Soojusjuhtivuse mõõtmine. Põhiuuringud. A.4 Temperatuuriandurid

nende termilise liikumise ajal. Vedelates ja tahketes ainetes - dielektrikutes - toimub soojusülekanne molekulide ja aatomite soojusliikumise otsesel ülekandmisel aine naaberosakestele. Gaasilistes kehades toimub soojuse levik soojusjuhtivuse teel energiavahetuse tõttu erineva soojusliikumise kiirusega molekulide kokkupõrkel. Metallides toimub soojusjuhtivus peamiselt vabade elektronide liikumise tõttu.

Soojusjuhtivuse põhimõiste hõlmab mitmeid matemaatilisi mõisteid, mille määratlusi on soovitatav meelde tuletada ja selgitada.

temperatuuriväli- need on temperatuuriväärtuste komplektid kõigis keha punktides antud ajahetkel. Matemaatiliselt kirjeldatakse seda kui t = f(x, y, z, t). Eristama statsionaarne temperatuur välja, kui temperatuur kõigis kehapunktides ei sõltu ajast (ei muutu ajas) ja mittestatsionaarne temperatuuriväli. Lisaks, kui temperatuur muutub ainult ühe või kahe ruumilise koordinaadi järgi, nimetatakse temperatuurivälja vastavalt ühe- või kahemõõtmeliseks.

Isotermiline pind on sama temperatuuriga punktide asukoht.

temperatuuri gradient — grad t on vektor, mis on suunatud piki normaalset isotermilisele pinnale ja on arvuliselt võrdne temperatuuri tuletisega selles suunas.

Vastavalt soojusjuhtivuse põhiseadusele - seadusele Fourier(1822), soojusjuhtivuse kaudu edastatav soojusvoo tiheduse vektor on võrdeline temperatuurigradiendiga:

q = - λ grad t, (3)

Kus λ - aine soojusjuhtivuse koefitsient; selle mõõtühik teisip/(m K).

Miinusmärk võrrandis (3) näitab, et vektor q vektori vastassuunas grad t, st. madalaima temperatuuri suunas.

soojusvoog δQ läbi suvaliselt orienteeritud elementaarala dF on võrdne vektori skalaarkorrutisega q elementaarpindala vektorile dF ja kogu soojusvoog K kogu pinna ulatuses F määratakse selle toote integreerimisega üle pinna F:

SOOJUSJUHTIVUSE KOEFITSIENT

Soojusjuhtivuse koefitsient λ seaduses Fourier(3) iseloomustab antud aine soojusjuhtimise võimet. Soojusjuhtivuse koefitsientide väärtused on toodud ainete termofüüsikaliste omaduste teatmeteostes. Arvuliselt on soojusjuhtivuse koefitsient λ = q/ grad t võrdne soojusvoo tihedusega q temperatuuri gradiendiga grad t = 1 K/m. Kõige kergemal gaasil, vesinikul, on kõrgeim soojusjuhtivus. Kell ruumi tingimused vesiniku soojusjuhtivus λ = 0,2 teisip/(m K). Raskematel gaasidel on väiksem soojusjuhtivus – õhk λ = 0,025 teisip/(m K), süsinikdioksiidis λ = 0,02 teisip/(m K).

Puhtal hõbedal ja vasel on kõrgeim soojusjuhtivus: λ = 400 teisip/(m K). Süsinikteraste jaoks λ = 50 teisip/(m K). Vedelikes on soojusjuhtivus tavaliselt väiksem kui 1 teisip/(m K). Vesi on selle jaoks üks parimaid vedelaid soojusjuhte λ = 0,6 teisip/(m K).

Mittemetalliliste tahkete materjalide soojusjuhtivuse koefitsient on tavaliselt alla 10 teisip/(m K).

Madalaima soojusjuhtivuse koefitsiendiga on poorsed materjalid – kork, mitmesugused kiudtäiteained nagu orgaaniline vill λ <0,25 teisip/(m K), lähenedes väikese pakkimistihedusega poore täitva õhu soojusjuhtivuse koefitsiendile.

Temperatuur, rõhk ja poorsete materjalide puhul niiskus võivad samuti oluliselt mõjutada soojusjuhtivust. Teatmeteostes on alati toodud tingimused, mille alusel antud aine soojusjuhtivus määrati ja muude tingimuste puhul neid andmeid kasutada ei saa. Väärtusvahemikud λ erinevate materjalide jaoks on näidatud joonisel fig. 1.

Joonis 1. Erinevate ainete soojusjuhtivuse koefitsientide väärtuste intervallid.

Soojusülekanne soojusjuhtivuse teel

Homogeenne tasane sein.

Lihtsaim ja väga levinud probleem, mida soojusülekande teooria lahendab, on määrata soojusvoo tihedus, mis edastatakse läbi paksusega tasase seina δ , mille pindadel hoitakse temperatuuri tw1 Ja t w2 .(Joonis 2). Temperatuur muutub ainult plaadi paksuse ulatuses - üks koordinaat X. Selliseid ülesandeid nimetatakse ühemõõtmelisteks, nende lahendused on kõige lihtsamad ning antud kursusel piirdume vaid ühemõõtmeliste probleemide käsitlemisega.

Arvestades seda ühenumbrilise juhtumi puhul:

grad t = dt/dх, (5)

ja kasutades soojusjuhtivuse põhiseadust (2), saame tasase seina statsionaarse soojusjuhtivuse diferentsiaalvõrrandi:

Statsionaarsetes tingimustes, kui energiat ei kulutata küttele, soojusvoo tihedus q seina paksus muutumatuna. Enamiku praktiliste probleemide puhul eeldatakse ligikaudselt, et soojusjuhtivuse koefitsient λ ei sõltu temperatuurist ja on kogu seina paksuse ulatuses ühesugune. Tähendus λ leidub teatmeteostes temperatuuril:

keskmine seinapindade temperatuuride vahel. (Sel juhul on arvutusviga tavaliselt väiksem kui algandmete ja tabeliväärtuste viga ning soojusjuhtivusteguri lineaarne sõltuvus temperatuurist: λ = a + bt täpne arvutusvalem q ei erine ligikaudsest). Kell λ = konst:

(7)

need. temperatuuri sõltuvus t koordinaadist X lineaarne (joonis 2).

Joonis 2. Statsionaarne temperatuurijaotus lameda seina paksuse ulatuses.

Võrrandis (7) olevate muutujate jagamine ja üleintegreerimine t alates tw1 enne tw2 ja poolt X 0 kuni δ :

, (8)

saame soojusvoo tiheduse arvutamise sõltuvuse:

, (9)

või soojusvoo võimsus (soojusvool):

(10)

Seega läbi 1 kantud soojushulk m 2 seinad, mis on otseselt proportsionaalsed soojusjuhtivuse koefitsiendiga λ ja seina välispindade temperatuuride erinevus ( t w1 - t w2) ja pöördvõrdeline seina paksusega δ . Soojuse koguhulk läbi seinaala F ka proportsionaalselt selle alaga.

Saadud lihtsaimat valemit (10) kasutatakse soojusarvutustes väga laialdaselt. See valem mitte ainult ei arvuta soojusvoo tihedust läbi lamedate seinte, vaid teeb ka hinnanguid keerukamate juhtumite jaoks, asendades arvutustes keerulise konfiguratsiooniga seinad lihtsas mõttes tasase seinaga. Mõnikord lükatakse üks või teine ​​variant juba hinnangu põhjal tagasi, ilma et selle üksikasjalikuks uurimiseks rohkem aega kulutaks.

Kehatemperatuur teatud punktis X määratakse järgmise valemiga:

t x = t w1 – (t w1 – t w2) × (x × d)

Suhtumine λF/δ nimetatakse seina soojusjuhtivuseks ja vastastikuseks δ/λF seina soojus- või soojustakistus ja tähistatakse Rλ. Soojustakistuse kontseptsiooni kasutades võib soojusvoo arvutamise valemit esitada järgmiselt:

Sõltuvus (11) on seadusega sarnane Ohma elektrotehnikas (elektrivoolu tugevus võrdub potentsiaalide erinevusega, mis on jagatud voolu läbiva juhi elektritakistusega).

Väga sageli nimetatakse soojustakistust väärtuseks δ / λ, mis võrdub tasase seina soojustakistusega pindalaga 1 m 2.

Arvutamise näited.

Näide 1. Määrake soojusvoog läbi hoone betoonseina paksusega 200 mm, kõrgus H = 2,5 m ja pikkus 2 m kui selle pindade temperatuurid on: t с1\u003d 20 0 C, t с2\u003d - 10 0 С ja soojusjuhtivuse koefitsient λ =1 teisip/(m K):

= 750 teisip.

Näide 2. Määrake seinamaterjali soojusjuhtivus paksusega 50 mm, kui soojusvoo tihedus läbi selle q = 100 teisip/m 2 ja pindade temperatuuride erinevust Δt = 20 0 C.

teisip/(m K).

Mitmekihiline sein.

Valemit (10) saab kasutada ka soojusvoo arvutamiseks läbi seina, mis koosneb mitmest ( n) üksteisega tihedalt külgnevad erinevate materjalide kihid (joonis 3), näiteks silindripea, tihend ja silindriplokk erinevatest materjalidest jne.

