طريقة لقياس التوصيل الحراري للمادة. طرق تحديد التوصيل الحراري للمعادن. أ / 8 جهاز لتثبيت عينة الاختبار

الهدف من العمل: دراسة طريقة التحديد التجريبي للمعامل

الموصلية الحرارية للمواد الصلبة بطريقة اللوح.

يمارس: 1. تحديد التوصيل الحراري للمادة قيد الدراسة.

2. تحديد اعتماد معامل التوصيل الحراري على درجة الحرارة

المادة قيد الدراسة.

الأحكام الرئيسية.

التبادل الحراري- هذه عملية تلقائية لا رجعة فيها لانتقال الحرارة في الفضاء في ظل وجود اختلاف في درجات الحرارة. هناك ثلاث طرق رئيسية لنقل الحرارة ، والتي تختلف اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض في طبيعتها الفيزيائية:

توصيل حراري؛

الحمل الحراري.

الإشعاع الحراري.

في الممارسة العملية ، يتم نقل الحرارة ، كقاعدة عامة ، في وقت واحد بعدة طرق ، لكن معرفة هذه العمليات مستحيل دون دراسة العمليات الأولية لانتقال الحرارة.

توصيل حراريهي عملية انتقال الحرارة بسبب الحركة الحرارية للجسيمات الدقيقة. في الغازات والسوائل ، يتم نقل الحرارة عن طريق التوصيل الحراري من خلال انتشار الذرات والجزيئات. في المواد الصلبةآه ، فإن الحركة الحرة للذرات والجزيئات في جميع أنحاء حجم المادة مستحيلة ويتم تقليلها فقط إلى حركتها التذبذبية بالنسبة لمواضع توازن معينة. لذلك ، فإن عملية التوصيل الحراري في المواد الصلبة ترجع إلى زيادة اتساع هذه التذبذبات ، والتي تنتشر في حجم الجسم بسبب اضطراب مجالات القوة بين الجسيمات المتذبذبة. في المعادن ، يحدث انتقال الحرارة عن طريق التوصيل الحراري ليس فقط بسبب اهتزازات الأيونات والذرات الموجودة في عقد الشبكة البلورية ، ولكن أيضًا بسبب حركة الإلكترونات الحرة ، التي تشكل ما يسمى بـ "غاز الإلكترون". نظرًا لوجود ناقلات إضافية للطاقة الحرارية في شكل إلكترونات حرة في المعادن ، فإن الموصلية الحرارية للمعادن أعلى بكثير من تلك الموجودة في العوازل الصلبة.

عند دراسة عملية التوصيل الحراري ، يتم استخدام المفاهيم الأساسية التالية:

كمية الحرارة (س  ) - الطاقة الحرارية التي تمر عبر العملية بأكملها عبر سطح بمساحة عشوائية F. في نظام SI ، يقاس بالجول (J).

التدفق الحراري (الطاقة الحرارية) (س) - مقدار الحرارة المارة لكل وحدة زمنية عبر سطح منطقة عشوائية F.

في نظام SI ، يقاس التدفق الحراري بالواط (W).

كثافة التدفق الحراري (ف) - مقدار الحرارة المارة لكل وحدة زمنية عبر وحدة السطح.

في نظام SI ، يقاس بـ W / m 2.

مجال درجة الحرارة- مجموعة من قيم درجة الحرارة في لحظة معينة من الزمن في جميع النقاط في الفضاء الذي يشغله الجسم. إذا لم تتغير درجة الحرارة في جميع نقاط مجال درجة الحرارة بمرور الوقت ، فسيتم استدعاء هذا المجال ثابت، إذا تغير ، إذن - غير ثابتة.

تسمى الأسطح المكونة من نقاط لها نفس درجة الحرارة متحاور.

تدرج درجة الحراره (خريجتي) - متجه موجه على طول السطح العمودي إلى السطح المتساوي في اتجاه زيادة درجة الحرارة ويتم تعريفه عدديًا على أنه حد نسبة تغير درجة الحرارة بين سطحين متساويين إلى المسافة بينهما على طول الخط الطبيعي عندما تميل هذه المسافة إلى الصفر. أو بعبارة أخرى ، التدرج الحراري هو مشتق من درجة الحرارة على طول هذا الاتجاه.

يميز تدرج درجة الحرارة معدل تغير درجة الحرارة في الاتجاه الطبيعي للسطح متساوي الحرارة.

تميز عملية التوصيل الحراري القانون الأساسي للتوصيل الحراري - قانون فورييه(1822). وفقًا لهذا القانون ، فإن كثافة تدفق الحرارة المنقولة من خلال التوصيل الحراري تتناسب طرديًا مع تدرج درجة الحرارة:

حيث  هي الموصلية الحرارية للمادة ، W / (mdeg).

تشير العلامة (-) إلى أن تدفق الحرارة وتدرج درجة الحرارة معاكسان في الاتجاه.

معامل التوصيل الحرارييوضح مقدار الحرارة المنقولة لكل وحدة زمنية عبر سطح وحدة عند تدرج درجة حرارة يساوي الوحدة.

يُعد معامل التوصيل الحراري خاصية فيزيائية حرارية مهمة لمادة ما ، ومعرفتها ضرورية عند إجراء الحسابات الحرارية المتعلقة بتحديد الخسائر الحرارية من خلال غلاف المبنى والهياكل ، وجدران الآلات والأجهزة ، وحساب العزل الحراري ، وكذلك عند حل العديد من مشاكل هندسية أخرى.

قانون آخر مهم للتوصيل الحراري هو قانون فورييه كيرشوف، والتي تحدد طبيعة التغير في درجة الحرارة في المكان والزمان أثناء التوصيل الحراري. اسمها الآخر هو معادلة الحرارة التفاضلية، لأنه يتم الحصول عليها من خلال طرق نظرية التحليل الرياضي القائمة على قانون فورييه. بالنسبة لحقل درجة حرارة ثلاثي الأبعاد غير ثابت ، فإن المعادلة التفاضلية للتوصيل الحراري لها الشكل التالي:

أين
- معامل الانتشار الحراري الذي يميز خصائص القصور الحراري للمادة ،

 ، C p ،  - على التوالي ، معامل التوصيل الحراري ، السعة الحرارية متساوية الضغط وكثافة المادة ؛

هو عامل لابلاس.

لحقل درجة حرارة ثابتة أحادي البعد (
) تأخذ المعادلة التفاضلية للتوصيل الحراري شكلاً بسيطًا

من خلال دمج المعادلتين (1) و (2) ، من الممكن تحديد كثافة تدفق الحرارة عبر الجسم وقانون تغير درجة الحرارة داخل الجسم أثناء انتقال الحرارة عن طريق التوصيل الحراري. للحصول على حل ، تحتاج إلى مهمة شروط التفرد.

شروط التفردهي بيانات خاصة إضافية تميز المشكلة قيد الدراسة. وتشمل هذه:

الظروف الهندسية التي تميز شكل الجسم وحجمه ؛

الظروف الفيزيائية التي تميز الخصائص الفيزيائية للجسم ؛

الظروف الزمنية (الأولية) التي تميز توزيع درجة الحرارة في اللحظة الأولى من الزمن ؛

شروط الحدود التي تميز سمات انتقال الحرارة عند حدود الجسم. هناك شروط حدودية من النوع الأول والثاني والثالث.

في شروط الحدود من النوع الأوليتم إعطاء توزيع درجات الحرارة على سطح الجسم. في هذه الحالة ، يلزم تحديد كثافة تدفق الحرارة عبر الجسم.

في شروط الحدود من النوع الثانيأعطيت كثافة تدفق الحرارة ودرجة حرارة أحد أسطح الجسم. مطلوب لتحديد درجة حرارة سطح آخر.

في ظل ظروف حدودية من النوع الثالثيجب معرفة ظروف انتقال الحرارة بين أسطح الجسم والوسائط المحيطة بها من الخارج. بناءً على هذه البيانات ، يتم تحديد كثافة تدفق الحرارة. تشير هذه الحالة إلى عملية مشتركة لنقل الحرارة عن طريق التوصيل الحراري والحمل الحراري ، تسمى انتقال الحرارة.

دعونا نفكر في أبسط مثال لحالة التوصيل الحراري عبر جدار مسطح. مستوييسمى الجدار ، سمكه أقل بكثير من البعدين الآخرين - الطول والعرض. في هذه الحالة ، يمكن تحديد شروط التفرد على النحو التالي:

هندسي: سمك الجدار المعروف. مجال درجة الحرارة أحادي البعد ، لذلك ، تتغير درجة الحرارة فقط في اتجاه المحور X ويتم توجيه تدفق الحرارة على طول الأسطح العادية إلى الجدار ؛

بدني: مادة الجدار ومعامل التوصيل الحراري معروفان ، ولكامل الجسم = const ؛

مؤقت: مجال درجة الحرارة لا يتغير بمرور الوقت ، أي ثابت

شروط الحدود: النوع الأول ، درجات حرارة الجدار هي T 1 و T 2.

مطلوب لتحديد قانون تغير درجة الحرارة على طول سمك الجدار T = f (X) وكثافة تدفق الحرارة عبر الجدار q.

لحل المشكلة نستخدم المعادلتين (1) و (3). مع الأخذ في الاعتبار شروط الحدود المقبولة (عند x = 0T = T 1 ؛ عند x = T = T 2) ، بعد التكامل المزدوج للمعادلة (3) ، نحصل على قانون تغير درجة الحرارة على سمك الجدار

يظهر توزيع درجة الحرارة في جدار مسطح في الشكل 1.

رسم بياني 1. توزيع درجة الحرارة في جدار مسطح.

ثم يتم تحديد كثافة تدفق الحرارة وفقًا للتعبير

تحديد معامل التوصيل الحراري  نظريًا لا يمكن أن يعطي دقة النتيجة المطلوبة للممارسة الهندسية الحديثة ، لذلك يظل تحديدها التجريبي هو الطريقة الوحيدة الموثوقة.

إحدى الطرق التجريبية المعروفة لتحديد  هي طريقة الطبقة المسطحة. وفقًا لهذه الطريقة ، يمكن تحديد الموصلية الحرارية لمادة الجدار المسطح بناءً على المعادلة (5)

;

في هذه الحالة ، تشير القيمة التي تم الحصول عليها لمعامل التوصيل الحراري إلى متوسط درجة الحرارة T m = 0.5 (T 1 + T 2).

