рис.2, а основные конструктивные элементы на рис.3, предназначен для оперативного определения величинλ и (термическое сопротивление слоя материалааналог удельного электрического сопротивления материала и электрического сопротивления проводника,δ – толщина слоя материала) твёрдых строительных материалов, в том числе и горных пород, рассмотренным выше методом плоского слоя. Принцип работы прибора основан на автоматическом измерении перепада температур на поверхностях образца, выполненного либо в виде пластины, либо в виде плоского слоя сыпучего материала, при установившемся тепловом режиме.

Прибор позволяет определять теплопроводность и термическое сопротивление материалов при средней температуре образца от +15 до +42,5°С, обеспечивая автоматическое регулирование температур холодильника и нагревателя в процессе испытаний.

Эксперимент проводится в автоматическом режиме, результаты эксперимента выводится на дисплей электронного блока.