Joonis 3. Temperatuuri jaotus mitmekihilise lameda seina paksusel.

Sellise seina soojustakistus on võrdne üksikute kihtide soojustakistuste summaga:

(12)

Valemis (12) on vaja asendada temperatuuride erinevus nendes punktides (pindades), mille vahele on “kaasatud” kõik summeeritud soojustakistused, s.t. sel juhul: tw1 Ja w(n+1):

, (13)

Kus i- kihi number.

Statsionaarses režiimis on erisoojusvoog läbi mitmekihilise seina konstantne ja kõigi kihtide puhul sama. Alates (13) on järgmine:

. (14)

Võrrandist (14) järeldub, et mitmekihilise seina summaarne soojustakistus on võrdne iga kihi takistuste summaga.

Valemit (13) saab hõlpsasti saada, kirjutades temperatuuride erinevuse valemi (10) järgi igaühe jaoks P mitmekihilise seina kihid ja kõik kokku liites P väljendeid, võttes arvesse asjaolu, et kõigis kihtides K on sama tähendusega. Lisamisel kõik vahepealsed temperatuurid langevad.

Temperatuurijaotus igas kihis on lineaarne, kuid erinevates kihtides on temperatuurisõltuvuse kalle erinev, kuna vastavalt valemile (7) ( dt/dx)i = - q/λ i. Kogu kihti läbiva soojusvoo tihedus on statsionaarses režiimis sama ja kihtide soojusjuhtivus on erinev, seetõttu muutub temperatuur madalama soojusjuhtivusega kihtides järsemalt. Seega on joonisel 4 toodud näites teise kihi materjalil (näiteks tihenditel) madalaim soojusjuhtivus ja kolmandal kihil kõrgeim.

Olles arvutanud soojusvoo läbi mitmekihilise seina, saab seose (10) abil määrata iga kihi temperatuurilanguse ja leida temperatuurid kõigi kihtide piiridel. See on väga oluline piiratud lubatud temperatuuriga materjalide kasutamisel soojusisolaatoritena.

Kihtide temperatuur määratakse järgmise valemiga:

t sl1 \u003d t c t1 - q × (d 1 × l 1 -1)

t sl2 \u003d t c l1 - q × (d 2 × l 2 -1)

Kontaktsoojustakistus. Mitmekihilise seina valemite tuletamisel eeldati, et kihid külgnevad üksteisega tihedalt ning tänu heale kontaktile on erinevate kihtide kokkupuutepinnad ühesuguse temperatuuriga. Ideaalselt tihe kontakt mitmekihilise seina üksikute kihtide vahel saavutatakse, kui üks kihtidest kantakse teisele kihile vedelas olekus või vedela lahuse kujul. Tahked kehad puudutavad üksteist ainult karedusprofiilide ülaosas (joonis 4).

Tippude kokkupuutepind on tühine ja kogu soojusvoog läheb läbi õhupilu ( h). See loob täiendava (kontakt)soojustakistuse. R kuni. Termilise kontakti takistusi saab määrata iseseisvalt, kasutades sobivaid empiirilisi sõltuvusi või katseliselt. Näiteks vahe soojustakistus 0,03 mm ligikaudu samaväärne umbes 30 paksuse terasekihi soojustakistusega mm.

Joonis 4. Kahe kareda pinna kontaktide pilt.

Meetodid termilise kontakti takistuse vähendamiseks. Kontakti kogusoojustakistus määratakse töötlemise puhtuse, koormuse, keskkonna soojusjuhtivuse, kokkupuutuvate osade materjalide soojusjuhtivuse koefitsientide ja muude tegurite järgi.

Suurima efektiivsuse soojustakistuse vähendamisel tagab metalli omale lähedase soojusjuhtivusega keskkonna viimine kontakttsooni.

Kontakttsooni ainetega täitmiseks on järgmised võimalused:

pehmetest metallidest valmistatud tihendite kasutamine;

Hea soojusjuhtivusega pulbrilise aine kontakttsooni tutvustus;

Sissejuhatus hea soojusjuhtivusega viskoosse aine tsooni;

Kareduse eendite vahelise ruumi täitmine vedela metalliga.

Parimad tulemused saadi kontakttsooni täitmisel sulatinaga. Sellisel juhul muutub kontakti soojustakistus praktiliselt võrdseks nulliga.

Silindriline sein.

Väga sageli liiguvad jahutusvedelikud läbi torude (silindrite) ja selleks on vaja arvutada läbi toru (silindri) silindrilise seina edastatav soojusvoog. Silindrilise seina kaudu toimuva soojusülekande probleem (sise- ja välispinna teadaolevate ja püsivate temperatuuridega) on samuti ühemõõtmeline, kui arvestada silindrilistes koordinaatides (joonis 4).

Temperatuur muutub ainult piki toru raadiust ja piki toru pikkust l ja piki selle perimeetrit jääb muutumatuks.

Sel juhul on soojusvoo võrrand järgmine:

. (15)

Sõltuvus (15) näitab, et silindri seina kaudu kantud soojushulk on otseselt võrdeline soojusjuhtivuse koefitsiendiga λ , toru pikkus l ja temperatuuride erinevus ( t w1 - t w2) ja pöördvõrdeline silindri välisläbimõõdu suhte loomuliku logaritmiga d2 selle siseläbimõõduni d1.

Riis. 4. Temperatuuri muutus ühekihilise silindrilise seina paksuse ulatuses.

Kell λ = const temperatuurijaotus raadiuse järgi rühekihilise silindrilise seina puhul järgib logaritmiseadust (joonis 4).

Näide. Mitu korda vähendatakse soojuskaod läbi hoone seina, kui kahe tellisekihi vahel paksusega 250 mm paigaldage vahtpolster paksusega 50 mm. Soojusjuhtivuse koefitsiendid on vastavalt võrdsed: λ kirp . = 0,5 teisip/(m K); λ pliiats. . = 0,05 teisip/(m K).

Aine soojusjuhtivuse uurimiseks kasutatakse kahte meetodite rühma: statsionaarset ja mittestatsionaarset.

Statsionaarsete meetodite teooria on lihtsam ja täiuslikum. Kuid mittestatsionaarsed meetodid võimaldavad põhimõtteliselt lisaks soojusjuhtivuse koefitsiendile saada teavet soojuse difusiooni ja soojusmahtuvuse kohta. Seetõttu on viimasel ajal palju tähelepanu pööratud ainete termofüüsikaliste omaduste määramise mittestatsionaarsete meetodite väljatöötamisele.

Siin vaadeldakse mõningaid statsionaarseid meetodeid ainete soojusjuhtivuse määramiseks.

A) Lamekihi meetod.Ühemõõtmelise soojusvooluga läbi tasase kihi määratakse soojusjuhtivuse koefitsient valemiga

Kus d- paksus, T 1 ja T 2 - proovi "kuuma" ja "külma" pinna temperatuurid.

Selle meetodi abil soojusjuhtivuse uurimiseks on vaja luua ühemõõtmelisele lähedane soojusvoog.

Temperatuure mõõdetakse tavaliselt mitte proovi pinnal, vaid mõnel kaugusel neist (vt joonis 2), seetõttu on vaja mõõdetud temperatuuride erinevusse sisse viia parandused kütte- ja jahutikihi temperatuuri languse jaoks, et minimeerida kontaktide soojustakistust.

Vedelike uurimisel tuleb konvektsiooni nähtuse kõrvaldamiseks temperatuurigradient suunata mööda gravitatsioonivälja (alla).

Riis. 2. Lamekihi meetodite skeem soojusjuhtivuse mõõtmiseks.

1 – uuritav proov; 2 - kütteseade; 3 - külmik; 4, 5 - isolatsioonirõngad; 6 – turvasoojendid; 7 - termopaarid; 8, 9 - diferentsiaaltermopaarid.

b) Jäägeri meetod. Meetod põhineb ühemõõtmelise soojusvõrrandi lahendamisel, mis kirjeldab soojuse levikut mööda elektrivooluga kuumutatud varrast. Selle meetodi kasutamise raskus seisneb selles, et proovi välispinnale ei saa luua rangeid adiabaatilisi tingimusi, mis rikuvad soojusvoo ühemõõtmelisust.

Arvutusvalem näeb välja selline:

(14)

Kus s- uuritava proovi elektrijuhtivus, U on pingelang varda otste äärmiste punktide vahel, DT on temperatuuri erinevus varda keskosa ja varda otsas oleva punkti vahel.

Riis. 3. Jäägeri meetodi skeem.

1 - elektriahi; 2 - proov; 3 - tangid proovi kinnitamiseks; T 1 ¸ T 6 - termopaari lõpp-punktid.

Seda meetodit kasutatakse elektrit juhtivate materjalide uurimisel.

V) Silindrilise kihi meetod. Uuritav vedelik (puistematerjal täidab kahe koaksiaalse silindriga moodustatud silindrilise kihi. Üks silindritest, enamasti sisemine, on küttekeha (joon. 4).

Joonis 4. Silindrilise kihi meetodi skeem

1 - sisemine silinder; 2 - põhikütteseade; 3 - uuritava aine kiht; 4 - välimine silinder; 5 - termopaarid; 6 - turvasilindrid; 7 - lisakütteseadmed; 8 - keha.