على الرغم من بساطتها المادية ، إلا أن التنفيذ العملي لهذه الطريقة له صعوباته الخاصة المرتبطة بصعوبة إنشاء مجال درجة حرارة ثابتة أحادي البعد في العينات قيد الدراسة مع مراعاة فقد الحرارة.

وصف للمعمل.

يتم تحديد معامل التوصيل الحراري من خلال إعداد معمل يعتمد على طريقة محاكاة العمليات الفيزيائية الحقيقية. يتكون التثبيت من جهاز كمبيوتر متصل بتخطيط منطقة العمل ، والذي يتم عرضه على شاشة العرض. تم إنشاء قسم العمل عن طريق القياس مع القسم الحقيقي ويظهر مخططه في الشكل. 2.

الصورة 2. مخطط قسم العمل للتثبيت

يتكون قسم العمل من عينتين من البلاستيك الفلوري 12 ، مصنوعة على شكل أقراص بسمك  = 5 مم وقطر د = 140 مم. توضع العينات بين السخان 10 بارتفاع h = 12 مم وقطر d h = 146 مم وثلاجة 11 مبردة بالماء. يتم إنشاء التدفق الحراري بواسطة عنصر تسخين بمقاومة كهربائية R = 41 أوم ومبرد 11 مع أخاديد لولبية للدوران الموجه لمياه التبريد. وبالتالي ، فإن التدفق الحراري الذي يمر عبر عينات البلاستيك الفلوري المدروسة يتم نقله بعيدًا عن طريق تدفق الماء عبر الثلاجة. يمر جزء من الحرارة من السخان عبر الأسطح النهائية إلى البيئة ، لذلك ، لتقليل هذه الخسائر الشعاعية ، يتم توفير غلاف عازل للحرارة 13 ، مصنوع من الأسمنت الأسبستي ( k = 0.08 W / (mdeg)) . الغلاف ذو الارتفاع h k = 22 mm مصنوع على شكل أسطوانة مجوفة بقطر داخلي d h = 146 mm وقطر خارجي d k = 190 mm. يتم قياس درجة الحرارة باستخدام سبعة مزدوجات حرارية كروميل كوبل (نوع XK). 1 ... 7 ، مثبتة في نقاط مختلفة من منطقة العمل. يسمح لك مفتاح مستشعر درجة الحرارة 15 بقياس EMF الحراري بشكل تسلسلي لجميع مستشعرات درجة الحرارة السبعة. يتم تثبيت Thermocouple 7 على السطح الخارجي للغلاف العازل للحرارة لتحديد تسرب الحرارة من خلاله.

ترتيب العمل.

3.1. يتم تحديد وضع درجة حرارة التشغيل للتثبيت عن طريق ضبط درجة حرارة السطح الساخن للألواح T g في حدود 35 درجة مئوية إلى 120 درجة مئوية.

3.2 في لوحة التحكم الخاصة بالتثبيت ، يتم تشغيل مفاتيح التبديل لتزويد أجهزة المؤشر التي تسجل الجهد على السخان الكهربائي U ، والحرارة EMF لمستشعرات درجة الحرارة E ومفتاح التبديل لتشغيل التدفئة على التوالي.

3.3 عن طريق تدوير مقبض الريوستات بسلاسة ، يتم ضبط الجهد المطلوب على السخان. يتم إجراء مقاومة متغيرة في نسخة متدرجة ، لذلك يتغير الجهد في خطوات. يجب أن يكون الجهد U ودرجة الحرارة T g متوافقين مع بعضهما البعض وفقًا للاعتماد الموضح في الشكل 3.

تين. 3. منطقة العملتدفئة.

3.4. من خلال استجواب مستشعرات درجة الحرارة على التوالي باستخدام المفتاح 15 ، يتم تحديد قيم EMF الحرارية لسبعة مزدوجات حرارية ، والتي ، جنبًا إلى جنب مع قيمة U ، يتم تسجيلها في بروتوكول التجربة (انظر الجدول 1). يتم تسجيل القراءات بواسطة أجهزة المؤشر الموجودة على لوحة التحكم ، والتي يتم نسخ قراءاتها على شاشة الكمبيوتر.

3.5 في نهاية التجربة ، يتم نقل جميع الأجهزة التنظيمية للتركيب إلى موقعها الأصلي.

3.6 يتم إجراء تجارب متكررة (يجب أن يكون العدد الإجمالي لها 3 على الأقل) وفي قيم أخرى لـ T g بالطريقة المنصوص عليها في الفقرات. 3.1 ... 3.5.

معالجة نتائج القياس.

4.1 وفقًا لخاصية المعايرة للمزدوجة الحرارية Chromel-copel ، فإن قراءات مجسات درجة الحرارة تحويلها إلى درجات كلفن. .

4.2 يتم تحديد متوسط درجات حرارة الأسطح الباردة الداخلية والخارجية للعينات

أين أنا رقم المزدوجة الحرارية.

4.3 يتم تحديد التدفق الحراري الكلي الناتج عن السخان الكهربائي

، دبليو

حيث U هو جهد التيار الكهربائي ، V ؛

R = 41 أوم - مقاومة السخان الكهربائي.

4.4 يتم تحديد التدفق الحراري المفقود نتيجة انتقال الحرارة عبر الغلاف

حيث k هو المعامل الذي يميز عملية انتقال الحرارة عبر الغلاف.

، W / (م 2 درجة)

حيث  k = 0.08 W / (mdeg) - معامل التوصيل الحراري لمادة الغلاف ؛

د ن \ u003d 0.146 م - القطر الخارجي للسخان ؛

د ك = 0.190 م - القطر الخارجي للغلاف ؛

ح ن \ u003d 0.012 م - ارتفاع السخان ؛

ح ك = 0.022 م - ارتفاع الغلاف.

T t - درجة حرارة السطح الخارجي للغلاف ، تحددها المزدوجة الحرارية السابعة

4.5 يتم تحديد التدفق الحراري الذي يمر عبر العينات قيد الدراسة عن طريق التوصيل الحراري

، دبليو

4.6 يتم تحديد معامل التوصيل الحراري للمادة قيد الدراسة

، W / (mdeg)

حيث Q  - تدفق الحرارة الذي يمر عبر عينة الاختبار من خلال الموصلية الحرارية ، W ؛

 = 0.005 م - سماكة العينة ؛

- مساحة سطح عينة واحدة ، م 2 ؛

د = 0.140 م - قطر العينة ؛

T g ، T x هي درجات حرارة الأسطح الساخنة والباردة للعينة ، على التوالي ، K.

4.7 يعتمد معامل التوصيل الحراري على درجة الحرارة ، لذلك تشير القيم التي تم الحصول عليها لـ معدل الحرارةعينة

يتم إدخال نتائج معالجة البيانات التجريبية في الجدول 1.

الجدول 1

نتائج القياسات ومعالجة البيانات التجريبية

قراءات المزدوجة الحرارية ، بالسيارات / ك

ه 1

4.8 باستخدام الطريقة الرسومية التحليلية لمعالجة النتائج التي تم الحصول عليها ، نحصل على اعتماد معامل التوصيل الحراري للمادة قيد الدراسة  على متوسط درجة حرارة العينة T m في النموذج

حيث يتم تحديد  0 و b- بيانياً بناءً على تحليل الرسم البياني للاعتماد  = f (T m).

أسئلة التحكم

ما هي الطرق الرئيسية لانتقال الحرارة؟

ما هي الموصلية الحرارية؟

ما هي مميزات آلية التوصيل الحراري في الموصلات والعوازل الصلبة؟

ما هي القوانين التي تصف عملية التوصيل الحراري؟

ما هو الجدار المسطح؟

ما هي شروط الحدود؟

ما هي طبيعة تغير درجة الحرارة في الجدار المسطح؟

ما المعنى المادي لمعامل التوصيل الحراري؟

لماذا تحتاج إلى معرفة معامل التوصيل الحراري مواد متعددةوكيف يتم تحديد قيمتها؟

ماذا يكون السمات المنهجيةطريقة الطبقة المسطحة؟

دراسة نقل الحرارة تحت الحمل الحر

الهدف من العمل: لدراسة قوانين انتقال الحرارة بالحمل الحراري باستخدام مثال انتقال الحرارة أثناء الحمل الحراري في حالات التدفق العرضي والطولي حول سطح ساخن. اكتساب مهارات معالجة نتائج التجارب وتقديمها بشكل عام.

يمارس:

1. تحديد القيم التجريبية لمعاملات انتقال الحرارة من أسطوانة أفقية وأسطوانة عمودية إلى وسط تحت الحمل الحراري الحر.

2. من خلال معالجة البيانات التجريبية ، احصل على معلمات المعادلات المعيارية التي تميز عملية الحمل الحراري بالنسبة للأسطح الأفقية والرأسية.

أحكام نظرية أساسية.

هناك ثلاث طرق رئيسية لنقل الحرارة ، والتي تختلف اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض في طبيعتها الفيزيائية:

توصيل حراري؛

الحمل الحراري.

الإشعاع الحراري.

مع التوصيل الحراري ، تكون ناقلات الطاقة الحرارية عبارة عن جزيئات دقيقة للمادة - الذرات والجزيئات ، مع الإشعاع الحراري - الموجات الكهرومغناطيسية.

الحمل- هذه طريقة لنقل الحرارة عن طريق تحريك كميات كبيرة من المادة من نقطة في الفضاء إلى أخرى.

وبالتالي ، فإن الحمل الحراري ممكن فقط في الوسائط التي لها خاصية السيولة - الغازات والسوائل. في نظرية نقل الحرارة ، يُشار إليها عمومًا بالمصطلح "سائل"دون تمييز - ما لم ينص على خلاف ذلك - بين اسقاط السوائل والغازات. عملية نقل الحرارة بالحمل الحراري ، كقاعدة عامة ، تكون مصحوبة بالتوصيل الحراري. تسمى هذه العملية نقل الحرارة بالحمل.

نقل الحرارة بالحملهي عملية مشتركة لنقل الحرارة عن طريق الحمل الحراري والتوصيل الحراري.

