В чем измеряется теплопроводность: Коэффициент теплопроводности — Портал теплообменного оборудования

Методы определения теплопроводности

Теплопроводность — важнейшая теплофизическая характеристика материалов. Её необходимо учитывать при конструировании нагревательных устройств, выборе толщины защитных покрытий, учёте тепловых потерь. Если под рукой или в наличии нет соответствующего справочника, а состав материала точно не известен, его теплопроводность необходимо вычислить или измерить экспериментально.

Составляющие теплопроводности материалов

Теплопроводность характеризует процесс теплопереноса в однородном теле с определёнными габаритными размерами. Поэтому исходными параметрами для измерения служат:

  1. Площадь в направлении, перпендикулярном направлению теплового потока.
  2. Время, в течение которого происходит перенос тепловой энергии.
  3. Температурный перепад между отдельными, наиболее удалёнными друг от друга частями детали или исследуемого образца.
  4. Мощность теплового источника.

Для соблюдения максимальной точности результатов требуется создать стационарные (установившиеся во времени) условия теплопередачи.

В этом случае фактором времени можно пренебречь.

Измерители теплопроводности на нашем сайте.

Определить теплопроводность можно двумя способами — абсолютным и относительным.

Абсолютный метод оценки теплопроводности

В данном случае определяется непосредственное значение теплового потока, который направляется на исследуемый образец. Чаще всего образец принимается стержневым или пластинчатым, хотя в некоторых случаях (например, при определении теплопроводности коаксиально размещённых элементов) он может иметь вид полого цилиндра. Недостаток пластинчатых образцов — необходимость в строгой плоскопараллельности противоположных поверхностей.

Поэтому для металлов, характеризующихся высокой теплопроводностью, чаще принимают образец в форме стержня.

Суть замеров состоит в следующем. На противоположных поверхностях поддерживаются постоянные температуры, возникающие от источника тепла, который расположен строго перпендикулярно к одной из поверхностей образца.

В этом случае искомый параметр теплопроводности λ составит
 λ=(Q*d)/F(T2-T1), Вт/м∙К, где:
Q — мощность теплового потока;
d — толщина образца;
F — площадь образца, на которую воздействует тепловой поток;

Т1 и Т2 — температуры на поверхностях образца.

Поскольку мощность теплового потока для электронагревателей может быть выражена через их мощность UI, а для измерения температуры могут быть использованы подключённые к образцу термодатчики, то вычислить показатель теплопроводности λ не составит особых трудностей.

Для того, чтобы исключить непроизводительные потери тепла, и повысить точность метода, узел образца и нагревателя следует поместить в эффективный теплоизолирующий объём, например, в сосуд Дьюара.

Относительный метод определения теплопроводности

Исключить из рассмотрения фактор мощности теплового потока можно, если использовать один из способов сравнительной оценки. С этой целью между стержнем, теплопроводность которого требуется определить, и источником тепла помещают эталонный образец, теплопроводность материала которого λ

3 известна. Для исключения погрешностей измерения образцы плотно прижимаются друг к другу. Противоположный конец измеряемого образца погружается в охлаждающую ванну, после чего к обоим стержням подключаются по две термопары.

Далее включают нагреватель, и по достижении стационарного состояния, измеряют разницу температур между термопарами испытуемого образца и образца-эталона.

Теплопроводность вычисляется из выражения

λ=λ3(d(T13-T23)/d3(T1-T2)), где:
d — расстояние между термопарами в исследуемом образце;
d3 — расстояние между термопарами в образце-эталоне;
T13 и T23 — показания термопар, установленных в образце-эталоне;
Т1 и Т2 — показания термопар, установленных в исследуемом образце.

Теплопроводность можно определить и по известной электропроводности γ материала образца. Для этого в качестве испытуемого образца принимают проводник из проволоки, на концах которого любым способом поддерживается постоянная температура.

Через проводник пропускается постоянный электрический ток силой I, причём клеммный контакт должен приближаться к идеальному.