Vaatleme üksikasjalikumalt soojusjuhtivuse statsionaarset protsessi silindrilises seinas, mille välis- ja sisepinna temperatuur hoitakse konstantsena ja võrdub T 1 ja T 2 (meie puhul on see aine kiht uuritakse 5). Määrame seina läbiva soojusvoo tingimusel, et silindrilise seina siseläbimõõt on d 1 = 2r 1 ja välisläbimõõt on d 2 = 2r 2, l = const ning soojus levib ainult radiaalsuunas .

Ülesande lahendamiseks kasutame võrrandit (12). Silindrilistes koordinaatides, millal ; võrrand (12) võtab (10) kohaselt vit:

. (15)

Tutvustame tähistust dT/dr= 0, saame

Pärast selle avaldise integreerimist ja võimendamist, üleminekut algsetele muutujatele, saame:

. (16)

Nagu sellest võrrandist näha, on sõltuvus T=f(r) logaritmiline.

Integreerimiskonstandid C 1 ja C 2 saab määrata, asendades selle võrrandiga piirtingimused:

juures r \u003d r 1 T \u003d T 1 Ja T 1 \u003d C 1 ln r1+C2,

juures r=r2 T=T2 Ja T 2 \u003d C 1 ln r2+C2.

Nende võrrandite lahendus seoses KOOS 1 ja Alates 2 annab:

;

Nende väljendite asendamine Alates 1 Ja Alates 2 võrrandisse (1b), saame

(17)

soojusvool läbi raadiusega silindrilise pinna r ja pikkus määratakse Fourier' seaduse alusel (5)

.

Pärast asendamist saame

. (18)

Soojusjuhtivuse koefitsient l teadaolevate väärtuste juures K, T 1 , T 2 , d 1 , d 2 , arvutatakse valemiga

. (19)

Konvektsiooni mahasurumiseks (vedeliku puhul) peab silindriline kiht olema väikese paksusega, tavaliselt millimeetri jagu.

Silindrilise kihi meetodi lõppkadude vähendamine saavutatakse suhte / / d ja turvasoojendid.

G) kuuma traadi meetod. Selle meetodi puhul on seos / d suureneb vähenedes d. Sisemine silinder on asendatud peenikese traadiga, mis oli nii küttekehaks kui ka takistustermomeetriks (joon. 5). Disaini suhtelise lihtsuse ja teooria üksikasjaliku arendamise tulemusena on kuumtraadi meetod muutunud üheks kõige arenenumaks ja täpsemaks. Vedelike ja gaaside soojusjuhtivuse eksperimentaalsete uuringute praktikas on ta juhtival kohal.

Riis. 5. Kuumutatud traadi meetodil valmistatud mõõteelemendi skeem. 1 - mõõtetraat, 2 - toru, 3 - uuritav aine, 4 - voolujuhtmed, 5 - potentsiaalikraanid, 6 - väline termomeeter.

Tingimusel, et kogu soojusvoog sektsioonist AB levib radiaalselt ja temperatuuride erinevus T 1 - T 2 ei ole suur, nii et l = const saab nendes piirides arvestada, määratakse aine soojusjuhtivus valemiga

, (20)

Kus K AB = T × U AB on juhtmele hajutatud võimsus.

e) palli meetod. See leiab rakendust vedelike ja puistematerjalide soojusjuhtivuse uurimise praktikas. Uuritavale ainele antakse sfäärilise kihi kuju, mis võimaldab põhimõtteliselt välistada kontrollimatud soojuskadud. Tehniliselt on see meetod üsna keeruline.

Füüsikalised analüüsimeetodid põhinevad mingi konkreetse füüsikalise efekti või aine teatud füüsikalise omaduse kasutamisel. Sest gaasianalüüs kasutustihedus, viskoossus, soojusjuhtivus, murdumisnäitaja, magnetiline vastuvõtlikkus, difusioon, neeldumine, emissioon, elektromagnetkiirguse neeldumine, aga ka selektiivne neeldumine, helikiirus, reaktsioonisoojus, elektrijuhtivus jne. Mõned neist füüsikalistest omadustest ja nähtustest muudavad pidev gaasianalüüs ning võimaldab saavutada kõrge tundlikkuse ja mõõtmistäpsuse. Füüsikalise suuruse või nähtuse valik on väga oluline, et välistada analüüsitavas segus sisalduvate mõõtmata komponentide mõju. Spetsiifiliste omaduste või mõjude kasutamine võimaldab määrata soovitud komponendi kontsentratsiooni mitmekomponendilises gaasisegus. Mittespetsiifilisi füüsikalisi omadusi saab rangelt võttes kasutada ainult kahekomponentsete gaasisegude analüüsimiseks. Viskoossus, murdumisnäitaja ja difusioon ei oma gaaside analüüsimisel praktilist tähtsust.

Soojusülekanne kahe erineva temperatuuriga punkti vahel toimub kolmel viisil: konvektsioon, kiirgus ja soojusjuhtivus. Kell konvektsioon soojusülekanne on seotud aine ülekandega (massiülekandega); soojusülekanne kiirgus toimub ilma mateeria osaluseta. Soojusülekanne soojusjuhtivus toimub aine osalusel, kuid ilma massiülekandeta. Energia ülekanne toimub molekulide kokkupõrke tõttu. Soojusjuhtivuse koefitsient ( X) sõltub ainult soojust ülekandva aine tüübist. See on aine spetsiifiline omadus.

Soojusjuhtivuse mõõde CGS-süsteemis cal / (s cm K), tehnilistes ühikutes - kcalDmch-K), rahvusvahelises SI-süsteemis - WDm-K). Nende ühikute suhe on järgmine: 1 cal / (cm s K) \u003d 360 kcal Dm h K) \u003d 418,68 W Dm-K).

Absoluutne soojusjuhtivus üleminekul tahketelt ainetelt vedelatele ja gaasilistele ainetele erineb X = 418,68 Wdm-K)] (parima soojusjuhi soojusjuhtivus – hõbe) kuni X järjekord 10 _6 (kõige vähem juhtivate gaaside soojusjuhtivus).

Gaaside soojusjuhtivus suureneb temperatuuri tõustes tugevalt. Osade gaaside (GH 4: NH 3) suhteline soojusjuhtivus suureneb temperatuuri tõustes järsult ja osade (Ne) puhul väheneb. Kineetilise teooria järgi ei tohiks gaaside soojusjuhtivus sõltuda rõhust. Erinevad põhjused viivad aga selleni, et rõhu suurenemisega soojusjuhtivus veidi suureneb. Rõhuvahemikus atmosfäärirõhust mitme millibaarini ei sõltu soojusjuhtivus rõhust, kuna molekulide keskmine vaba tee suureneb koos molekulide arvu vähenemisega ruumalaühiku kohta. Rõhul -20 mbar vastab molekulide keskmine vaba tee mõõtekambri suurusele.

Soojusjuhtivuse mõõtmine on vanim füüsikaline gaasianalüüsi meetod. Seda kirjeldati 1840. aastal eelkõige A. Schleiermacheri (1888-1889) töödes ja seda on tööstuses kasutatud alates 1928. aastast. 1913. aastal töötas Siemens välja õhulaevade jaoks mõeldud vesiniku kontsentratsioonimõõturi. Seejärel töötati paljude aastakümnete jooksul suure eduga välja soojusjuhtivuse mõõtmisel põhinevaid seadmeid, mida kasutati laialdaselt kiiresti kasvavas keemiatööstuses. Loomulikult analüüsiti algul ainult kahekomponentseid gaasisegusid. Parimad tulemused saadakse gaaside soojusjuhtivuse suure erinevusega. Vesinik on gaaside seas kõrgeima soojusjuhtivusega. Praktikas oli põhjendatud ka CO s kontsentratsiooni mõõtmine suitsugaasides, kuna hapniku, lämmastiku ja vingugaasi soojusjuhtivus on üksteisele väga lähedased, mis võimaldab nende nelja komponendi segu pidada kvaasi- binaarne.

Erinevate gaaside soojusjuhtivuse temperatuurikoefitsiendid ei ole samad, seega saate leida temperatuuri, mille juures erinevate gaaside soojusjuhtivus on sama (näiteks 490 ° C - süsinikdioksiidi ja hapniku jaoks, 70 ° C - jaoks ammoniaak ja õhk, 75 ° C - süsinikdioksiidi ja argooni jaoks). Teatud analüütilise ülesande lahendamisel saab neid kokkulangevusi kasutada, võttes kvaasibinaarseks kolmekomponentse gaasisegu.

Gaasianalüüsis võime seda eeldada soojusjuhtivus on lisaomadus. Mõõtes segu soojusjuhtivust ja teades kahekomponentse segu puhaste komponentide soojusjuhtivust, saab arvutada nende kontsentratsioonid. Seda lihtsat seost ei saa aga ühelegi kahendsegule rakendada. Näiteks õhu - veeauru, õhu - ammoniaagi, süsinikmonooksiidi - ammoniaagi ja õhu - atsetüleeni segudel teatud komponentide vahekorras on maksimaalne soojusjuhtivus. Seetõttu on soojusjuhtivuse meetodi rakendatavus piiratud teatud kontsentratsioonivahemikuga. Paljude segude puhul on soojusjuhtivuse ja koostise mittelineaarne sõltuvus. Seetõttu on vaja võtta kalibreerimiskõver, mille järgi tuleks koostada salvestusseadme skaala.