في الممارسة الهندسية ، غالبًا ما يتعاملون مع عملية التبادل الحراري بالحمل الحراري بين سطح الجسم الصلب (على سبيل المثال ، سطح جدار الفرن ، جهاز التسخين ، إلخ) والسوائل المحيطة بهذا السطح. هذه العملية تسمى التشتت الحراري.

التشتت الحراري– حالة خاصةالتبادل الحراري الحراري بين سطح الجسم الصلب (الجدار) والسوائل المحيطة به.

يميز قسري وحر (طبيعي)الحمل.

الحراري الجبرييحدث تحت تأثير قوى الضغط التي يتم إنشاؤها بالقوة ، على سبيل المثال ، بواسطة مضخة ، مروحة ، إلخ.

الحمل الحراري الطبيعي أو الحريحدث تحت تأثير قوى الكتلة ذات الطبيعة المختلفة: الجاذبية ، الطرد المركزي ، الكهرومغناطيسية ، إلخ.

على الأرض ، يحدث الحمل الحراري تحت تأثير الجاذبية ، لذلك يطلق عليه الحمل الحراري الثقالي. القوة الدافعة للعملية في هذه الحالة هي قوة الرفع التي تحدث في الوسط في وجود عدم تجانس في توزيع الكثافة داخل الحجم المدروس. أثناء انتقال الحرارة ، ينشأ هذا التباين بسبب حقيقة أن العناصر الفردية للوسط يمكن أن تكون في درجات حرارة مختلفة. في هذه الحالة ، العناصر الأكثر سخونة ، وبالتالي العناصر الأقل كثافة من الوسط ، تحت تأثير قوة الرفع ، ستتحرك للأعلى ، وتحمل الحرارة معها ، وستتدفق العناصر الأكثر برودة ، وبالتالي العناصر الأكثر كثافة من الوسط إلى المكان الشاغر كما هو مبين في الشكل. 1.

أرز. 1. طبيعة حركة التدفقات في سائل تحت الحمل الحراري

إذا كان هناك مصدر ثابت للحرارة في هذا المكان ، فعند التسخين ، ستنخفض كثافة العناصر المسخنة في الوسط ، وستبدأ أيضًا في الطفو. لذلك ، طالما كان هناك اختلاف في كثافات العناصر الفردية للوسيط ، سيستمر تداولها ، أي سوف يستمر الحمل الحراري. يُطلق على الحمل الحراري الذي يحدث في أحجام كبيرة من الوسط ، حيث لا شيء يمنع تطور تدفقات الحمل الحراري حمل حر في مساحة غير محدودة. يحدث الحمل الحراري المجاني في مساحة غير محدودة ، على سبيل المثال ، في تدفئة الأماكن ، وتسخين المياه في غلايات الماء الساخن ، والعديد من الحالات الأخرى. إذا تم منع تطور التدفقات الحملية بواسطة جدران القنوات أو الطبقات البينية المملوءة بالسوائل ، فإن العملية في هذه الحالة تسمى الحمل الحراري في مساحة محدودة. تحدث هذه العملية ، على سبيل المثال ، أثناء التبادل الحراري داخل فجوات الهواء بين إطارات النوافذ.

القانون الأساسي الذي يصف عملية نقل الحرارة بالحمل الحراري هو قانون نيوتن ريتشمان. في شكل تحليلي لنظام درجة الحرارة الثابتة لنقل الحرارة ، يكون له الشكل التالي:

أين
- المقدار الأولي للحرارة المنبعثة لفترة زمنية أولية
من مساحة سطح أولية
;

- درجة حرارة الجدار

- درجة حرارة السائل

- معامل انتقال الحرارة.

معامل انتقال الحرارةيوضح مقدار الحرارة المنبعثة لكل وحدة زمنية من سطح الوحدة عندما يكون اختلاف درجة الحرارة بين الجدار والسائل درجة واحدة. وحدة قياس معامل انتقال الحرارة في النظام الدولي للوحدات هي W / م 2 درجة. من خلال عملية ثابتة ثابتة ، يمكن تحديد معامل انتقال الحرارة من التعبير:

، W / م 2 ∙ غراد

أين - تدفق الحرارة ، W ؛

- مساحة سطح التبادل الحراري ، م 2 ؛

- فرق درجة الحرارة بين السطح والسائل ، درجة.

يميز معامل انتقال الحرارة شدة انتقال الحرارة بين الجدار والسائل المحيط به. بطبيعته الفيزيائية ، يعتبر نقل الحرارة بالحمل عملية معقدة للغاية. يعتمد معامل نقل الحرارة على عدد كبير جدًا من المعلمات المختلفة - الخصائص الفيزيائية للسائل ، وطبيعة تدفق السائل ، وسرعة تدفق السائل ، وحجم وشكل القناة ، بالإضافة إلى العديد من العوامل الأخرى. في هذا الصدد ، من المستحيل إعطاء اعتماد عام لإيجاد معامل انتقال الحرارة نظريًا

يمكن تحديد معامل نقل الحرارة بشكل أكثر دقة وموثوقية تجريبيًا على أساس المعادلة (2). ومع ذلك ، في الممارسة الهندسية ، عند حساب عمليات نقل الحرارة في مختلف الأجهزة التقنية، كقاعدة عامة ، لا يمكن تحديد قيمة معامل نقل الحرارة بشكل تجريبي في ظل ظروف كائن كامل الحجم حقيقي بسبب التعقيد والتكلفة العالية لإعداد مثل هذه التجربة. في هذه الحالة ، لحل مشكلة تحديد ، يأتي الإنقاذ نظرية التشابه.

رئيسي قيمة عمليةتكمن نظرية التشابه في حقيقة أنها تسمح بتعميم نتائج تجربة منفصلة أجريت على نموذج في ظروف معملية على فئة كاملة من العمليات الحقيقية والأشياء المشابهة للعملية المدروسة في النموذج. يمكن أن يمتد مفهوم التشابه ، المعروف جيدًا فيما يتعلق بالأشكال الهندسية ، إلى أي عمليات وظواهر فيزيائية.

فئة الظواهر الفيزيائيةهي مجموعة من الظواهر التي يمكن وصفها بنظام عام واحد من المعادلات ولها نفس الطبيعة الفيزيائية.

ظاهرة واحدة- هذا جزء من فئة من الظواهر الفيزيائية التي تختلف في ظروف تفرد معينة (هندسية ، فيزيائية ، أولية ، حدية).

ظواهر مماثلة- مجموعة من الظواهر من نفس الفئة بنفس شروط التفرد ، باستثناء القيم العددية للكميات الواردة في هذه الشروط.

تستند نظرية التشابه إلى حقيقة أنه يمكن دمج الكميات الفيزيائية الأبعاد التي تميز الظاهرة مجمعات بلا أبعادوبهذه الطريقة يكون عدد هذه المجمعات أقل من عدد الكميات ذات الأبعاد. تسمى المجمعات التي تم الحصول عليها بدون أبعاد معايير التشابه. معايير التشابه لها معنى مادي معين وتعكس تأثير ليس كمية مادية واحدة ، ولكن مجموعتها الكاملة المدرجة في المعيار ، مما يبسط إلى حد كبير تحليل العملية قيد الدراسة. يمكن تمثيل العملية نفسها في هذه الحالة على أنها تبعية تحليلية
بين معايير التشابه
تميز جوانبها الفردية. تسمى هذه التبعيات معادلات المعيار. تمت تسمية معايير التشابه على اسم العلماء الذين قدموا مساهمة كبيرة في تطوير الديناميكا المائية ونظرية نقل الحرارة - نوسيلت ، وبراندتل ، وجراشوف ، ورينولدز ، وكيربيتشيف وغيرهم.

تستند نظرية التشابه على 3 نظريات تشابه.

النظرية الأولى:

الظواهر المتشابهة مع بعضها لها نفس معايير التشابه..

توضح هذه النظرية أنه في التجارب من الضروري قياس الكميات الفيزيائية فقط الواردة في معايير التشابه.

النظرية الثانية:

يمكن دائمًا تمثيل المعادلات الرياضية الأولية التي تميز ظاهرة فيزيائية معينة كعلاقة بين معايير التشابه التي تميز هذه الظاهرة.

تسمى هذه المعادلات معياري. توضح هذه النظرية أنه يجب تقديم نتائج التجارب في شكل معادلات معيارية.

النظرية الثالثة.

تتشابه تلك الظواهر التي تتساوى فيها معايير التشابه ، المكونة من ظروف التفرد.

تحدد هذه النظرية الشرط اللازم لإثبات التشابه المادي. يتم استدعاء معايير التشابه المكونة من شروط التفرد تعريف. يحددون المساواة بين كل الآخرين أو مُعرفمعايير التشابه ، والتي هي في الواقع موضوع نظرية التشابه الأولى. وهكذا ، فإن نظرية التشابه الثالثة تطور وتعمق النظرية الأولى.

عند دراسة انتقال الحرارة بالحمل الحراري ، غالبًا ما يتم استخدام معايير التشابه التالية.

معيار رينولدز (يكرر) - يميز النسبة بين قوى القصور الذاتي وقوى الاحتكاك اللزج التي تعمل في السائل. تميز قيمة معيار رينولدز نظام تدفق السوائل تحت الحمل القسري.

أين - سرعة السائل

- معامل اللزوجة الحركية للسائل ؛

- تحديد الحجم.

معيار Grashof (غرام) - يميز النسبة بين قوى الاحتكاك اللزج وقوة الرفع المؤثرة في السائل تحت الحمل الحراري الحر. تميز قيمة معيار Grashof نظام تدفق السوائل تحت الحمل الحراري.

أين - تسارع الجاذبية؛

- تحديد الحجم ؛

- معامل درجة حرارة التمدد الحجمي للسائل (للغازات
، أين - تحديد درجة الحرارة على مقياس كلفن) ؛

- اختلاف درجة الحرارة بين الجدار والسائل ؛

- درجة حرارة الجدار والسائل على التوالي ؛

- معامل اللزوجة الحركية للسائل.

معيار نسلت (نو) - يميز النسبة بين كمية الحرارة المنقولة من خلال الموصلية الحرارية وكمية الحرارة المنقولة من خلال الحمل الحراري أثناء التبادل الحراري بالحمل الحراري بين سطح الجسم الصلب (الجدار) والسائل ، أي أثناء تبديد الحرارة.

