4. Описание экспериментальной установки. Проведение эксперимента и расчёт теплофизических свойств.

Объектом исследований являются теплоизоляционные материалы. Так как теоретической основой метода является решение задачи для бесконечного линейного импульсного источника, то для приближения к условию бесконечности испытуемый образец берётся достаточно большим. В настоящей работе образцы выполнены в виде составных параллелепипедов (вообще, образцы могут иметь любую форму). Поверхности параллелепипедов тщательно отшлифовываются и притираются друг к другу для обеспечения плотного контакта. На поверхности одного параллелепипеда в средней части делаются два паза на глубину, равную 1,5 диаметра помещаемых в них термопары и нагревателя, которые выполняются из проволок диаметром 0,1 мм. Расстояние между пазами составляет . Нагреватель изготавливается из нихромовой проволоки, длина его рабочей части равна диаметру образца. Датчиком температуры служит дифференциальная медь-константановая термопара. Рабочий участок термопары с горячим спаем закладывается в образец параллельно нагревателю и имеет ту же длину, что и рабочая часть нагревателя. Измерение температуры осуществляет самопишущий прибор, регистрирующий зависимость температуры от времени. В подобных экспериментах можно использовать самописец любого типа, однако прибор должен быть достаточно чувствительным, т.к. избыточные температурные перепады составляют несколько градусов (при отсутствии такого прибора можно использовать гальванометр и секундомер). В соответствии с теорией линейный нагреватель должен обеспечить кратковременный тепловой импульс известной длительности. Продолжительность импульса регулируется с помощью электромеханического реле, контакты которого включены в цепь нагревателя (см. рис.2). Питающее напряжение источника стабилизированного питания невелико: 2,5-10 В постоянного тока. Ток, протекающий через нагреватель, измеряется с помощью амперметра.

На рис.2 показана схема исследования одного из образцов. Аналогичная схема используется и при определении теплофизических свойств других материалов. Необходимая коммутация осуществляется с помощью переключателя. После внимательного изучения схемы необходимо приступить к выполнению работы. Порядок проведения эксперимента следующий:

1. Включаем источник питания и подаём напряжение (7 В) на нагреватель.

2. Включаем блок управления (кнопка «Сеть» на панели блока управления). Устанавливаем режим работы блока управления (кнопка «Циклический»). Тумблером «Образцы» устанавливаем номер исследуемого образца. Кнопкой «Скважность» устанавливаем длительность теплового импульса (40 секундам нагрева соответствует цифра 8). Кнопкой «Цикл» устанавливаем цифру 1.

2. Переключатель, расположенный на самопишущем приборе, установить в положение 25 мВ/см. Включить самопишущий прибор (кнопками «Сеть», «Перо», «Диаграмма», «Вкл.», «Пуск». Регуляторами «Установка 0» установить перо самописца в нулевое положение.

3. Установить переключатель масштаба термоЭДС в положение 0,025 мВ/см.

4. Установить переключатель скорости движения пера самописца в положение 50 с/см.

5. На панели управления нажать кнопку «Пуск». При этом на нагреватель подаётся ток, величина которого регистрируется амперметром (При нажатой кнопке V/А на панели источника высвечивается величина напряжения, в противном случае – величина тока).

6. После подачи импульса тока (значение тока записать) наблюдаем изменение термоЭДС во времени.

Эксперимент можно считать законченным после получения на ленте самописца кривой, подобной теоретической (см. рис.1). Аналогично проводятся исследования и любого другого материала. Необходимо знать, что повторное исследование материала возможно при условии полного выравнивания температуры по объёму образца, т.к. исходная задача решалась при (таблицы соответствуют именно этому условию).

После окончания эксперимента необходимо выключить приборы, снять диаграммную ленту с термограммами и приступить к обработке экспериментальных данных. Удельный тепловой поток, входящий в расчётные соотношения, вычисляется по формуле:

, .

Коэффициент температуропроводности рассчитывается по формуле (24) с использованием (21) и таблицы Приложения. Необходимо помнить, что - величина известная, задаваемая экспериментатором. Время достижения максимума вычисляется по диаграмме (величина, обратная скорости движения пера самописца — 50 с/см). Коэффициент теплопроводности вычисляется по формуле (23), причём также определяется по таблице и значение этой функции должно соответствовать ранее найденному значению . Соответствующий максимуму температурный перепад определяется с помощью диаграммы. Температура измеряется с помощью хромель-алюмелевых термопар, для которых =0,04 мВ/К. Теплоёмкость вычисляется по формуле (25).

Отчёт должен включать схему, расчётные соотношения, график изменения температуры , таблицу экспериментально определённых и вычисленных величин, а также расчёт инструментальной погрешности эксперимента.