Soojusjuhtivuse andurid(termokonduktomeetrilised andurid) koosnevad neljast väikesest väikese mahuga gaasiga täidetud kambrist, millesse on paigutatud kehast eraldatud ühesuurused ja sama elektritakistusega õhukesed plaatinajuhid. Sama stabiilse väärtusega alalisvool voolab läbi juhtide ja soojendab neid. Juhtmed - kütteelemendid - on ümbritsetud gaasiga. Kaks kambrit sisaldavad mõõtegaasi, ülejäänud kaks sisaldavad võrdlusgaasi. Whitetoni sillas sisalduvad kõik kütteelemendid, millega ei valmista raskusi suurusjärgus 0,01°C temperatuurierinevuse mõõtmine. Nii suur tundlikkus eeldab mõõtekambrite temperatuuride täpset võrdsust, mistõttu asetatakse kogu mõõtesüsteem termostaati või silla mõõtediagonaali ning temperatuuri kompenseerimiseks on kaasas takistus. Niikaua kui soojuse hajumine kütteelementidelt mõõtmis- ja võrdluskambrites on sama, on sild tasakaalus. Kui mõõtekambritesse suunatakse erineva soojusjuhtivusega gaas, siis see tasakaal rikutakse, muutub tundlike elementide temperatuur ja koos sellega ka nende takistus. Mõõtediagonaalis tekkiv vool on võrdeline mõõdetava gaasi kontsentratsiooniga. Tundlikkuse suurendamiseks tuleks tõsta tundlike elementide töötemperatuuri, kuid tuleb jälgida, et gaasi soojusjuhtivuses säiliks piisavalt suur erinevus. Seega on erinevate gaasisegude jaoks optimaalne temperatuur soojusjuhtivuse ja tundlikkuse osas. Sageli valitakse tundlike elementide temperatuuride ja kambrite seinte temperatuuride erinevus vahemikus 100 kuni 150 °C.

Tööstuslike soojusjuhtivuse analüsaatorite mõõteelemendid koosnevad tavaliselt massiivsest metallkorpusest, millesse on puuritud mõõtekambrid. See tagab ühtlase temperatuurijaotuse ja hea kalibreerimise stabiilsuse. Kuna soojusjuhtivusmõõturi näitu mõjutab gaasi voolukiirus, juhitakse gaas mõõtekambritesse möödaviigukanali kaudu. Allpool on toodud erinevate projekteerijate lahendused vajaliku gaasivahetuse tagamiseks. Põhimõtteliselt eeldatakse, et gaasi põhivool on ühendatud kanalite ühendamise kaudu mõõtekambritega, mille kaudu gaas liigub väikese langusega. Sel juhul on difusioonil ja termilisel konvektsioonil otsustav mõju gaasi uuenemisele mõõtekambrites. Mõõtekambrite maht võib olla väga väike (mitu kuupmillimeetrit), mis annab väikese konvektiivse soojusülekande efekti mõõtetulemusele. Plaatinajuhtide katalüütilise toime vähendamiseks sulatatakse need erineval viisil õhukeseseinalisteks klaaskapillaarideks. Mõõtekambri korrosioonikindluse tagamiseks on kõik gaasitoru osad kaetud klaasiga. See võimaldab mõõta kloori, vesinikkloriidi ja muid söövitavaid gaase sisaldavate segude soojusjuhtivust. Keemiatööstuses kasutatakse valdavalt suletud võrdluskambriga soojusjuhtiomeetrilisi analüsaatoreid. Sobiva etalongaasi valimine lihtsustab instrumendi kalibreerimist. Lisaks saad allasurutud nulliga skaala. Nullpunkti triivi vähendamiseks peavad võrdluskambrid olema hästi suletud. Erijuhtudel, näiteks gaasisegu koostise tugevate kõikumiste korral, on võimalik töötada läbivoolu võrdluskambritega. Sel juhul eemaldatakse mõõdetud gaasisegust spetsiaalse reagendi abil üks komponentidest (näiteks CO ja kaustilise kaaliumi lahus) ning seejärel saadetakse gaasisegu võrdluskambritesse. Mõõte- ja võrdlusharud erinevad sel juhul ainult ühe komponendi puudumisel. See meetod võimaldab sageli analüüsida keerulisi gaasisegusid.

Viimasel ajal kasutatakse tundlike elementidena metalljuhtide asemel mõnikord pooljuhttermistore. Termistoride eeliseks on 10 korda kõrgem temperatuuritakistustegur võrreldes metalltermistoridega. Sellega saavutatakse tundlikkuse järsk tõus. Kuid samal ajal esitatakse sillavoolu stabiliseerimisele ja kambri seinte temperatuurile palju kõrgemaid nõudeid.

Varem kui teised ja kõige laiemalt hakati ahjude suitsugaaside analüüsimiseks kasutama soojusjuhtivuse mõõteseadmeid. Tänu konstruktsiooni suurele tundlikkusele, suurele kiirusele, hooldamise lihtsusele ja töökindlusele ning madalale hinnale toodi seda tüüpi analüsaatorid tulevikus kiiresti tööstusesse.

Soojusjuhtiomeetrilised analüsaatorid sobivad kõige paremini vesiniku kontsentratsiooni mõõtmiseks segudes. Etalongaaside valikul tuleb arvestada ka erinevate gaaside segudega. Erinevate gaaside minimaalsete mõõtevahemike näitena saab kasutada järgmisi andmeid (tabel 6.1).

Tabel 6.1

Minimaalsed mõõtepiirkonnad erinevate gaaside jaoks,

% helitugevusele

Maksimaalne mõõtevahemik on enamasti 0-100%, kusjuures 90 või isegi 99% saab alla suruda. Erijuhtudel võimaldab soojusjuhtivuse analüsaator olla ühel instrumendil mitu erinevat mõõtevahemikku. Seda kasutatakse näiteks soojuselektrijaamade vesinikjahutusega turbogeneraatorite täitmise ja tühjendamise jälgimisel. Plahvatusohu tõttu ei täideta generaatori korpust õhuga, vaid esmalt juhitakse puhastusgaasina süsihappegaasi ja seejärel vesinikku. Samamoodi tekitavad generaatorist gaasi eraldumise. Piisavalt kõrge reprodutseeritavusega on ühe analüsaatoriga võimalik saada järgmised mõõtevahemikud: 0-100% (maht) CO (õhus süsinikdioksiidiga puhastamiseks), 100-0% H 2 CO-s (vesinikuga täitmiseks) ja 100-80% H2 (õhus, et kontrollida vesiniku puhtust generaatori töötamise ajal). See on odav viis mõõtmiseks.

Kaaliumkloriidi elektrolüüsil eralduvas klooris vesiniku sisalduse määramiseks termokonduktomeetrilise analüsaatori abil on võimalik töötada nii suletud etalongaasiga (SO 2 , Ar) kui ka voolava etalongaasiga. Viimasel juhul suunatakse vesiniku ja kloori segu esmalt mõõtekambrisse ja seejärel järelpõletisse temperatuuriga >200°C. Vesinik põleb koos liigse klooriga, moodustades vesinikkloriidi. Saadud HC ja C12 segu juhitakse võrdluskambrisse. Sel juhul määratakse vesiniku kontsentratsioon soojusjuhtivuse erinevuse järgi. See meetod vähendab oluliselt väikese õhukoguse segunemise mõju.

Märggaasi analüüsimisel tekkiva vea vähendamiseks tuleb gaas kuivatada, mida tehakse kas niiskusimari abil või alandades gaasi temperatuuri alla kastepunkti. Niiskuse mõju kompenseerimiseks on veel üks võimalus, mis on rakendatav ainult voolava etalongaasi skeemiga mõõtmisel.

Plahvatusohtlike gaasidega töötamiseks toodavad mitmed ettevõtted plahvatuskindlaid seadmeid. Sel juhul on soojusjuhtivusmõõturite kambrid ette nähtud kõrge rõhu jaoks, kambrite sisse- ja väljalaskeavadesse paigaldatakse leegipiirikud ning väljundsignaal on piiratud sisemiselt ohutu tasemeni. Selliseid seadmeid ei saa aga kasutada plahvatusohtlike gaaside ja hapniku või vesiniku ja kloori segude analüüsimiseks.

• Sentimeeter - gramm - sekund - ühikute süsteem, mida kasutati laialdaselt enne vastuvõtmist rahvusvaheline süsteemühikut (SI).

Seni välja arendamata ühtne klassifikatsioon mitmekesisusega seotud olemasolevaid meetodeid. Tuntud katsemeetodid materjalide soojusjuhtivuse mõõtmiseks jagunevad kahte suurde rühma: statsionaarsed ja mittestatsionaarsed. Esimesel juhul kasutab arvutusvalemi kvaliteet soojusjuhtivuse võrrandi konkreetseid lahendusi

tingimusel, teises - tingimusel, kus T on temperatuur; f - aeg; - termilise difusiooni koefitsient; l - soojusjuhtivuse koefitsient; C - erisoojusvõimsus; d on materjali tihedus; - Laplace'i operaator, mis on kirjutatud vastavasse koordinaatsüsteemi; - mahulise soojusallika erivõimsus.

