6.3.1.2 Порядок осуществления измерительных операций

При практическом использовании рассматриваемого метода регулярного режима второго рода измерительные операции осуществляют в следующем порядке.

1 Из исследуемого материала изготавливают десять одинаковых плоских образцов толщиной R квадратной формы с размерами l × l, совпадающие по форме и размерам с используемыми электронагревателями площадью S = l × l.

Примечание. Возможен вариант, когда используют одну пару образцов 1, 1 толщиной R и четыре образца с удвоенной толщиной 2R.

2 Четыре плоских нагревателя 6 размещают между образцами так, как это показано на рис. 6.6.

Для уменьшения влияния контактных термических сопротивлений необходимо обеспечить постоянную силу прижатия образцов к электронагревателям 6. При необходимости следует использовать высокотеплопроводные смазки, существенно снижающие погрешности измерений благодаря уменьшению термических сопротивления на поверхностях контакта образцов межу собой и с электронагревателями 6.

Примечание. С точки зрения уменьшения контактных термических сопротивлений предпочтительным является использование четырех образцов 2, 3, 4, 5 с удвоенной толщиной 2R (вместо четырех пар образцов 2, 2, 3, 3, 4, 4, 5, 5 с толщиной R), так как в этом случае исключается влияние, по крайней мере, четырех термических сопротивлений.

3 Принимая во внимание тот факт, что начальное распределение температуры в рассматриваемой системе (рис. 6.6) не очень сильно влияет на результаты измерения теплофизических свойств, начинать активную стадию эксперимента можно без длительной предварительной выдержки образцов при заданной начальной температуре эксперимента (если есть уверенность, что температура образцов близка к этой заданной начальной температуре эксперимента). Если же образцы, находящиеся при комнатной температуре, необходимо охладить до температуры жидкого азота, то для процесса такого охлаждения потребуется определенное время, однако можно ограничиться небольшим промежутком времени для выдержки образцов при заданной начальной температуре эксперимента.

Активная часть эксперимента начинается в тот момент времени, когда на включенные последовательно электронагреватели 6 подают напряжение питания U₂ .

Возможны два варианта осуществления активной стадии эксперимента.

В первом варианте к электронагревателям 6 подводят постоянную электрическую мощность, что позволяет с достаточной точностью задать постоянную во времени величину теплового потока q, вычисляемого по формуле (6.30а); при использовании этого первого варианта температуры во внутренних точках и на поверхностях исследуемых образцов 1, 1 через некоторое время (после начала эксперимента) начинают изменяться по линейному закону (см. рис. 6.7)

,

где функция, описывающая установившееся во времени (квазистационарное) распределение температуры в образцах 1, 1, достигаемое после наступления регулярного режима второго рода; в этом случае при обработке экспериментальных данных удается вычислить не только величину коэффициента температуропроводности a, но и теплопроводность λ и объемную теплоемкость cρ исследуемого материала.

Во втором варианте электрической мощностью, подводимой к электронагревателям 6, автоматически управляют таким образом, что температура изменяется по линейному закону

; (6.31)

в этом случае при обработке экспериментальных данных удается вычислить только величину коэффициента температуропроводности a.

4 На протяжении всей активной стадии эксперимента осуществляют измерения и регистрацию физических величин:

– разности температур [ ] на поверхности (при x = R) и на оси (при x = 0) образцов 1 и 1′ (см. рис. 6.6);

– температуры поверхности (при х = R) образца 1;

– теплового потока q, вычисляемого по формуле (6.30а) по непосредственно измеряемым физическим величинам U₁ , U₂ , R₀ , S = l × l.

5 Активную часть эксперимента завершают в тот момент времени, когда температура поверхности исследуемых образцов достигнет заданной величины, обычно задаваемой немного ниже температуры деструкции исследуемого материала.

6 После завершения активной стадии эксперимента по полученным экспериментальным данным , – , q вычисляют искомые теплофизические свойства исследуемого материала по расчетным формулам, вывод которых рассмотрен ниже.