أين - معامل انتقال الحرارة؛

- تحديد الحجم ؛

- معامل التوصيل الحراري للسائل عند حدود الجدار والسائل.

معيار Peclet (بي) - يميز النسبة بين كمية الحرارة المتلقاة (المعطاة) بواسطة تدفق السائل وكمية الحرارة المنقولة (المعطاة) من خلال نقل الحرارة بالحمل الحراري.

أين - معدل تدفق السوائل.

- تحديد الحجم ؛

- معامل الانتشار الحراري ؛

- على التوالي ، معامل التوصيل الحراري ، السعة الحرارية متساوية الضغط ، كثافة السائل.

معيار Prandtl (العلاقات العامة) يميز الخصائص الفيزيائية للسائل.

أين - معامل اللزوجة الحركية.

- معامل الانتشار الحراري للسائل.

من معايير التشابه المدروسة ، يمكن ملاحظة أن المعلمة الأكثر أهمية في حساب عمليات نقل الحرارة بالحمل الحراري التي تميز كثافة العملية ، أي معامل نقل الحرارة  ، تم تضمينها في التعبير عن معيار Nusselt. أدى ذلك إلى حقيقة أنه لحل مشاكل نقل الحرارة بالحمل بالطرق الهندسية القائمة على استخدام نظرية التشابه ، فإن هذا المعيار هو أهم المعايير التي يتم تحديدها. يتم تحديد قيمة معامل انتقال الحرارة في هذه الحالة وفقًا للتعبير التالي

في هذا الصدد ، تُكتب معادلات المعيار عادةً في شكل حل فيما يتعلق بمعيار Nusselt ولها شكل دالة طاقة

أين
- قيم معايير التشابه التي تميز الجوانب المختلفة للعملية قيد الدراسة ؛

- الثوابت العددية المحددة على أساس البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها في دراسة فئة من الظواهر المتشابهة على النماذج تجريبياً.

اعتمادًا على نوع الحمل والظروف المحددة للعملية ، قد تختلف مجموعة معايير التشابه المدرجة في معادلة المعيار وقيم الثوابت وعوامل التصحيح.

في التطبيق العملي لمعادلات المعيار ، تعتبر مسألة الاختيار الصحيح للحجم المحدد وتحديد درجة الحرارة أمرًا مهمًا. تعد درجة الحرارة المحددة ضرورية للتحديد الصحيح لقيم الخصائص الفيزيائية للسائل المستخدم في حساب قيم معايير التشابه. يعتمد اختيار الحجم المحدد على الموضع النسبي لتدفق السائل والسطح المغسول ، أي على طبيعة تدفقه. عند القيام بذلك ، يجب أن يسترشد المرء بالتوصيات المتاحة للحالات النموذجية التالية.

الحمل القسري أثناء حركة السائل داخل أنبوب دائري.

هو القطر الداخلي للأنبوب.

الحمل القسري أثناء حركة السوائل في قنوات المقطع العرضي التعسفي.

- القطر المكافئ ،

أين - مربع المقطع العرضيقناة؛

- محيط القسم.

التدفق العرضي حول أنبوب دائري مع حمل حراري (أنبوب أفقي (انظر الشكل 2) مع الحمل الحراري الثقالي)

هو القطر الخارجي للأنبوب.

الصورة 2. طبيعة التدفق حول أنبوب أفقي تحت الحمل الحراري الثقالي

التدفق الطولي حول جدار مسطح (أنبوب) (انظر الشكل 3) تحت الحمل الحراري الثقالي.

- ارتفاع الجدار (طول الأنبوب).

أرز. 3. طبيعة التدفق عبر جدار عمودي (أنبوب) تحت الحمل الحراري الثقالي.

تحديد درجة الحرارة ضروري للتحديد الصحيح للخصائص الفيزيائية الحرارية للوسط ، والتي تتغير قيمها حسب درجة الحرارة.

في نقل الحرارة ، يتم أخذ المتوسط الحسابي بين درجة حرارة الجدار والسائل على أنه درجة الحرارة المحددة

في حالة التبادل الحراري الحراري بين العناصر الفردية للوسط داخل الحجم قيد النظر ، يتم أخذ المتوسط الحسابي بين درجات حرارة عناصر الوسط المتضمن في التبادل الحراري على أنه درجة الحرارة المحددة.

في هذا البحث ، نأخذ في الاعتبار إجراء إجراء تجربة معملية وتقنية للحصول على معادلات معيارية لحالتين نموذجيتين من التدفق حول سطح ساخن (عرضي وطولي) مع الحمل الحراري للغازات المختلفة بالنسبة للأسطوانات الأفقية والعمودية.

الجزء التجريبي.

الوكالة الفيدرالية للتنظيم التقني والمقاييس

وطني

معيار

الروسية

الاتحاد

التراكيب

طبعة رسمية

Strshdfttftsm

GOST R 57967-2017

مقدمة

1 أعدته المؤسسة الاتحادية الحكومية الموحدة "معهد البحث العلمي لعموم روسيا لمواد الطيران" بالاشتراك مع المنظمة المستقلة غير التجارية "مركز التقنين والتوحيد القياسي وتصنيف المواد المركبة" بمشاركة الرابطة الكيانات القانونية"اتحاد مصنعي المركبات" استنادًا إلى الترجمة الرسمية إلى الروسية للنسخة الإنجليزية من المعيار المحدد في الفقرة 4 ، والتي تمت بواسطة TC 497

2 مقدمة من اللجنة الفنية للتوحيد القياسي TK 497 "المركبات والهياكل والمنتجات منها"

3 تمت الموافقة عليها وتقديمها بموجب الأمر رقم 1785-st المؤرخ 21 نوفمبر 2017 للوكالة الفيدرالية للتنظيم الفني والمقاييس

4 هذا المعيار عبارة عن تعديل لطريقة الاختبار القياسية ASTM E1225-13 للتوصيل الحراري للمواد الصلبة باستخدام تقنية Guard ed-Comparative -Longitud Heat Flow Flow "، MOD) من خلال تغيير هيكلها لجعلها تتماشى مع القواعد المنصوص عليها في GOST 1.5 -2001 (الأقسام الفرعية 4.2 و 4.3).

لا تتضمن هذه المواصفة القياسية البنود 5. 12. البنود الفرعية 1.2 ، 1.3 من معيار ASTM المطبق. التي من غير المناسب استخدامها في التقييس الوطني الروسي بسبب فائضها.

البنود والبنود الفرعية المحددة ، غير المدرجة في الجزء الرئيسي من هذه المواصفة القياسية ، ترد في الملحق الإضافي نعم.

تم تغيير اسم هذا المعيار بالنسبة إلى اسم معيار ASTM المحدد لجعله يتماشى مع GOST R 1.5-2012 (القسم الفرعي 3.5).

توجد مقارنة بين هيكل هذه المواصفة القياسية وبنية معيار ASTM المحدد في الملحق الإضافي DB.

معلومات حول امتثال المعيار الوطني المرجعي لمعيار ASTM. تستخدم كمرجع في معيار ASTM المطبق. ترد في الملحق الإضافي DV

5 تم تقديمها للمرة الأولى

تم تحديد قواعد تطبيق هذا المعيار في البند 26 قانون اتحاديبتاريخ 29 يونيو 2015 N9 162-FZ "بشأن التقييس في الاتحاد الروسي". يتم نشر معلومات حول التغييرات التي تطرأ على هذا المعيار في دليل المعلومات السنوي (اعتبارًا من 1 يناير من العام الحالي) "المعايير الوطنية" ، والنص الرسمي للتغييرات ونصف عام - في فهرس المعلومات الشهري "المعايير الوطنية". في حالة مراجعة (استبدال) أو إلغاء هذا المعيار ، سيتم نشر إشعار مقابل في العدد التالي من فهرس المعلومات الشهري "المعايير الوطنية". معلومات ذات صلة. يتم وضع الإخطار والنصوص أيضًا في نظام المعلومات الاستخدام الشائع- على الموقع الرسمي للوكالة الاتحادية للرقابة الفنية والمقاييس على الإنترنت ()

لا يمكن إعادة إنتاج هذا المعيار كليًا أو جزئيًا أو استنساخه وتوزيعه كمنشور رسمي دون إذن من الوكالة الفيدرالية للتنظيم الفني والمقاييس

GOST R 57967-2017

1 مجال الاستخدام ............................................ .................. 1

3 المصطلحات والتعاريف والتسميات ... ... ....... 1

4 جوهر الطريقة ... ....... ................... 2

5 المعدات والمواد ... ................. ............. 4

6 التحضير للاختبار ... ................ ... أحد عشر

7 الاختبار ... .............................. ............... 12

8 معالجة نتائج الاختبار ... .................... ....... 13

9 تقرير الاختبار ... ................ .................. 13

الملحق نعم (إعلامي) النص الأصلي للعناصر الهيكلية غير المدرجة

معيار ASTM المطبق ............................................... ..15

الملحق DB (إعلامي) مقارنة بين هيكل هذه المواصفة القياسية والهيكل

معيار ASTM المطبق فيه ............................................ ... 18

الملحق DV (إعلامي) معلومات حول امتثال المعيار الوطني المرجعي لمعيار ASTM. تستخدم كمرجع في معيار ASTM المطبق ... ......................... ............. 19

GOST R 57967-2017

المعيار الوطني للاتحاد الروسي

التراكيب

تحديد الموصلية الحرارية للمواد الصلبة بطريقة التدفق الحراري الثابت أحادي البعد بواسطة سخان واقي

المركبات. تحديد التوصيل الحراري للمواد الصلبة عن طريق التدفق الحراري الثابت أحادي البعد

مع تقنية سخان الحراسة

تاريخ التقديم - 2018-06-01

1 مجال الاستخدام

1.1 تحدد هذه المواصفة القياسية الدولية تحديد الموصلية الحرارية للبوليمر الصلب غير الشفاف المتجانسة والمركبات الخزفية والمعدنية عن طريق طريقة التدفق الحراري أحادي البعد بالحالة المستقرة مع سخان واقي.

1.2 تهدف هذه المواصفة القياسية الدولية إلى استخدامها في اختبار المواد التي لها موصلية حرارية فعالة في النطاق من 0.2 إلى 200 واط / (م - كلفن) في نطاق درجة حرارة من 90 كلفن إلى 1300 كلفن.

