Метод.для лаб

Цель работы: ознакомиться с методикой определения теплопроводности образцов из различных материалов (шихты мартеновской печи, огнеупоров, пластмасс, металлов) и определить теплопроводность этих материалов при комнатной температуре.

Основные теоретические положения

Интенсивность переноса тепла в твердом теле определяется температурным градиентом теплопроводности. Последний является физическим параметром и характеризует способность материала проводить тепло. Наибольшей теплопроводностью обладают металлы.

Значение коэффициента теплопроводности определяется экспериментальным путем на измерителе ИТЭМ - 1М, который имеет диапазон измерения от 0,2 до 80 Вт /( м × К ) и предел допускаемой погрешности из-

мерения до 10 %.

Описание установки

Измеритель ИТЭМ-1М эксплуатируется при температуре окружающего воздуха 10-35 °С и влажности не более 80 %.

Время одного измерения - до 5 мин, время непрерывной работы - до 8 час.

Измеритель представляет собой оболочную конструкцию, которая включает термоблок, измерительный блок, связанные между собой жгутом. На лицевой панели измерительного блока размещены элементы управления и сигнализации: тумблер и индикатор включения сети, индикаторы "с 100", "мм", " Вт /( м × К ) ", "готовн", переключатели "Диапазон, Вт /( м × К ) ", "Род работ" и кнопка "Калибр кт", резисторы "Уст. Rк ", "Уст. h ", "Уст. Д" и

цифровое табло.

На задней панели блока установлены предохранители, клемма защитного заземления, два разъема для соединения с питающей сетью.

Принцип работы измерителя

На рис. 20 представлена тепловая модель метода измерения. Образцы 2, имеющие форму диска или цилиндра и контактирующий с ними образец помещаются между двумя блоками 1 и 3 с одинаковой теплоемкостью. Верхний блок перегревается относительно нижнего на 5-10 К. После установления в исследуемом образце теплового режима, близкого к стационар-

ному, измеряются температурные перепады на образце U0 и Um . В качестве датчиков температуры используются тепломеры. Для материалов с

51

теплопроводностью λ £ 7Вт /(м × К ) измерение перепада температуры

на образце производится о помощью термопар, вмонтированных в нижние ядра вблизи четырех контактных поверхностей, а при более высоких теплопроводностях - с помощью армированных термопар, размещенных в двух радиальных отверстиях образца вблизи его торцов.

Расчет теплопроводности производится по следующему соотношению:

λ =	S	× h	× Uo
	Кm			Um	,	(5)

где Km - тепловая проводимость тепломера, Вт /(м × К) );

h - высота образца, мм; S - площадь образца;

Um - перепад температуры на тепломере, К; U0 - перепад температуры на образце, К,

Значение Km определяется из градуировочных опытов на образцах с известной теплопроводностью.

Рисунок 20. Тепловая модель метода измерения:

1 – блок; 2 - испытуемый образец; 3 - тепломер; 4 - рабочий слой тепломера; 5 - блок нижний.

Экспрессные измерения теплопроводности осуществляются за счет автоматического учета тепловых сопротивлений, обеспечения оперативного ввода в измеритель числовых значений параметров образца (высоты и диаметра), автоматического перегрева верхнего блока относительно нижнего и определения времени выхода измерителя в режим.

Общие указания по эксплуатации

1. Измерение теплопроводности производится на образцах с

52

λ = 0,2 - 7Вт /(м × К ) , изготовленных по размерам, приведенным на рис.

21 и табл. 3.

Зависимость высоты образца от ожидаемого значения теплопроводности приведена в табл. 9.1.

Таблица 9.1 - Выбор высоты образца материалов с малой теплопроводностью

λ , Вт/(м × К)	h , мм
0,2-0,6	1-2
0,6-2,0	3-6
2,0-7,0	6-10

Рисунок 21. Образец исследуемого материала

2. Измерение теплопроводности материалов с λ = 7 - 80Вт /(м × К ) про-

изводится на образцах, изготовленных по размерам, приведенным на рис. 22 и табл. 9.2.

Зависимость от ожидаемого значения теплопроводности приведена в табл. 9.2.

53

Рисунок 22. Образец из исследуемого материала

Требования к изготовлению (* Размер для справок Rz 8,63 )

Таблица 9.2 - Выбор высоты образца материалов с большой теплопроводностью

λ, Вт /(м × К )	Н, мм	h, мм
7-10	20	17
10-40	25	22
40-80	30-35	27-32

3. Шероховатость контактных образцов, тип смазки во всех опытах должны быть одинаковыми.

Для смазки контактных поверхностей образцов и армированных термопар используют глицерин или трансформаторное масло. Смазка не должна содержать механических примесей и наносится на предварительно обезжиренные с помощью бензина или спирта поверхности образцов и термопар в виде небольшой капли. Равномерное распределение смазки по контактным поверхностям достигается в результате установки образца на тепломер и опускание верхнего измерительного блока.

54

Подготовка к работе

1. Установить тумблер "Сеть" в выключенное состояние, переключатель "Диапазон" Вт /(м × К ) в положение, соответствующее ожидаемому значе-

нию λ .

2.Заземлить измеритель.

3.Соединить блок измерительный с термоблоком и с сетью жгутом

всоответствии со схемой.

4.	Нажать кнопку и, повернув рукоятку, поднять верхний блок
"ТБ".
5.	Обезжирить контактные поверхности измерительных блоков.

Порядок проведения работы

1.Установить исследуемый образец строго по центру пластины тепломера нижнего блока. Установку образца в форме стержня производить при вставленных термопарах в отверстия образца, не допуская при этом деформации термопар (изгибов и т.п.) более 1 мм, иначе возможно увеличение погрешности измерения.

2.Перевести переключатель "Род работ" в положение " h " и резистором "Уст. h. " ввести размер высоты образца по цифровому табло измерителя.

3.Перевести переключатель "Род работ" в положение "Д" и резистором "Уст. Д" ввести размер диаметра образца по цифровому табло измерителя.

4.Перевести переключатель "Род работ в положение " λ " и после того,

как загорится световая индикация "Готовн.", опустить верхний блок ТБ на образец и произвести отсчет значения теплопроводности по цифровому табло измерителя. Результаты занести в таблицу.

5.Поднять верхний блок ТБ, заменить образец и повторить измерения. Результаты занести в таблицу.

6.Полученные значения теплопроводности сравнить с табличными для данных материалов.

Указания к оформлению отчета Отчет по работе должен содержать описание установки, принцип работы

измерителя и таблицу с результатами измерения с выводами.

ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ:

1.Начинать работу на приборе можно только с разрешения преподавате-

ля.

2.Все внешние части прибора, находящееся под напряжением, превышающим 42 В по отношению к корпусу измерителя, должны иметь защиту от случайных прикосновений во время работы с измерителем.

55

3.К работе с измерителем допускаются лица, прошедшие инструктаж по общим правилам техники безопасности. При работе на приборе необходимо соблюдать "Правила технической эксплуатации электроустановок потребителей" и "Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок потребителей".

4.Устройство должно иметь клемму защитного заземления по ГОСТ 12.2.007.075.

5.Измеритель должен иметь световую индикацию подачи напряжения питающей сети.

6.Токоведущие цепи должны быть изолированы от корпуса и доступ к

ним во время регулировки и эксплуатации должен быть ограничен.

Контрольные вопросы

1.Что называется коэффициентом теплопроводности материала?

2.Какие материалы обладают минимальной и максимальной теплопроводностью?

3.Какие факторы влияют на теплопроводность материалов?

56