Esimene meetodite rühm põhineb statsionaarse soojusrežiimi kasutamisel; teine ​​- mittestatsionaarne soojusrežiim. Statsionaarsed meetodid soojusjuhtivusteguri määramiseks mõõtmiste olemuse järgi on otsesed (st soojusjuhtivuse koefitsient määratakse otseselt) ja jagunevad absoluutseks ja suhteliseks. Absoluutmeetodites võimaldavad katses mõõdetud parameetrid arvutusvalemi abil saada soovitud soojusjuhtivusteguri väärtust. Suhtelistes meetodites võimaldavad katses mõõdetud parameetrid arvutamise valemi abil saada soojusjuhtivusteguri nõutavat väärtust. Suhteliste meetodite puhul ei piisa absoluutväärtuse arvutamiseks mõõdetud parameetritest. Siin on võimalikud kaks juhtumit. Esimene neist on soojusjuhtivuse koefitsiendi muutuse jälgimine algse suhtes, võttes ühtsuseks. Teine juhtum on teadaolevate soojusomadustega võrdlusmaterjali kasutamine. Sel juhul kasutatakse arvutusvalemis standardi soojusjuhtivuse koefitsienti. Suhtelistel meetoditel on mõned eelised absoluutsete meetodite ees, kuna need on lihtsamad. Statsionaarsete meetodite edasist jaotamist saab läbi viia vastavalt kuumutamise olemusele (väline, mahuline ja kombineeritud) ja vastavalt proovide temperatuurivälja isotermide tüübile (tasane, silindriline, sfääriline). Välise kuumutamisega meetodite alarühma kuuluvad kõik meetodid, mis kasutavad väliseid (elektrilisi, mahulisi jne) soojendeid ja proovipindade kuumutamist soojuskiirguse või elektronpommitusega. Mahulise kuumutamisega meetodite alarühm ühendab kõik meetodid, mis kasutavad kuumutamist proovi läbiva vooluga, uuritava proovi kuumutamist neutron- või z-kiirgusega või mikrolainevooludega. Kombineeritud kuumutamisega meetodite alamrühm võib hõlmata meetodeid, mis kasutavad samaaegselt proovide välist ja mahukuumutamist või vahepealset kuumutamist (näiteks kõrgsagedusvoolude abil).

Kõigis kolmes statsionaarsete meetodite alarühmas on temperatuuriväli

võib olla erinev.

Lamedad isotermid tekivad siis, kui soojusvoog on suunatud piki proovi sümmeetriatelge. Kirjanduses nimetatakse lamedaid isoterme kasutavaid meetodeid aksiaalse või pikisuunalise soojusvooga meetoditeks ja eksperimentaalseid seadistusi nimetatakse lameseadmeteks.

Silindrilised isotermid vastavad soojusvoo levimisele piki silindrilise proovi raadiust. Juhul, kui soojusvoog on suunatud piki sfäärilise proovi raadiust, tekivad sfäärilised isotermid. Selliseid isoterme kasutavaid meetodeid nimetatakse sfäärilisteks ja seadmeid sfäärilisteks.

GOST 7076-99

UDK 691:536.2.08:006.354 Rühm Zh19

RIIKIDEVAHELINE STANDARD

EHITUSMATERJALID JA TOOTED

Soojusjuhtivuse ja soojustakistuse määramise meetod

statsionaarsetes termilistes tingimustes

EHITUSMATERJALID JA TOOTED

Püsiseisundi termilise määramise meetod

juhtivus ja soojustakistus

Tutvustuse kuupäev 2000-04-01

Eessõna

1 VÄLJATÖÖTAJA Ehitusfüüsika Uurimisinstituut (NIISF) Venemaa Föderatsioon

TUTVUSTAS Gosstroy of Russia

2 VASTU VÕETUD ehituse standardimise, tehniliste eeskirjade ja sertifitseerimise osariikidevahelise teadus- ja tehnikakomisjoni (ISTCS) poolt 20. mail 1999.

Osariigi nimi	Riigiorgani nimi ehituse juhtimine
Armeenia Vabariik	Armeenia Vabariigi linnaarengu ministeerium
Kasahstani Vabariik	Kasahstani Vabariigi energeetika-, tööstus- ja kaubandusministeeriumi ehituskomitee
Kõrgõzstani Vabariik	Kõrgõzstani Vabariigi valitsuse alla kuuluv riiklik arhitektuuri- ja ehitusinspektsioon
Moldova Vabariik	Moldova Vabariigi territoriaalse arengu, ehituse ja kommunaalteenuste ministeerium
Venemaa Föderatsioon	Venemaa gosstroy
Tadžikistani Vabariik	Tadžikistani Vabariigi arhitektuuri- ja ehituskomitee
Usbekistani Vabariik	Usbekistani Vabariigi Riiklik Arhitektuuri- ja Ehituskomitee
	Ukraina riiklik ehitus-, arhitektuuri- ja elamupoliitika komitee

3 GOST 7076-87 ASEMEL

4 KASUTATUD 1. aprillist 2000 Vene Föderatsiooni riikliku standardina Venemaa Gosstroy dekreediga 24. detsembrist 1999 nr 89

Sissejuhatus

See rahvusvaheline standard on terminoloogia osas ühtlustatud standarditega ISO 7345:1987 ja ISO 9251:1987 ning vastab standardite ISO 8301:1991, ISO 8302:1991 põhisätetele, millega kehtestatakse meetodid soojustakistuse ja efektiivse soojusjuhtivuse määramiseks, kasutades selleks varustatud instrumenti. soojusarvestiga ja kuuma turvatsooniga instrumendiga.

Vastavalt ISO standarditele kehtestab see standard nõuded näidiste, instrumendi ja selle kalibreerimise kohta, võetakse vastu kaks peamist testimisskeemi: asümmeetriline (ühe soojusarvestiga) ja sümmeetriline (kahe soojusarvestiga).

1 kasutusala

See standard kehtib Ehitusmaterjalid ja tooted, samuti soojusisolatsiooniks mõeldud materjalid ja tooted tööstusseadmed ja torujuhtmed ning kehtestab meetodi nende efektiivse soojusjuhtivuse ja soojustakistuse määramiseks temperatuuril keskmine temperatuur proov miinus 40 kuni + 200 °С.

Standard ei kehti materjalidele ja toodetele, mille soojusjuhtivus on üle 1,5 W / (m × K).

Kalibrid GOST 166-89. Tehnilised andmed

GOST 427-75 Metallist joonlaudade mõõtmine. Tehnilised andmed

GOST 24104-88 Üldotstarbelised ja eeskujulikud laborikaalud. Üldised spetsifikatsioonid

3 Mõisted ja tähistus

3.1 Selles standardis kehtivad järgmised terminid koos nende vastavate määratlustega.

soojusvoog- proovi läbiv soojushulk ajaühikus.

Soojusvoo tihedus on pindalaühikut läbiv soojusvoog.

Statsionaarne soojusrežiim- režiim, milles kõik vaadeldavad termofüüsikalised parameetrid aja jooksul ei muutu.

Soojustakistuse näidis- proovi esikülgede temperatuuride erinevuse ja soojusvoo tiheduse suhe statsionaarsetes termilistes tingimustes.

Proovi keskmine temperatuur- näidise esikülgedel mõõdetud temperatuuride aritmeetiline keskmine väärtus.

Efektiivne soojusjuhtivusl eff materjalist(vastab kehtivates hoonete soojustehnika standardites vastu võetud mõistele "soojusjuhtivuse koefitsient") - testitava materjali proovi paksuse suhe dTo selle soojustakistus R.

3.2 Suuruste ja mõõtühikute tähistused on toodud tabelis 1.

Tabel 1

Määramine	Väärtus	Üksus
l eff	Efektiivne soojusjuhtivus	W/(m × K)
	Soojustakistus	m 2 × K/W
	Proovi paksus enne testimist
	Standardnäidiste soojustakistus	m 2 × K/W
D T 1 , D T 2	Standardnäidiste esikülgede temperatuuride erinevus
e 1 , e 2	Seadme soojusarvesti väljundsignaalid selle kalibreerimisel standardnäidiste abil
f 1, f 2	Seadme soojusarvesti kalibreerimiskoefitsiendid selle kalibreerimisel standardnäidiste abil	W/(mV × m 2)
	Proovi paksus katsetamise ajal
	Katsekeha soojustakistus	m 2 × K/W
	Proovi massi suhteline muutus pärast kuivatamist
	Proovi massi suhteline muutus katse ajal
	Proovi kaal tootjalt kättesaamisel
	Proovi kaal pärast kuivatamist
	Proovi kaal pärast testimist
D T u	Katseproovi esikülgede temperatuuride erinevus
	Uuritava proovi keskmine temperatuur
	Katsekeha kuuma pinna temperatuur
	Katsekeha külma pinna temperatuur
	Seadme soojusarvesti kalibreerimiskoefitsiendi väärtus, mis vastab katseproovi läbiva soojusvoo väärtusele pärast statsionaarse soojusrežiimi kehtestamist (asümmeetrilise katseskeemiga)	W/(mV × m 2)
	Seadme soojusarvesti väljundsignaal pärast statsionaarse soojusvoo loomist läbi katseproovi (asümmeetrilise katseskeemiga)
	Soojustakistus proovi esikülje ja mõõteriistaplaadi tööpinna vahel
leffu	Uuritava proovi materjali efektiivne soojusjuhtivus	W/(m × K)
	Soojustakistus lehtmaterjal, millest valmistatakse puistematerjali proovikasti põhi ja kaas	m 2 × K/W
f ¢ u , f² u	Seadme esimese ja teise soojusarvesti kalibreerimiskoefitsiendi väärtused, mis vastavad katseproovi läbiva soojusvoo väärtusele pärast statsionaarse soojusrežiimi loomist (sümmeetrilise katseskeemiga)	W/(mV × m 2)
e ¢ u e² u	Esimese ja teise soojusarvesti väljundsignaal pärast statsionaarse soojusvoo loomist läbi katseproovi (sümmeetrilise katseskeemiga)
	Katseproovi läbiva statsionaarse soojusvoo tihedus
	Mõõtmisala
	Seadme kuumutusplaadi mõõtetsooni soojendile toidetakse elektritoide