1.3 يمكن أيضًا تطبيق هذه المواصفة القياسية على المواد ذات التوصيل الحراري الفعال خارج النطاقات المحددة بدقة أقل.

2 المراجع المعيارية

يستخدم هذا المعيار مراجع معيارية للمعايير التالية:

خشونة السطح GOST 2769. المعلمات والخصائص

GOST R 8.585.0000 نظام الدولةضمان توحيد القياسات. المزدوجات الحرارية. تقييم خصائص التحويل الثابت

ملاحظة - عند استخدام هذا المعيار ، يُنصح بالتحقق من صلاحية المعايير المرجعية في نظام المعلومات العامة - على الموقع الرسمي للوكالة الفيدرالية للتنظيم الفني والمقاييس على الإنترنت أو وفقًا لمؤشر المعلومات السنوي "المعايير الوطنية" ، الذي تم نشره اعتبارًا من 1 يناير من العام الحالي ، وبشأن إصدارات فهرس المعلومات الشهري "المعايير الوطنية" هذا العام. إذا تم استبدال معيار مرجعي غير مؤرخ ، يوصى باستخدام الإصدار الحالي من هذا المعيار ، مع مراعاة أي تغييرات تم إجراؤها على هذا الإصدار. إذا تم استبدال المعيار المرجعي الذي تم تقديم المرجع المؤرخ له ، فمن المستحسن استخدام إصدار هذا المعيار مع سنة الموافقة (القبول) المشار إليها أعلاه. إذا تم ، بعد الموافقة على هذا المعيار ، إجراء تغيير على المعيار المرجعي الذي أعطيت له ذراع التسوية المؤرخة ، مما يؤثر على الحكم الذي تم تقديم المرجع إليه ، فمن المستحسن تطبيق هذا الحكم دون مراعاة هذا التغيير. إذا تم إلغاء المعيار المرجعي بدون استبدال ، فمن المستحسن تطبيق الحكم الذي يتم فيه الإشارة إليه في الجزء الذي لا يؤثر على هذا المرجع.

3 المصطلحات والتعاريف والرموز

3.1 تُستخدم المصطلحات التالية في هذا المعيار مع التعريفات الخاصة بكل منها:

3.1.1 الموصلية الحرارية / .. W / (م · ك)

طبعة رسمية

GOST R 57967-2017

3.1.2 التوصيل الحراري الظاهري تمثل الموصلية الحرارية الظاهرة أو الفعالة.

3.2 8 من هذا المعيار ، يتم استخدام التسميات التالية:

3.2.1 X M (T)، W / (m K) - الموصلية الحرارية للعينات المرجعية حسب درجة الحرارة.

3.2.2 Eci، W / (m · K) - الموصلية الحرارية للعينة المرجعية العليا.

3.2.3 Xj '. 8t / (m · K) - الموصلية الحرارية للعينة المرجعية السفلية.

3.2.4 edT) ، W / (m · K) - الموصلية الحرارية لعينة الاختبار ، المصححة لنقل الحرارة ، إذا لزم الأمر.

3.2.5 X "$ (T)، W / (m K) - الموصلية الحرارية لعينة الاختبار ، محسوبة بدون تصحيح لانتقال الحرارة.

3.2.6> y (7)، W / (m K) - الموصلية الحرارية للعزل حسب درجة الحرارة.

3.2.7 T، K - درجة الحرارة المطلقة.

3.2.8 Z، m - المسافة المقاسة من الطرف العلوي للعبوة.

3.2.9 /، م - طول عينة الاختبار.

3.2.10 G (، K - درجة الحرارة عند Z r

3.2.11 q "، W / m 2 - التدفق الحراري لكل وحدة مساحة.

3.2.12 ZX LT ، وما إلى ذلك - الانحرافات X. G. إلخ.

3.2.13 g A، m نصف قطر عينة الاختبار.

3.2.14 g in، m - نصف القطر الداخلي للقذيفة الواقية.

3.2.15 f 9 (Z)، K - درجة حرارة غلاف الاحتواء اعتمادًا على المسافة Z.

4 جوهر الطريقة

4.1 المخطط العامطريقة التدفق الحراري الثابت أحادي البعد باستخدام سخان أمان موضحة في الشكل 1. اختبار العينة مع التوصيل الحراري غير المعروف X s. لها الموصلية الحرارية المقدرة X s // s. توضع تحت الحمل بين عينتين مرجعيتين للتوصيل الحراري X م لهما نفس منطقة المقطع العرضي والتوصيل الحراري X ^ // ^. التصميم عبارة عن حزمة تتكون من سخان قرص مع عينة اختبار وعينات مرجعية على كل جانب بين المدفأة والمشتت الحراري. يتم إنشاء تدرج درجة الحرارة في حزمة الاختبار ، ويتم تقليل فقد الحرارة إلى الحد الأدنى باستخدام سخان وقائي طولي له نفس تدرج درجة الحرارة تقريبًا. يتدفق ما يقرب من نصف الطاقة عبر كل عينة. في حالة التوازن ، يتم تحديد معامل التوصيل الحراري من تدرجات درجة الحرارة المقاسة * لعينة الاختبار والعينات المرجعية المقابلة والتوصيل الحراري للمواد المرجعية.

4.2 تطبيق القوة على الكيس لضمان الاتصال الجيد بين العينات. العبوة محاطة بمادة عازلة ذات موصلية حرارية ، والعزل محاط بغلاف واقي * بنصف قطر r 8 ، يقع عند درجة حرارة T d (2). أنشئ تدرجًا لدرجة الحرارة في الكيس عن طريق الحفاظ على الجزء العلوي عند درجة حرارة T t والجزء السفلي عند درجة حرارة T in. عادة ما تكون درجة الحرارة T 9 (Z) عبارة عن تدرج درجة حرارة خطي ، يتوافق تقريبًا مع التدرج المحدد في العبوة التي تم فحصها. سخان أمان متساوي الحرارة مع درجة حرارة T؟ (ض). يساوي متوسط درجة حرارة عينة الاختبار. لا يوصى باستخدام تصميم خلية قياس الجهاز بدون سخانات واقية بسبب فقد الحرارة الكبير المحتمل ، خاصة في درجات الحرارة المرتفعة. في حالة الثبات ، يتم حساب تدرجات درجة الحرارة على طول الأقسام من درجات الحرارة المقاسة على طول العينة المرجعية وعينة الاختبار. يتم حساب قيمة X "s دون مراعاة تصحيح انتقال الحرارة بواسطة الصيغة ( الاتفاقياتهو مبين في الشكل 2).

T 4 -G 3 2 U 2 -Z، Z e -Z 5

حيث Г، - درجة الحرارة عند Z ،. K T 2 - درجة الحرارة عند Z 2 ، K G 3 - درجة الحرارة عند Z 3. ل

GOST R 57967-2017

Г 4 - درجة الحرارة عند Z 4. ل؛

Г 5 - درجة الحرارة عند Z s. ل:

Г в - درجة الحرارة عند Z e. ل:

Z - تنسيق مستشعر درجة الحرارة الأول ، م ؛

Zj - تنسيق مستشعر درجة الحرارة الثاني ، م ؛

Z 3 - تنسيق مستشعر درجة الحرارة الثالث ، م ؛

Z 4 - تنسيق مستشعر درجة الحرارة الرابع ، م ؛

Z 5 - تنسيق مستشعر درجة الحرارة الخامس ، م ؛

Z e - تنسيق مستشعر درجة الحرارة السادس ، م.

يعتبر هذا المخطط مثاليًا ، لأنه لا يأخذ في الاعتبار انتقال الحرارة بين العبوة والعزل في كل نقطة ونقل الحرارة المنتظم في كل واجهة بين العينات المرجعية وعينة الاختبار. يمكن أن تختلف الأخطاء الناتجة عن هذين الافتراضين بشكل كبير. بسبب هذين العاملين ، يجب وضع قيود على طريقة الاختبار هذه. إذا كنت ترغب في تحقيق الدقة المطلوبة.

1 - تدرج درجة الحرارة في الغلاف الواقي ؛ 2 - تدرج درجة الحرارة في العبوة ؛ 3 - المزدوجات الحرارية: 4 - مشبك.

S - سخان علوي. ب- العينة المرجعية العلوية: 7- العينة المرجعية السفلية ، ج- السخان السفلي: ج- الثلاجة. 10- سخان الأمان العلوي: I- سخان أمان

الشكل 1 - رسم تخطيطي لحزمة اختبار نموذجية واحتواء ، يوضح تطابق تدرجات درجة الحرارة

GOST R 57967-2017

7 ب

ثلاجة

أوا أويمشبرمي

عازلة؛ 2- سخان امن. ه - غلاف واقي من المعدن أو السيراميك: 4 - سخان. S - العينة المرجعية ، ب - عينة الاختبار ، x - الموقع التقريبي للمزدوجات الحرارية

الشكل 2 - مخطط طريقة التدفق الحراري الثابت أحادي البعد باستخدام سخان أمان ، مع الإشارة إلى المواقع المحتملة لتركيب مستشعرات درجة الحرارة

5 المعدات والمواد

5.1 العينات المرجعية

5.1.1 بالنسبة للعينات المرجعية ، يجب استخدام المواد المرجعية أو المواد المرجعية مع القيم المعروفةتوصيل حراري. يسرد الجدول 1 بعض المواد المرجعية المعترف بها بشكل شائع. يوضح الشكل 3 مثالاً للتغيير في>. م مع درجة الحرارة * تورا.

GOST R 57967-2017

Typlofoaodoost ، EGL ^ m-K)

الشكل 3 - القيم المرجعية للتوصيل الحراري للمواد المرجعية

ملاحظة: يجب أن يكون للمادة المختارة للعينات المرجعية موصلية حرارية أقرب إلى تلك الخاصة بالمادة التي يتم قياسها.

5.1.2 الجدول 1 ليس شاملاً ويمكن استخدام مواد أخرى كمرجع. يجب تحديد المادة المرجعية ومصدر قيم X m في تقرير الاختبار.