По достижении стационарного теплового состояния температурный максимум Tmax будет располагаться посредине образца, с минимальными значениями Т1 и Т2 на его торцах. Измерив разность потенциалов U между крайними точками образца, значение теплопроводности можно установить из зависимости 

Точность оценки теплопроводности возрастает с возрастанием длины испытуемого образца, а также с увеличением силы тока, который пропускается через него.

Относительные методы измерения теплопроводности точнее абсолютных, и более удобны в практическом применении, однако требуют существенных затрат времени на выполнение замеров. Это связано с длительностью установления стационарного теплового состояния в образце, теплопроводность которого определяется.

Все публикации
Архив по годам: 2015; 2016;

Теплопроводность единица измерения — Энциклопедия по машиностроению XXL

Следовательно, коэффициент л измеряет количество тепла, распространяющееся в течение I сек в теле от одной его поверхности размером в 1 м к другой такой же поверхности при толщине тела 1 м и при разности температур на поверхности t. Этот коэффициент называется коэффициентам теплопроводности или просто теплопроводностью тела и измеряется в системе МКС единицей дж м/(м сек Х У град), а так как дж сек = е/тг, то единицей измерения служит величина вт -м1(м — град).  
[c.213]

Единицей измерения термического сопротивления теплопроводности в системе МКС служит м град/вт.  [c.215]

В гл. 3 рассматриваются рекомендуемые методы исследования теплофизических свойств органических и кремнийорганических теплоносителей. На основании анализа и обобщения наиболее достоверных опытных данных авторами составлены таблицы рекомендуемых значений теплофизических свойств плотности, теплоемкости, вязкости, теплопроводности, поверхностного натяжения. Оценена погрешность табулированных значений теило-физических свойств. Та блицы рекомендуемых величин в настоящей работе представлены в Международной системе единиц СИ. В разделах, посвященных анализу работ других авторов, сохранены принятые ими единицы измерения.

[c.4]

Теплопроводность 193 — Коэффициенты — Единицы измерения 19  [c.1001]

Единица измерения жесткости. Образование накипи на стенках котла и наносимый ею вред (ухудшение теплопроводности, перегрев металла и возможность аварий).  [c.615]

Рассмотрим два геометрически подобных тела, наделенных различными физическими и механическими свойствами массой, скоростью, упругостью, вязкостью, теплопроводностью, электрическим сопротивлением и т. д. Каждое из указанных свойств может быть определено одним или несколькими параметрами и измерено в выбранной системе единиц измерения.  

[c.34]

Единицы измерения величин, приведенных в табл. 5-93 у —м- кг, i —кДж/кг, s — кДж (кг — К)- В [Л.2] приведены также таблицы для коэффициента динамической вязкости при давлениях до 80 МПа (800 кгс/см ) и температурах до 700° С для коэффициента теплопроводности и числа Прандтля при давлениях до 50 МПа (до 500 кгс/см ) и температурах до 7004 С.

[c.235]

Коэффициенты перевода единиц измерения коэффициента теплопроводности [1—3]  [c.256]

Единицей измерения теплопроводности служит количество тепла, распростра няющегося по металлу от места нагрева через единицу площади его поперечного сечения в единицу времени, при изменении температуры на единицу длины и и один градус.  [c.286]

Произведение адсу= к называют коэффициентом теплопроводности тела, единицей измерения которого  [c.23]

Градиент температуры измеряется в К/м. Единица измерения коэффициента теплопроводности определяется единицами измерения плотности теплового потока и  [c.175]

Теплоемкость 176 Теплопроводность 176 Теплота — Количество — Единицы измерения 14  [c.1137]

Чувствительность прибора обычно определяется отношением выходного сигнала к входному. Выходной сигнал лучше всего выражать в единицах измерения физических величин, определивших принцип действия детектора. Например, для детектора по теплопроводности, если обработка ведется по высоте пика, выходной сигнал измеряется в милливольтах. Входной сигнал представляет собой количество введенного в колонку вещества. Сигнал детектора, а следовательно, и его чувствительность можно увеличить путем использования электронных усилителей. Однако увеличение чувствительности не всегда приводит к снижению минимальной концентрации вещества, на которую детектор может реагировать с определенной степенью надежности. В связи с этим вводится еще один критерий, характеризующий пороговую чувствительность.  