4 Üldsätted

4.1 Meetodi põhiolemus on luua statsionaarne soojusvoog, mis läbib kindla paksusega tasapinnalist proovi ja on suunatud risti proovi esikülgedega (suurimate) külgedega, mõõtes selle soojusvoo tihedust ja vastasrinde temperatuuri. tahud ja proovi paksus.

4.2 Efektiivse soojusjuhtivuse või soojustakistuse määramiseks vajalik proovide arv ja proovivõtuprotseduur tuleks konkreetse materjali või toote standardis kindlaks määrata. Kui konkreetse materjali või toote standard ei määra testitavate proovide arvu, määratakse efektiivne soojusjuhtivus või soojustakistus viiel proovil.

4.3 Õhu temperatuur ja suhteline õhuniiskus ruumis, kus katseid tehakse, peaksid olema vastavalt (295 ± 5) K ja (50 ± 10)%.

5 Mõõteriistad

Testimiseks kasutamiseks:

aastal sertifitseeritud instrument efektiivse soojusjuhtivuse ja soojustakistuse mõõtmiseks õigel ajal ja vastab lisas A toodud nõuetele;

seade kiudmaterjalide tiheduse määramiseks vastavalt standardile GOST 17177;

seade lamedate kiudtoodete paksuse määramiseks vastavalt standardile GOST 17177;

elektrikapp kuivatamiseks, mille kütte ülemine piir ei ole väiksem kui 383 K, seadistusvea ja automaatse temperatuuri reguleerimise piirmäär on 5 K;

nihik vastavalt GOST 166:

Välis- ja sisemõõtmete mõõtmiseks mõõtevahemikuga 0-125 mm, noonuse näidu väärtus 0,05 mm, veapiir 0,05 mm;

Välismõõtmete mõõtmiseks mõõtevahemikuga 0-500 mm, noonuse näidu väärtus 0,1 mm, veapiir -0,1 mm;

metallist mõõtejoonlaud vastavalt standardile GOST 427, mille ülemine mõõtepiir on 1000 mm, lubatud kõrvalekalde piir skaala pikkuse nimiväärtustest ja kaugused mis tahes käigu ja skaala alguse või lõpu vahel - 0,2 mm ;

üldotstarbelised laborikaalud vastavalt standardile GOST 24104:

Suurima kaalupiiranguga 5 kg, jagamisväärtus - 100 mg, skaala näitude standardhälve - mitte rohkem kui 50,0 mg, klapi ebaühtlase käe viga - mitte rohkem kui 250,0 mg, veapiir - 375 mg;

Suurima kaalupiiranguga 20 kg, jagamisväärtus - 500 mg, skaala näitude standardhälve - mitte rohkem kui 150,0 mg, ebaühtlasest õlavarrest tingitud viga - mitte rohkem kui 750,0 mg, veapiir - 1500 mg.

Lubatud on kasutada muid metroloogiliste omadustega mõõteriistu ja seadmeid tehnilised kirjeldused mitte halvemad kui selles standardis määratletud.

6 Testi ettevalmistamine

6.1 Näidis valmistatakse ristkülikukujulise rööptahuka kujul, mille suurimad (esiküljed) on ruudukujulised, mille külg on võrdne seadme plaatide tööpindade küljega. Kui seadme plaatide tööpinnad on ringikujulised, siis peavad proovi suurimad servad olema ka ringikujulised, mille läbimõõt võrdub seadme plaatide tööpindade läbimõõduga. (Lisa A punkt A. 2.1).

6.2 Katsekeha paksus peab olema vähemalt viis korda väiksem kui esikülje serva pikkus või läbimõõt.

6.3 Näidise servad, mis puutuvad kokku mõõteplaatide tööpindadega, peavad olema tasased ja paralleelsed. Jäiga proovi esikülgede kõrvalekalle paralleelsusest ei tohiks olla suurem kui 0,5 mm.

Erineva paksusega ja tasapinnalisusest kõrvalekaldumisega jäigad proovid lihvitakse.

6.4 Rööptahuka näidise paksust mõõdetakse noonuse nihikuga, mille viga ei ületa 0,1 mm neljast nurgast (50,0 ± 5,0) mm kaugusel nurga ülaosast ja mõlema külje keskelt.

Prooviketta paksust mõõdetakse noonuse nihikuga, mille viga ei ületa 0,1 mm piki generatriksi, mis asuvad neljal vertikaaltelge läbival vastastikku risti tasapinnal.

Proovi paksuseks võetakse kõikide mõõtmiste tulemuste aritmeetiline keskmine.

6.5 Plaanis oleva proovi pikkus ja laius mõõdetakse joonlauaga, mille viga ei ületa 0,5 mm.

6.6 Proovi geomeetrilise kuju ja mõõtmete korrapärasus soojusisolatsioonimaterjal määratud vastavalt standardile GOST 17177.

6.7 Inklusioonide (täitematerjali graanulid, suured poorid jne), mis erinevad oma termofüüsikaliste parameetrite poolest põhiproovist, keskmine suurus ei tohiks ületada 0,1 proovi paksusest.

Katsetada on lubatud mittehomogeensete lisanditega proovi, mille keskmine suurus ületab 0,1 selle paksusest. Katseprotokollis märgitakse kandjate keskmine suurus.

6.8 Määrake proovi mass M 1 tootjalt kättesaamisel.

6.9 Proov kuivatatakse konstantse massini materjali või toote normdokumendis määratud temperatuuril. Proov loetakse kuivatatuks konstantse massini, kui selle massi kadu pärast järgmist 0,5-tunnist kuivatamist ei ületa 0,1%. Kuivatamise lõpus määratakse proovi kaal. M 2 ja selle tihedus r u, mille järel proov asetatakse kohe kas selle soojustakistuse määramise seadmesse või suletud anumasse.

Märga proovi on lubatud katsetada külma pealistemperatuuriga üle 273 K ja temperatuuride erinevusega mitte üle 2 K proovi paksuse 1 cm kohta.

6.10 Kuivatatud puistematerjali proov tuleks panna kasti, mille põhi ja kaas on valmistatud õhukesest lehtmaterjalist. Kasti pikkus ja laius peaksid võrduma seadme plaatide tööpindade vastavate mõõtmetega, sügavus - katseproovi paksusega. Puistematerjali proovi paksus peab olema vähemalt 10 korda suurem seda materjali moodustavate graanulite, terade ja helveste keskmisest suurusest.

Karbi põhja ja kaane pindade suhteline poolkerakujuline emissioon peab olema suurem kui 0,8 temperatuuridel, mida need pinnad katse ajal kogevad.

Soojustakistus R L lehtmaterjal, millest on valmistatud kasti põhi ja kaas, peaks olema teada.

6.11 Puistematerjali proov jagatakse neljaks võrdseks osaks, mis valatakse vaheldumisi kasti, tihendades iga osa nii, et see hõivaks vastava osa kasti sisemahust. Karp on kaanega suletud. Kaas on kinnitatud kasti külgseinte külge.

6.12 Kaaluge puistematerjali proovi sisaldav kast. Võttes arvesse prooviga kasti kindlaksmääratud kaalu ning tühja kasti sisemahu ja massi etteantud väärtusi, arvutatakse puistematerjali proovi tihedus.

6.13 Proovide massi ja suuruse määramise viga ei tohiks ületada 0,5%.

7 Testimine

7.1 Katsed tuleks läbi viia eelnevalt kalibreeritud seadmega. Kalibreerimise järjekord ja sagedus on toodud lisas B.

7.2 Asetage testitav proov seadmesse. Proovi asukoht - horisontaalne või vertikaalne. Horisontaalse proovi puhul on soojusvoolu suund ülalt alla.

Katse ajal proovi esikülgede temperatuuride erinevus D T u peaks olema 10–30 K. Proovi keskmine temperatuur katsetamise ajal tuleks näidata regulatiivdokumendis konkreetset tüüpi materjali või toote kohta.