الجدول 1 - البيانات المرجعية لخصائص المواد المرجعية

GOST R 57967-2017

نهاية الجدول 1

الجدول 2 - التوصيل الحراري للحديد الإلكتروليتي

درجة حرارة. ل	توصيل حراري. W / (م · ك)

GOST R 57967-2017

الجدول 3 - التوصيل الحراري للتنغستن

درجة الحرارة ، ك	توصيل حراري. 6 طن / (م ك)

GOST R 57967-2017

الجدول 4 - التوصيل الحراري للصلب الأوستنيتي

درجة حرارة. ل	الموصلية الحرارية ، W / (m · K)

GOST R 57967-2017

نهاية الجدول 4

5.1.3 تشمل متطلبات أي مواد مرجعية استقرار الخصائص على مدى درجة حرارة التشغيل بالكامل ، والتوافق مع المكونات الأخرى لخلية قياس الجهاز ، وسهولة ربط مستشعر درجة الحرارة ، والتوصيل الحراري المعروف بدقة. نظرًا لأن الأخطاء الناتجة عن فقد الحرارة لزيادة معينة في k تتناسب مع التغيير في k و Jk s ، يجب استخدام المادة المرجعية ج) للعينات المرجعية. م الأقرب إلى>. س .

5-1-4 إذا كانت الموصلية الحرارية لعينة الاختبار k s بين قيم معامل التوصيل الحراري للمادتين المرجعيتين ، فيجب استخدام مادة مرجعية ذات موصلية حرارية أعلى k u. لتقليل انخفاض درجة الحرارة الإجمالية على طول العبوة.

5.2 المواد العازلة

مثل المواد العازلةاستخدام مسحوق ومشتت ومواد ليفية لتقليل تدفق الحرارة الشعاعي في الفراغ الحلقي المحيط بالعبوة وفقدان الحرارة على طول العبوة. هناك عدة عوامل يجب مراعاتها عند اختيار العزل:

يجب أن يكون العزل مستقرًا على مدى درجة الحرارة المتوقعة ، وأن يكون له موصلية حرارية منخفضة k ، وأن يكون من السهل التعامل معه ؛

يجب ألا يلوث العزل مكونات خلية القياس مثل مستشعرات درجة الحرارة ، ويجب أن يكون منخفض السمية ويجب ألا يقوم بتوصيل الكهرباء.

عادة ما تستخدم المساحيق والمواد الصلبة لأنها سهلة الضغط. يمكن استخدام حصائر الألياف منخفضة الكثافة.

5.3 مجسات درجة الحرارة

5.3.1 يجب تركيب مستشعرين لدرجة الحرارة على الأقل في كل عينة مرجعية واثنين على عينة الاختبار. إذا أمكن ، يجب أن تحتوي العينات المرجعية وعينة الاختبار على ثلاثة مستشعرات درجة حرارة لكل منهما. هناك حاجة إلى مستشعرات إضافية لتأكيد الخطية لتوزيع درجة الحرارة على طول العبوة أو لاكتشاف خطأ بسبب مستشعر درجة الحرارة غير المعاير.

5.3.2 يعتمد نوع مستشعر درجة الحرارة على حجم خلية القياس بالجهاز ونطاق درجة الحرارة و بيئةفي خلية القياس بالجهاز ، يتم تحديدها بواسطة العزل والعينات المرجعية وعينة الاختبار والغاز. يمكن استخدام أي مستشعر بدقة كافية لقياس درجة الحرارة ، ويجب أن تكون خلية القياس للجهاز كبيرة بما يكفي بحيث لا يُذكر اضطراب تدفق الحرارة من مستشعرات درجة الحرارة. عادة ما تستخدم المزدوجات الحرارية. هُم حجم صغيروسهولة التثبيت من المزايا الواضحة.

5.3.3 تصنع المزدوجات الحرارية من سلك بقطر لا يتجاوز 0.1 مم. يجب الحفاظ على جميع الوصلات الباردة عند درجة حرارة ثابتة. يتم الحفاظ على درجة الحرارة هذه من خلال الملاط المبرد أو الترموستات أو تعويض النقطة المرجعية الإلكترونية. يجب أن تكون جميع المزدوجات الحرارية مصنوعة إما من سلك أو سلك معاير تم اعتماده من قبل المورد لتلبية حدود الخطأ المحددة في GOST R 8.585.

5.3.4 طرق الربط الحرارية موضحة في الشكل 4. يمكن الحصول على جهات اتصال داخلية في المعادن والسبائك عن طريق لحام العناصر الحرارية الفردية على الأسطح (الشكل 4 أ). يمكن ربط الوصلات الحرارية الملحومة أو الملحومة بالخرز بشكل صارم عن طريق الطرق أو اللصق أو اللحام في الأخاديد الضيقة أو الثقوب الصغيرة (الأشكال 4 ب و 4 ج و 4

5.3.5 في الشكل 46 ، تكون المزدوجة الحرارية في فتحة شعاعية ، بينما في الشكل 4 ج ، يتم سحب المزدوجة الحرارية من خلال ثقب شعاعي في المادة. 8 حالة استخدام مزدوج حراري في غلاف واقي أو مزدوج حراري ، وكلاهما مزدوجان حراريان في عازل كهربائي مع اثنين

GOST R 57967-2017

الثقوب ، يمكن استخدام جبل الحرارية الموضح في الشكل 4 د. في الحالات الثلاث الأخيرة ، يجب أن تكون المزدوجة الحرارية مرتبطة حراريًا بالسطح الصلب باستخدام مادة لاصقة مناسبة أو مادة لاصقة بدرجة حرارة عالية. يجب أن تتضمن جميع الإجراءات الأربعة الموضحة في الشكل 4 أسلاك التقسية على الأسطح ، أو لف الأسلاك في المناطق المتساوية الحرارة ، أو الأسلاك المؤرضة حراريًا على الواقي ، أو مزيج من الثلاثة.

5.3.6 حيث أن عدم دقة موقع مستشعر درجة الحرارة يؤدي إلى أخطاء كبيرة. يجب إيلاء اهتمام خاص لتحديد المسافة الصحيحة بين المستشعرات وحساب الخطأ المحتمل الناتج عن أي عدم دقة.

ج - جبن شوي داخلي مع عناصر حرارية منفصلة ملحومة بعينة الاختبار أو العينات المرجعية بطريقة تمر الإشارة عبر المادة. 6 - أخدود نصف قطري على سطح مستو لتوصيل سلك مكشوف أو مستشعر مزدوج حراري معزول بالسيراميك ؛ c ثقب شعاعي صغير يتم حفره من خلال قطعة الاختبار أو القطع المرجعية وغير معزول (مسموح به إذا كانت المادة عازلًا كهربائيًا) أو مزدوجًا حراريًا معزولًا مترابطًا عبر الفتحة: د ثقب شعاعي صغير يتم حفره من خلال قطعة الاختبار أو القطع المرجعية والمزدوجة الحرارية الموضوعة حول الحفرة

الشكل 4 - تركيب المزدوجات الحرارية

ملاحظة في جميع الحالات ، يجب أن تكون المزدوجات الحرارية مقواة حرارياً أو مؤرضة حرارياً بالاحتواء لتقليل خطأ القياس بسبب تدفق الحرارة من أو إلى الوصلة الساخنة.

5.4 نظام التحميل

1.4.5 تتطلب طريقة الاختبار نقلًا منتظمًا للحرارة عبر السطح البيني بين العينات المرجعية وعينة الاختبار عندما تكون مستشعرات درجة الحرارة داخل rk من السطح البيني. للقيام بذلك ، من الضروري ضمان مقاومة التلامس الموحدة.

GOST R 57967-2017

التباين في المناطق المجاورة للعينات المرجعية وعينة الاختبار ، والتي يمكن إنشاؤها عن طريق تطبيق حمل محوري مع وسيط موصل في الواجهات. لا يوصى بإجراء القياسات في الفراغ ، إلا إذا كانت مطلوبة لأغراض الحماية.

5.4.2 عند اختبار المواد ذات الموصلية الحرارية المنخفضة ، يتم استخدام عينات اختبار رقيقة ، لذلك يجب تركيب مستشعرات درجة الحرارة بالقرب من السطح. في مثل هذه الحالات ، يجب إدخال طبقة رقيقة جدًا من سائل أو معجون أو رقاقة معدنية لينة شديدة التوصيل حراريًا في الواجهات.

5.4.3 يجب أن يوفر تصميم أداة القياس وسائل لفرض حمل ثابت قابل للتكرار على طول العبوة لتقليل المقاومة البينية في السطوح البينية بين العينات المرجعية وعينة الاختبار. يمكن تحميل الحمل هوائيًا أو هيدروليكيًا أو بفعل نابض أو عن طريق وضع الحمل. آليات تطبيق الحمل المذكورة أعلاه ثابتة مع تغير درجة حرارة العبوة. في بعض الحالات ، قد تكون مقاومة الانضغاط لعينة الاختبار منخفضة جدًا بحيث يجب أن تكون القوة المطبقة محدودة بوزن العينة المرجعية العليا. في هذه الحالة ، يجب إيلاء اهتمام خاص للأخطاء التي يمكن أن تحدث بسبب سوء الاتصال ، والتي يجب أن تكون مستشعرات درجة الحرارة بعيدة عن أي اضطراب في تدفق الحرارة في الواجهات.

5.5 قذيفة واقية

5.5.1 يجب وضع العبوة المكونة من عينة الاختبار والعينات المرجعية في غلاف واقي بتماثل دائري صحيح. قد يكون الغلاف الواقي من المعدن أو السيراميك ، ويجب أن يكون نصف قطره الداخلي بحيث تكون النسبة r ^ r A في النطاق من 2.0 إلى 3.5. يجب أن يحتوي غطاء الحماية على سخان حماية واحد على الأقل للتحكم في ملف تعريف درجة الحرارة على طول الغلاف.

5.5.2 يجب أن يتم تصميم وتشغيل الحاوية بحيث تكون درجة حرارة سطحها إما متساوية الحرارة وتساوي تقريبًا متوسط درجة حرارة عينة الاختبار ، أو لها شكل خطي تقريبي مطابق في الأطراف العلوية والسفلية للحاوية مع المواقف المقابلة على طول الحزمة. في كل حالة ، يجب تثبيت ما لا يقل عن ثلاثة مستشعرات لدرجة الحرارة على الحاوية في نقاط منسقة مسبقًا (انظر الشكل 2) لقياس ملف تعريف درجة الحرارة.

