6.3 Методы теплофизических измерений, основанные на закономерностях регулярного режима второго рода

6.3.1 Метод регулярного режима второго рода для измерения теплофизических свойств плоских образцов

6.3.1.1 Физическая модель метода и устройства для его осуществления

Схема устройства для осуществления рассматриваемого метода регулярного режима второго рода при измерении теплофизических свойств плоских образцов, изготовленных из исследуемого материала, приведена на рис. 6.6.

При осуществлении рассматриваемого метода (рис. 6.6) используют пять пар одинаковых образцов 1, 1, 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 5, между которыми установлены четыре электронагревателя 6, имеющие одно и то же значение электрического сопротивления R_н . Эти электронагреватели включены последовательно и подключены к управляемому блоку питания УБП. Тот факт, что электронагреватели 6 имеют одинаковое электрическое сопротивление R_н , позволяет считать, что в ходе эксперимента в каждом таком электронагревателе выделяется одна и та же электрическая мощность

,

где электрическое напряжение и электрический ток, подводимый к каждому нагревателю.

Благодаря симметрии системы и тому, что электронагреватели изготавливают так, чтобы их площади S также были строго одинаковыми, можно считать, что каждый электронагреватель выделяет в исследуемые образцы одинаковые тепловые потоки

. (6.30)

Рис. 6.6 Схема устройства для осуществления метода регулярного режима второго рода

Термопара 7 измеряет температуру T (0, τ) на оси симметрии (рассматриваемой системы) между образцами 1 и 1. Термопары 8 и 9 измеряют температуру T (R, τ) на внешней поверхности образца 1 в месте его теплового контакта с электронагревателем 6.

Для уменьшения утечки тепла в окружающую среду внешние поверхности образцов 4 и 5 покрыты слоями теплоизоляции 10 и 11.

Термопары 7 и 8 включены встречно и образуют дифференциальную термопару, выходной сигнал E₁ которой пропорционален разности температур

,

где k – коэффициент пропорциональности, зависящий от типа используемых (при изготовлении термопар) термоэлектродных проводов; температуры в точках с координатами x = R и x = 0.

Сигнал E₁ этой дифференциальной термопары 7, 8 и сигнал E₂ термопары 9, измеряющей температуру , воспринимаются интерфейсом ввода-вывода ИВВ компьютерной системы КС; здесь T₀ – температура свободных концов термопар 9. Кроме того, на входе ИВВ КС подаются также:

1) сигнал

,

пропорциональный току I_нагр через электронагреватели 6; сигнал U₁ представляет собой падение напряжения на образцовой катушке, имеющей сопротивление R₀ ;

2) сигнал

,

представляющий собой падение напряжения на четырех включенных последовательно электронагревателях 6.

С учетом изложенного выше формула (6.30) принимает вид

. (6.30а)

Компьютерная система КС в ходе эксперимента осуществляет программное управление температурой T (R, τ) во времени τ за счет изменения величины напряжения U₂ , подаваемого с выхода управляемого блока питания УБП на четыре последовательно включенные электронагреватели 6.