7.3 Seadistage näidikuplaatide tööpindade määratud temperatuurid ja mõõtke järjest iga 300 s järel:

soojusarvesti signaalid e u ja proovi esikülgede temperatuuriandurid, kui soojusvoo tihedust läbi uuritava näidise mõõdetakse soojusarvestiga;

seadme kuumutusplaadi mõõtetsooni soojendile antav võimsus ja näidise esikülgede temperatuuriandurite signaalid, kui soojusvoo tihedus läbi katseproovi määratakse tarnitud elektrienergia mõõtmise teel seadme kuumutusplaadi mõõtmistsooni küttekehale.

7.4 Katseproovi läbivat soojusvoogu loetakse ühtlaseks (statsionaarseks), kui temperatuuriandurite signaalide ja soojusvoo tiheduse viie järjestikuse mõõtmise tulemuste põhjal arvutatud proovi soojustakistuse väärtused, erinevad üksteisest vähem kui 1%, samas kui need väärtused ei suurene ega vähene monotoonselt.

7.5 Pärast statsionaarse soojusrežiimi saavutamist mõõta seadmesse asetatud proovi paksus d u nihik, mille viga ei ületa 0,5%.

7.6 Pärast katse lõpetamist määrake proovi mass M 3 .

8 Testitulemuste töötlemine

8.1 Arvutage proovi suhteline massimuutus selle kuivamise tõttu. T r ja testimise ajal T w ja proovi tihedus r u vastavalt valemitele:

Tr=(M 1 ¾ M 2 )/M 2 , (2)

Tw= (M 2 ¾ M 3 )/M 3 , (3)

Testitava proovi maht V u arvutatakse selle pikkuse ja laiuse mõõtmise tulemuste põhjal pärast katse lõppu ning paksuse mõõtmise tulemustest katse ajal.

8.2 Arvutage esikülgede temperatuuride erinevus D T u ja uuritava proovi keskmine temperatuur T mu vastavalt valemitele:

D T u = T 1u ¾ T 2u , (5)

T mu= (T 1u + T 2u .)/2 (6)

8.3 Proovi termofüüsikaliste parameetrite ja statsionaarse soojusvoo tiheduse arvutamisel tehakse temperatuuri erinevuse andurite signaalide ja soojusarvesti signaali või elektrivõimsuse viie mõõtmise tulemuste aritmeetilised keskmised väärtused. pärast statsionaarse soojusvoo loomist läbi uuritava proovi, asendatakse arvutusvalemites.

8.4 Asümmeetrilise skeemi järgi kokkupandud seadmel testimisel proovi soojustakistus R u arvutatakse valemi järgi

(7)

Kus Rk võta 0,005 m 2 × K / W ning soojusisolatsioonimaterjalide ja -toodete puhul - null.

8.5 Proovimaterjali efektiivne soojusjuhtivus l effu arvutatakse valemi järgi

(8)

8.6 Soojustakistus R u ja efektiivne soojusjuhtivus l effu puistematerjali proov arvutatakse järgmise valemi abil:

, (9)

. (10)

8.7 Statsionaarne soojusvoo tihedus q u asümmeetriliste ja sümmeetriliste skeemide järgi kokku pandud seadmel testitud proovi kaudu arvutatakse vastavalt valemitega:

q u = f u e u , (11)

. (12)

8.8 Katsetamisel kuumakaitsetsooniga instrumendiga, milles soojusvoo tihedus määratakse mõõtes seadme kuumutusplaadi mõõtmistsooni soojendile antud elektrivõimsust, soojustakistust, efektiivset soojusjuhtivust ja statsionaarset soojust. voolutihedus läbi proovi arvutatakse järgmise valemi abil:

, (13)

, (14)

Puistematerjalide testimisel valemites (13) ja (14) selle asemel Rk asendusväärtus R L ..

8.9 Katsetulemus loetakse kõigi testitud proovide soojustakistuse ja efektiivse soojusjuhtivuse aritmeetiliseks keskmiseks.

9 Katsearuanne

Katsearuanne peab sisaldama järgmist teavet:

materjali või toote nimetus;

Normdokumendi tähistus ja nimetus, mille järgi materjal või toode on valmistatud;

Tootja;

Partii number;

tootmiskuupäev;

Testitud proovide koguarv;

seadme tüüp, millega katse tehti;

Katsekehade asukoht (horisontaalne, vertikaalne);

Puistematerjalist proovide valmistamise meetod, näidates kasti, milles proove testiti, põhja ja kaane soojustakistus;

iga proovi mõõtmed;

iga proovi paksus enne katse algust ja katse ajal, näidates, kas katse viidi läbi proovile avaldatud fikseeritud rõhu all või proovi fikseeritud paksusega;

Fikseeritud rõhk (kui see oli fikseeritud);

proovides olevate ebahomogeensete lisandite keskmine suurus (kui neid on);

Proovide kuivatamise tehnika;

iga proovi suhteline massimuutus selle päevast tulenevalt;

Iga proovi niiskus enne ja pärast katse lõppu;

iga proovi tihedus katse ajal;

iga proovi suhteline massimuutus, mis toimus katse ajal;

iga proovi kuuma ja külma külje temperatuur;

Temperatuuride erinevus iga proovi kuuma ja külma külje vahel;

iga proovi keskmine temperatuur;

Soojusvoo tihedus läbi iga proovi pärast statsionaarse soojusrežiimi loomist;

iga proovi soojustakistus;

Iga proovi materjali efektiivne soojusjuhtivus;

Kõigi testitud proovide soojustakistuse aritmeetiline keskmine väärtus;

kõigi testitud proovide efektiivse soojusjuhtivuse aritmeetiline keskmine;

Soojuse voolu suund;

Testimise kuupäev;

Seadme viimase kalibreerimise kuupäev (kui katse viidi läbi soojusarvestiga varustatud seadmega);

Seadme kalibreerimisel kasutatud standardnäidiste puhul tuleb märkida: tüüp, soojustakistus, taatluse kuupäev, taatluse kehtivusaeg, taatlust läbi viinud organisatsioon;

Soojustakistuse või efektiivse soojusjuhtivuse mõõtmisvea hindamine;

Kinnitus katsemenetluse täieliku või osalise mittevastavuse kohta käesoleva standardi nõuetele. Kui katse ajal tehti kõrvalekaldeid käesoleva standardi nõuetest, tuleb need katseprotokolli märkida.

10 Viga efektiivse soojusjuhtivuse määramisel

ja soojustakistus

Suhteline viga efektiivse soojusjuhtivuse ja soojustakistuse määramisel selle meetodiga ei ületa ± 3%, kui katse viiakse läbi täielikult kooskõlas käesoleva standardi nõuetega.

LISA A

(kohustuslik)

Nõuded efektiivse soojusjuhtivuse ja soojustakistuse määramise instrumentidele statsionaarses soojusrežiimis

A.1 Instrumentide diagrammid

Efektiivse soojusjuhtivuse ja soojustakistuse mõõtmiseks statsionaarses soojusrežiimis kasutatakse järgmisi instrumente:

Kokkupandud asümmeetrilise skeemi järgi, varustatud ühe soojusarvestiga, mis asub katseproovi ja seadme külmplaadi vahel või proovi ja seadme kuumutusplaadi vahel (joonis A.1);

Kokkupandud sümmeetrilise skeemi järgi, varustatud kahe soojusarvestiga, millest üks asub katseproovi ja seadme külmplaadi vahel ning teine ​​- proovi ja seadme kuumutusplaadi vahel (joonis A.2) ;

Seade, milles katsekeha läbiv soojusvoog määratakse mõõtes seadme kuumutusplaadi (kuumkaitsetsooniga instrument) mõõtmistsooni soojendile antud elektrienergiat (joonis A.3).

1 - kütteseade; 2 - soojusarvesti; 3 - katseproov; 4 - külmkapp

Joonis A.1 - Ühe soojusarvestiga seadme skeem

1 - kütteseade; 2 - soojusarvestid; 3 - külmkapp; 4 - katsekeha

Joonis A.2 - Kahe soojusarvestiga seadme skeem

1 - külmkapp; 2 - katsekehad; 3 - mõõtmistsooni kütteplaadid;

4 - mõõtmistsooni küttekeha mähis; 5 - turvatsooni kütteplaadid;

6 - kaitsetsooni küttekeha mähis

Joonis A. 3 - Kuuma turvatsooniga seadme skeem

A.2 Kütteseade ja jahuti

A.2.1 Kütte- või jahutusplaadid võivad olla ruudukujulised, mille külg peab olema vähemalt 250 mm, või ringikujulised, mille läbimõõt ei tohi olla väiksem kui 250 mm.

A.2.2 Kerise ja jahuti plaatide tööpinnad peavad olema metallist. Hälve tööpindade tasapinnast ei tohiks olla suurem kui 0,025% nende maksimaalsest lineaarsuurusest.

A.2.3 Katsenäidisega kokkupuutuvate kütte- ja jahutusplaatide tööpindade suhteline poolkerakujuline emissioon peaks olema suurem kui 0,8 nendel pindadel katse ajal esinevatel temperatuuridel.