5.6 معدات القياس

5.6.1 توليفة مستشعر درجة الحرارة وأداة القياس المستخدمة لقياس خرج المستشعر يجب أن تكون كافية لتوفير دقة قياس درجة الحرارة ± 0.04 كلفن وخطأ مطلق أقل من ± 0.5٪.

5.6.2 يجب أن تحافظ معدات القياس الخاصة بهذه الطريقة على درجة الحرارة المطلوبة وأن تقيس كل جهد الخرج ذي الصلة بدقة تتناسب مع دقة قياس درجة الحرارة لأجهزة استشعار درجة الحرارة.

6 التحضير للاختبار

6.1 متطلبات عينات الاختبار

6.1.1 قطع الاختبار التي تم اختبارها بهذه الطريقة لا تقتصر على هندسة الحلوى. يفضل استخدام العينات الأسطوانية أو المنشورية. يجب أن تكون مناطق التوصيل لعينة الاختبار والعينات المرجعية هي نفسها في حدود 1٪ وأي اختلاف في المنطقة يجب أن يؤخذ في الاعتبار عند حساب النتيجة. بالنسبة للتكوين الأسطواني ، يجب أن يتفق أنصاف أقطار عينة الاختبار والعينات المرجعية في حدود ± 1٪. ويجب أن يكون نصف قطر العينة المراد اختبارها ، r A ، بحيث يكون r B fr A بين 2.0 و 3.5. يجب أن يكون كل سطح مسطح من عينات الاختبار والمرجعية مسطحًا مع خشونة السطح لا تزيد عن R a 32 وفقًا لـ GOST 2789. ويجب أن تكون القواعد القياسية لكل سطح موازية لمحور العينة بدقة ± 10 دقيقة.

ملاحظة في بعض الحالات لا يكون هذا المطلب ضروريًا. على سبيل المثال ، قد تتكون بعض الأدوات من عينات مرجعية وعينات اختبار ذات قيم عالية من>. م و>. س . حيث تكون الأخطاء الناتجة عن فقدان الحرارة ضئيلة للغاية بالنسبة للمقاطع الطويلة. قد تكون هذه المقاطع بطول كافٍ للسماح بذلك

GOST R 57967-2017

والتي يجب استخدامها لتركيب مستشعرات درجة الحرارة على مسافة كافية من نقاط التلامس ، وبالتالي ضمان انتظام تدفق الحرارة. يجب اختيار طول العينة المراد اختبارها بناءً على معرفة نصف القطر والتوصيل الحراري. متى). وأعلى من الموصلية الحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ ، يمكن استخدام عينات اختبار طويلة بطول 0 جم A »1. تسمح عينات الاختبار الطويلة هذه باستخدام مسافات كبيرة بين مستشعرات درجة الحرارة ، وهذا يقلل من الخطأ بسبب عدم الدقة في موقع المستشعر. متى). أقل من الموصلية الحرارية للفولاذ المقاوم للصدأ بمتر ، يجب تقليل طول عينة الاختبار ، حيث يصبح خطأ القياس الناتج عن فقدان الحرارة كبيرًا جدًا.

6.1.2 ما لم ينص على خلاف ذلك في الوثيقة المعيارية أو الوثائق الفنيةعلى المادة. يتم استخدام عينة اختبار واحدة للاختبار.

6.2 إعداد الأجهزة

6.2.1 يتم إجراء المعايرة والتحقق من المعدات في الحالات التالية:

بعد تجميع الأجهزة:

إذا كانت نسبة X m إلى X s أقل من 0.3. أو أكثر من 3. ولا يمكن تحديد قيم التوصيل الحراري ؛

إذا كان شكل قطعة الاختبار معقدًا أو كانت قطعة الاختبار صغيرة:

إذا تم إجراء تغييرات على المعلمات الهندسية لخلية القياس بالجهاز ؛

إذا تقرر استخدام مواد مرجعية أو مواد عازلة أخرى غير تلك الواردة في الأقسام 6.3 و 6.4:

إذا كان الجهاز قد عمل مسبقًا بشكل كافٍ درجة حرارة عالية، والتي قد تغير خصائص المكونات ، مثل. على سبيل المثال ، حساسية المزدوجة الحرارية.

6.2.2 يجب إجراء هذه الفحوصات بمقارنة مادتين مرجعيتين على الأقل على النحو التالي:

حدد مادة مرجعية تكون الموصلية الحرارية لها أقرب إلى الموصلية الحرارية المتوقعة لعينة الاختبار:

يتم قياس الموصلية الحرارية X لعينة اختبار مصنوعة من مادة مرجعية باستخدام عينات مرجعية مصنوعة من مادة مرجعية أخرى لها قيمة X الأقرب إلى قيمة عينة الاختبار. على سبيل المثال ، يمكن إجراء الاختبار على عينة من السيراميك الزجاجي. باستخدام عينات مرجعية مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ. إذا كانت الموصلية الحرارية المقاسة للعينة لا تتوافق مع القيمة الواردة في الجدول 1 بعد تطبيق تصحيح نقل الحرارة ، فيجب تحديد مصادر الخطأ.

7 الاختبار

7.1 حدد عينات مرجعية بحيث تكون الموصلية الحرارية لها بنفس الترتيب من حيث الحجم كما هو متوقع لعينة الاختبار. بعد تجهيز العينات المرجعية المطلوبة بأجهزة استشعار درجة الحرارة ووضعها في خلية القياس ، يتم تجهيز عينة الاختبار بوسائل مماثلة. يتم إدخال عينة الاختبار في الكيس بحيث يتم وضعها بين العينات المرجعية وتكون على اتصال بالعينات المرجعية المجاورة لما لا يقل عن 99٪ من كل مساحة سطح. يمكن استخدام الرقائق الناعمة أو أي وسيلة تلامس أخرى لتقليل مقاومة السطح. إذا كان يجب حماية خلية القياس من الأكسدة أثناء الاختبار ، أو إذا كان القياس يتطلب ضغط غاز أو غاز معين للتحكم في X / t ، عندئذٍ يتم ملء خلية القياس وتطهيرها بغاز العمل عند الضغط المحدد. لتحميل الحزمة ، يجب تطبيق القوة اللازمة لتقليل تأثيرات المقاومة الحرارية غير المتكافئة في الواجهة.

7.2 قم بتشغيل السخانات العلوية والسفلية من طرفي الكيس واضبطها حتى. بينما فرق درجات الحرارة بين النقطتين 2 و Zj. Z3 و Z4. و Z s و 2 ^ يجب ألا يزيد عن 200 ضعف خطأ مستشعر درجة الحرارة ، ولكن لا يزيد عن 30 كلفن ، ويجب ألا تكون عينة الاختبار عند متوسط درجة الحرارة المطلوبة للقياس. بالرغم من. أن ملف تعريف درجة الحرارة الدقيق على طول غلاف الحماية غير مطلوب لـ 3. يتم تنظيم قوة سخانات الواقي حتى يصل ملف درجة الحرارة على طول الغلاف T g (التوصيل الحراري لأفضل موصل حراري - الفضة) إلى Xترتيب 10 _6 (التوصيل الحراري للغازات الأقل موصلة).

تزداد الموصلية الحرارية للغازات بقوة مع زيادة درجة الحرارة. بالنسبة لبعض الغازات (GH 4: NH 3) ، تزداد الموصلية الحرارية النسبية بشكل حاد مع زيادة درجة الحرارة ، وبالنسبة لبعض (Ne) تتناقص. وفقًا للنظرية الحركية ، يجب ألا تعتمد الموصلية الحرارية للغازات على الضغط. ومع ذلك ، هناك أسباب مختلفة تؤدي إلى حقيقة أنه مع زيادة الضغط ، تزداد الموصلية الحرارية قليلاً. في نطاق الضغط من الغلاف الجوي إلى عدة مليبار ، لا تعتمد الموصلية الحرارية على الضغط ، حيث يزداد متوسط المسار الحر للجزيئات مع انخفاض عدد الجزيئات لكل وحدة حجم. عند ضغط -20 ملي بار ، فإن متوسط المسار الحر للجزيئات يتوافق مع حجم غرفة القياس.

يعد قياس الموصلية الحرارية أقدم طريقة فيزيائية لتحليل الغازات. تم وصفه في عام 1840 ، على وجه الخصوص ، في أعمال A. Schleiermacher (1888-1889) ، وقد تم استخدامه في الصناعة منذ عام 1928. في عام 1913 طورت شركة سيمنز مقياس تركيز الهيدروجين للمنطاد. بعد ذلك ، لعدة عقود ، تم تطوير الأدوات القائمة على قياس الموصلية الحرارية بنجاح كبير واستخدمت على نطاق واسع في الصناعة الكيميائية سريعة النمو. بطبيعة الحال ، في البداية تم تحليل مخاليط الغازات الثنائية فقط. يتم الحصول على أفضل النتائج مع اختلاف كبير في التوصيل الحراري للغازات. يحتوي الهيدروجين على أعلى موصلية حرارية بين الغازات. من الناحية العملية ، كان هناك ما يبرر أيضًا قياس تركيز ثاني أكسيد الكربون في غازات المداخن ، نظرًا لأن التوصيلات الحرارية للأكسجين والنيتروجين وأول أكسيد الكربون قريبة جدًا من بعضها البعض ، مما يسمح بخلط هذه المكونات الأربعة على أنه شبه- الثنائية.

معاملات درجة الحرارة للتوصيل الحراري للغازات المختلفة ليست هي نفسها ، لذلك يمكنك العثور على درجة الحرارة التي تكون فيها الموصلات الحرارية للغازات المختلفة هي نفسها (على سبيل المثال ، 490 درجة مئوية - لثاني أكسيد الكربون والأكسجين ، 70 درجة مئوية - من أجل الأمونيا والهواء ، 75 درجة مئوية - لثاني أكسيد الكربون والأرجون). عند حل مشكلة تحليلية معينة ، يمكن استخدام هذه المصادفات عن طريق أخذ خليط غاز ثلاثي لمزيج شبه ثنائي.

في تحليل الغاز ، يمكننا أن نفترض ذلك الموصلية الحرارية هي خاصية مضافة.من خلال قياس التوصيل الحراري للخليط ومعرفة التوصيل الحراري للمكونات النقية للخليط الثنائي ، يمكن للمرء حساب تركيزاتها. ومع ذلك ، لا يمكن تطبيق هذه العلاقة البسيطة على أي مزيج ثنائي. لذلك ، على سبيل المثال ، مخاليط الهواء - بخار الماء ، الهواء - الأمونيا ، أول أكسيد الكربون - الأمونيا والهواء - الأسيتيلين بنسبة معينة من المكونات لها أقصى توصيل حراري. لذلك ، يقتصر تطبيق طريقة التوصيل الحراري على نطاق معين من التركيزات. بالنسبة للعديد من المخاليط ، هناك اعتماد غير خطي على التوصيل والتركيب الحراري. لذلك ، من الضروري أخذ منحنى معايرة ، وفقًا لمقياس أداة التسجيل.

مجسات التوصيل الحراري(مستشعرات قياس الموصلية الحرارية) تتكون من أربع غرف صغيرة مملوءة بالغاز ذات حجم صغير مع موصلات بلاتينية رفيعة من نفس الحجم وبنفس المقاومة الكهربائية الموضوعة فيها معزولة عن الجسم. يتدفق نفس التيار المباشر لقيمة ثابتة عبر الموصلات ويسخنها. الموصلات - عناصر التسخين - محاطة بالغاز. تحتوي الغرفتان على غاز القياس ، بينما تحتوي الغرفتان الأخريان على الغاز المرجعي. يتم تضمين جميع عناصر التسخين في جسر Whiteton ، حيث لا يكون قياس فرق درجة الحرارة بترتيب 0.01 درجة مئوية أمرًا صعبًا. تتطلب مثل هذه الحساسية العالية مساواة دقيقة لدرجات حرارة غرف القياس ، لذلك يتم وضع نظام القياس بأكمله في منظم حرارة أو في قطر قياس الجسر ، ويتم تضمين مقاومة لتعويض درجة الحرارة. طالما أن تبديد الحرارة من عناصر التسخين في غرف القياس والمقارنة هو نفسه ، فإن الجسر في حالة توازن. عندما يتم تزويد غرف القياس بغاز ذات موصلية حرارية مختلفة ، فإن هذا التوازن ينزعج ، وتتغير درجة حرارة العناصر الحساسة ، بالإضافة إلى مقاومتها. يتناسب التيار الناتج في قطر القياس مع تركيز الغاز المقاس. لزيادة الحساسية ، يجب زيادة درجة حرارة التشغيل للعناصر الحساسة ، ولكن يجب توخي الحذر للحفاظ على فرق كبير بما فيه الكفاية في التوصيل الحراري للغاز. لذلك ، بالنسبة لخلائط الغاز المختلفة ، هناك درجة حرارة مثالية من حيث التوصيل الحراري والحساسية. غالبًا ما يتم تحديد الفرق بين درجة حرارة العناصر الحساسة ودرجة حرارة جدران الغرف من 100 إلى 150 درجة مئوية.

تتكون خلايا القياس في أجهزة تحليل الموصلية الحرارية الصناعية عادةً من علبة معدنية ضخمة يتم فيها حفر غرف القياس. هذا يضمن توزيعًا موحدًا لدرجة الحرارة واستقرارًا جيدًا للمعايرة. نظرًا لأن قراءات مقياس الموصلية الحرارية تتأثر بمعدل تدفق الغاز ، يتم إدخال الغاز إلى غرف القياس عبر القناة الالتفافية. ترد أدناه حلول المصممين المختلفين لضمان التبادل المطلوب للغازات. من حيث المبدأ ، يُفترض أن تدفق الغاز الرئيسي متصل عن طريق توصيل القنوات بغرف القياس ، والتي يتدفق الغاز من خلالها بانخفاض طفيف. في هذه الحالة ، يكون للانتشار والحمل الحراري تأثير حاسم على تجديد الغاز في غرف القياس. يمكن أن يكون حجم غرف القياس صغيرًا جدًا (عدة مليمترات مكعبة) ، مما يوفر تأثيرًا صغيرًا لنقل الحرارة بالحمل الحراري على نتيجة القياس. لتقليل التأثير التحفيزي للموصلات البلاتينية ، يتم صهرها في شعيرات دموية زجاجية رقيقة الجدران بطرق مختلفة. لضمان مقاومة غرفة القياس للتآكل ، يتم تغطية جميع أجزاء خطوط أنابيب الغاز بالزجاج. هذا يجعل من الممكن قياس الموصلية الحرارية للمخاليط المحتوية على الكلور وكلوريد الهيدروجين والغازات المسببة للتآكل الأخرى. تستخدم أجهزة تحليل الموصلية الحرارية ذات الغرف المرجعية المغلقة في الغالب في الصناعة الكيميائية. يؤدي اختيار غاز مرجعي مناسب إلى تبسيط معايرة الجهاز. بالإضافة إلى ذلك ، يمكنك الحصول على مقياس بصفر مضغوط. من أجل تقليل الانجراف عند نقطة الصفر ، يجب أن تكون الغرف المرجعية محكمة الإغلاق. في حالات خاصة ، على سبيل المثال ، مع التقلبات القوية في تكوين خليط الغازات ، من الممكن العمل مع غرف مقارنة التدفق. في هذه الحالة ، باستخدام كاشف خاص ، تتم إزالة أحد المكونات من خليط الغاز المقاس (على سبيل المثال ، CO ومحلول من البوتاسيوم الكاوية) ، ثم يتم إرسال خليط الغاز إلى الغرف المقارنة. تختلف فروع القياس والمقارنة في هذه الحالة فقط في حالة عدم وجود أحد المكونات. تتيح هذه الطريقة غالبًا تحليل مخاليط الغاز المعقدة.

في الآونة الأخيرة ، بدلاً من الموصلات المعدنية ، تُستخدم الثرمستورات شبه الموصلة أحيانًا كعناصر حساسة. ميزة الثرمستورات هي معامل درجة حرارة أعلى 10 مرات مقارنة بالثرمستورات المعدنية. هذا يحقق زيادة حادة في الحساسية. ومع ذلك ، في الوقت نفسه ، يتم فرض متطلبات أعلى بكثير على استقرار تيار الجسر ودرجة حرارة جدران الغرفة.

في وقت سابق من غيرها ، وعلى نطاق واسع ، بدأ استخدام أدوات قياس الموصلية الحرارية لتحليل غازات المداخن من الأفران. نظرًا للحساسية العالية والسرعة العالية وسهولة الصيانة وموثوقية التصميم ، فضلاً عن تكلفته المنخفضة ، تم إدخال أجهزة التحليل من هذا النوع بسرعة في الصناعة في المستقبل.

أجهزة تحليل الموصلية الحرارية هي الأنسب لقياس تركيز الهيدروجين في الخلائط. عند اختيار الغازات المرجعية ، يجب أيضًا مراعاة مخاليط الغازات المختلفة. يمكن استخدام البيانات التالية كمثال على نطاقات القياس الدنيا للغازات المختلفة (الجدول 6.1).

الجدول 6.1

نطاقات القياس الدنيا للغازات المختلفة ،

% للحجم

غالبًا ما يكون الحد الأقصى لمدى القياس 0-100٪ ، حيث يمكن منع 90 أو حتى 99٪. في حالات خاصة ، يتيح محلل التوصيل الحراري إمكانية الحصول على عدة نطاقات قياس مختلفة على جهاز واحد. يستخدم هذا ، على سبيل المثال ، في مراقبة تعبئة وتفريغ المولدات التوربينية المبردة بالهيدروجين في محطات الطاقة الحرارية. نظرًا لخطر الانفجارات ، لا يتم ملء مبيت المولد بالهواء ، ولكن يتم إدخال ثاني أكسيد الكربون أولاً كغاز تطهير ثم الهيدروجين. ينتج بالمثل إطلاق الغاز من المولد. مع قابلية استنساخ عالية بما فيه الكفاية ، يمكن الحصول على نطاقات القياس التالية على محلل واحد: 0-100٪ (حجم) CO (في الهواء للتطهير بثاني أكسيد الكربون) ، 100-0٪ H 2 في CO (للتعبئة بالهيدروجين) و 100-80٪ H 2 (في الهواء للتحكم في نقاء الهيدروجين أثناء تشغيل المولد). هذه طريقة رخيصة للقياس.

لتحديد محتوى الهيدروجين في الكلور المنطلق أثناء التحليل الكهربائي لكلوريد البوتاسيوم باستخدام محلل قياس الموصلية الحرارية ، من الممكن العمل مع كل من الغاز المرجعي المختوم (SO 2 ، Ar) وغاز مرجعي متدفق. في الحالة الأخيرة ، يتم إرسال خليط الهيدروجين والكلور أولاً إلى غرفة القياس ثم إلى الحارق اللاحق بدرجة حرارة> 200 درجة مئوية. يحترق الهيدروجين مع الكلور الزائد لتكوين كلوريد الهيدروجين. يتم تغذية الخليط الناتج من HC و C1 2 في الغرفة المقارنة. في هذه الحالة ، يتم تحديد تركيز الهيدروجين من الاختلاف في التوصيلات الحرارية. تقلل هذه الطريقة بشكل كبير من تأثير اختلاط كميات صغيرة من الهواء.

لتقليل الخطأ الذي يحدث عند تحليل الغاز الرطب ، يجب تجفيف الغاز ، ويتم ذلك إما بمساعدة ماص للرطوبة أو عن طريق خفض درجة حرارة الغاز إلى ما دون نقطة الندى. هناك إمكانية أخرى للتعويض عن تأثير الرطوبة ، والتي تنطبق فقط عند القياس باستخدام مخطط غاز مرجعي متدفق.

للعمل مع الغازات المتفجرة ، يقوم عدد من الشركات بتصنيع أجهزة مقاومة للانفجار. في هذه الحالة ، تم تصميم غرف عدادات الموصلية الحرارية للضغط العالي ، ويتم تثبيت موانع اللهب عند مدخل ومخرج الغرف ، وتقتصر إشارة الخرج على مستوى آمن جوهري. ومع ذلك ، لا يمكن استخدام هذه الأجهزة لتحليل مخاليط الغازات المتفجرة مع الأكسجين أو الهيدروجين مع الكلور.

السنتيمتر - الجرام - الثاني - نظام الوحدات الذي استخدم على نطاق واسع قبل اعتماد النظام الدولي للوحدات (SI).