A.3 Soojusmõõtur

A.3.1 Soojusarvesti tööpindade mõõtmed peaksid olema võrdsed küttekeha ja külmiku plaatide tööpindade mõõtmetega.

A.3.2 Katsekehaga kokkupuutes oleva soojusarvesti esipinna suhteline poolkerakujuline kiirgusvõime peab olema suurem kui 0,8 temperatuuril, mis sellel pinnal on katse ajal.

A.3.3 Soojusarvesti mõõtmistsoon peaks asuma selle esikülje keskosas. Selle pindala peaks olema vähemalt 10% ja mitte rohkem kui 40% esipinna kogupindalast.

A.3.4 Soojusarvesti termoelektripatarei valmistamisel kasutatavate termopaari juhtmete läbimõõt ei tohi olla suurem kui 0,2 mm.

A.4 Temperatuuriandurid

Temperatuuriandurite arv küttekeha või külmiku plaatide igal tööpinnal ja soojusarvesti esiküljel, mis puutub kokku katsenäidisega, peab olema võrdne arvu 10 täisarvuga. Ö A ja olema vähemalt kaks. Nende andurite jaoks sobivate juhtmete läbimõõt ei tohiks olla suurem kui 0,6 mm.

A.5 Elektriline mõõtesüsteem

Elektriline mõõtesüsteem peab tagama pinnatemperatuuri erinevuse andurite signaali mõõtmise veaga mitte rohkem kui 0,5%, soojusarvesti signaali - veaga mitte üle 0,6% või seadmesse tarnitud elektrienergia mõõtmise. seadme pliidiplaadi mõõtmistsooni küttekeha - veaga mitte rohkem kui 0 ,2%.

Temperatuurierinevuse mõõtmise koguviga seadme plaatide pindade ja soojusarvesti pindade vahel, mis puutuvad kokku uuritava proovi esikülgedega, ei tohiks olla suurem kui 1%. Koguviga - temperatuuriandurite läheduses asuva temperatuurivälja moonutusest, välistingimuste mõjul nende andurite omaduste muutustest ja elektrilise mõõtesüsteemi tekitatud veast tulenevate vigade summa.

A.6 Seade katsekeha paksuse mõõtmiseks

Seade peab olema varustatud seadmega, mis võimaldab mõõta proovi paksust selle katsetamise ajal nihikuga, mille viga ei ületa 0,5%.

A.7 Instrumendiraam

Seade peab olema varustatud raamiga, mis võimaldab hoida katseproovi sisaldava seadmeploki ruumis erinevaid orientatsioone.

A.8 Seade katsekeha kinnitamiseks

Seade peab olema varustatud seadmega, mis kas tekitab konstantse etteantud rõhu seadmesse asetatud uuritavale proovile või hoiab seadme plaatide tööpindade vahel püsivat vahet.

Selle seadme poolt katseproovile tekitatud maksimaalne rõhk peaks olema 2,5 kPa, minimaalne - 0,5 kPa, rõhu seadistusviga - mitte rohkem kui 1,5%.

A.9 Seade katsekeha külgmiste soojuskadude või soojuse suurenemise vähendamiseks

Katse ajal tekkivaid külgmisi soojuskaod või soojuse juurdekasvu tuleb piirata, eraldades uuritava proovi külgpinnad soojusisolatsioonimaterjali kihiga, mille soojustakistus ei ole väiksem proovi soojustakistusest.

A.10 Instrumendi korpus

Seade peab olema varustatud korpusega, milles õhutemperatuuri hoitakse võrdne katsekeha keskmise temperatuuriga.

LISA B

(kohustuslik)

Soojusarvestiga varustatud seadme kalibreerimine

B.1 Üldnõuded

Soojusarvestiga varustatud instrumendi kalibreerimine tuleks läbi viia kolme nõuetekohaselt sertifitseeritud standardse soojustakistuse näidise abil, mis on valmistatud vastavalt optilisest kvartsklaasist, orgaanilisest klaasist ja vahtplastist või klaaskiust.

Standardkehade mõõtmed peavad olema võrdsed katsetatava näidise mõõtmetega. Seadme kalibreerimise käigus peab standardnäidiste esikülgede temperatuur olema vastavalt võrdne temperatuuridega, mis katsenäidise esikülgedel on katse ajal.

Kogu soojustakistuse väärtuste vahemik, mida seadmel saab mõõta, tuleks jagada kahte alamvahemikku:

esimese alamvahemiku alumine piir on soojustakistuse minimaalne väärtus, mida sellel seadmel saab mõõta; ülempiir - orgaanilisest klaasist valmistatud standardproovi soojustakistuse väärtus, mille paksus on võrdne testitava proovi paksusega;

teise alamvahemiku alumine piir on esimese alamvahemiku ülempiir; ülemine piir - soojustakistuse maksimaalne väärtus, mida sellel seadmel saab mõõta.

B.2 Asümmeetrilise skeemi järgi kokkupandud seadme kalibreerimine

Enne kalibreerimist tuleks teadaolevate võrdlusandmete järgi hinnata uuritava proovi soojustakistuse arvulist väärtust ja määrata, millisesse alamvahemikku see väärtus kuulub. Soojusarvesti kalibreerimine toimub ainult selles alamvahemikus.

Kui testitava proovi soojustakistus kuulub esimesse alavahemikku, tuleb soojusarvesti kalibreerida.

tehakse optilisest kvartsist ja orgaanilisest klaasist valmistatud standardproovidega. Kui proovi soojustakistus kuulub teise alavahemikku, tehakse kalibreerimine orgaanilisest klaasist ja soojusisolatsioonimaterjalist valmistatud standardproovidega.

Asetage esimene madalama soojustakistusega standardproov seadmesse. R S 1 , D T 1 selle esikülgedest ja soojusarvesti väljundsignaalist e 1 vastavalt punktis 7 kirjeldatud protseduurile. Seejärel asetatakse seadmesse teine ​​suure soojustakistusega standardproov R S 2 , mõõta temperatuuri erinevust D T 2 selle esikülgedest ja soojusarvesti väljundsignaalist e 2 samal meetodil. Nende mõõtmiste tulemuste põhjal arvutatakse kalibreerimiskoefitsiendid f 1 ja f 2 soojusarvestit vastavalt valemitele:

Soojusarvesti kalibreerimiskoefitsiendi väärtus f u , mis vastab pärast statsionaarse soojusvoo loomist läbi uuritava proovi voolava soojusvoo väärtusele, määratakse lineaarse interpolatsiooniga valemi järgi

. (B.3)

B.3 Sümmeetrilise skeemi järgi kokkupandud seadme gradueerimine

Sümmeetrilise skeemi järgi kokkupandud seadme iga soojusarvesti kalibreerimiskoefitsiendi määramise meetod on sarnane punktis B.2 kirjeldatud soojusarvesti kalibreerimiskoefitsiendi määramise meetodiga.

B.4 Seadme kalibreerimise sagedus

Seadme kalibreerimine tuleb läbi viia 24 tunni jooksul enne või pärast katset.

Kui 3 kuu jooksul tehtud kalibreerimiste tulemuste kohaselt ei ületa soojusarvesti kalibreerimiskoefitsiendi muutus ± 1%, saab seda seadet kalibreerida üks kord 15 päeva jooksul. Sel juhul saab testitulemused kliendile üle anda alles pärast katsele järgnenud kalibreerimist ning juhul, kui järgneva kalibreerimise tulemuste põhjal määratud kalibreerimiskoefitsiendi väärtus erineb testimistulemuste põhjal määratud koefitsiendi väärtusest. eelmine kalibreerimine mitte rohkem kui ± 1%.

Katseproovi termofüüsikaliste parameetrite arvutamisel kasutatav kalibreerimiskoefitsient määratakse selle koefitsiendi kahe näidatud väärtuse aritmeetilise keskmisena.

Kui kalibreerimisteguri väärtuste erinevus ületab ± 1 %, loetakse kõigi nende kahe kalibreerimise vahel tehtud katsete tulemused kehtetuks ja katseid tuleb korrata.

LISA B

Bibliograafia

ISO 7345:1987 Soojusisolatsioon. Füüsikalised kogused ja määratlused

ISO 9251:1987 Soojusisolatsioon. Soojusülekande režiimid ja materjali omadused

ISO 8301:1991 Soojusisolatsioon. Soojustakistuse ja sellega seotud termofüüsikaliste näitajate määramine statsionaarses soojusrežiimis. Seade varustatud soojusarvestiga

ISO 8302:1991 Soojusisolatsioon. Soojustakistuse ja sellega seotud termofüüsikaliste näitajate määramine. Kuumakaitsetsooniga seade

Märksõnad: soojustakistus, efektiivne soojusjuhtivus, standardproov

Sissejuhatus

1 kasutusala

3 Mõisted ja tähistus

4 Üldsätted

5 Mõõteriistad

6 Testi ettevalmistamine

7 Testimine

8 Testitulemuste töötlemine

9 Katsearuanne

10 Viga efektiivse soojusjuhtivuse ja soojustakistuse määramisel

Lisa A Nõuded efektiivse soojusjuhtivuse ja soojustakistuse määramise instrumentidele statsionaarsetes termilistes tingimustes

B liide Soojusarvestiga varustatud seadme kalibreerimine

Lisa B Bibliograafia