[c.299]


Формула (2-1) выражает так называемый закон Фурье. Коэффициент пропорциональности X называется коэффициентом теплопроводности. Его единицу измерения легко выяснить, переписав уравнение (2-1) в виде  [c.96]

Знаменатель дроби 1/а также представляет собой термическое сопротивление теплоотдачи единица измерения его та же, что и термического сопротивления теплопроводности К м /Вт.[c.47]

Чувствительность прибора определяется обычно отношением выходного сигнала к входному. Выходной сигнал лучше всего выражать в единицах измерения физического явления, определяющего принцип действия детектора. Например, для детектора по теплопроводности, если обработка ведется по высоте пика, выходной  [c.225]

В качестве единицы измерения теплопроводности в данной главе используется кал/(см-с-К). Для пересчета этой единицы в БЕТ/(фут-ч-°и) ее необходимо умножить на 241,9, а для пересчета в Вт/(см-К) или Дж/(см-с-К) — на 4,186.  [c.410]

Часто пользуются внесистемными единицами для времени — час и для количества тепла — ккал тогда для измерения коэффициента теплопроводности служит п несистемная единица ктл -Mj j ч-град).  [c.214]

При необходимости измерения более глубоких разрежений применяются термопарные манометры. Чувствительным элементом в этих приборах служит нить накала — тонкая лента или проволока с приваренной к средней части нити термопарой. Нить и термопара помещены в стеклянный баллон, который припаивается или присоединяется через резиновый вакуумный шланг к контролируемой системе. Через нить накала пропускается электрический ток постоянного значения. Температура нити определяется давлением газа, так как в области малых давлений теплопроводность газа зависит от давления. Вторичный прибор включает в себя выпрямитель — источник питания нити накала током до 150 жа и 300 ма (в зависимости от пределов измерения) и милливольтметр для измерения ЭДС термопары. Милливольтметр проградуирован в единицах давления. Промышленность выпускает термопарные лампы типа ЛТ-2 (стеклянная колба), ЛТ-4 (металлическая колба) и вакуумметры ВТ-2, ВТ-3. Диапазон измерений равен 1 — 10- мм рт. ст.  [c.159]

Температура внутренней поверхности трубы определяется по температуре внешней поверхности с введением поправки на перепад в стенке опытной трубы, определяемой из уравнения теплопроводности с внутренними источниками тепла (4-11), На описанной установке производились измерения теплоотдачи при скоростях циркуляции 2—5 м сек, тепловых потоках (2,3—9,3) вт м , недогреве жидкости относительно температуры насыщения до 80°i и паросодержании от нуля до единицы.[c.263]

Е. Контакт с хорошо перемешиваемой, жидкостью или с идеальным проводником. В калориметрии и в других методах измерения, связанных с теплопередачей, часто оказывается, что поверхность твердого тела соприкасается с жидкостью, перемешиваемой настолько хорошо, что температура жидкости всюду одинакова. Пусть твердое тело имеет теплопроводность К, площадь поверхности 5 и температуру поверхности V, причем v сохраняет постоянное значение на всей поверхности. Пусть, далее, хорошо перемешиваемая жидкость, соприкасающаяся с твердым телом, имеет массу М и удельную теплоемкость с, и пусть ее температура равна V. Для общности предположим, что в жидкость с массой М поступает в единицу времени от внешнего источника количество тепла Q и что потеря тепла вследствие излучения в среду с температурой г/о (отнесенная к единице площади в единицу времени) составляет //j(K — Uq). Если SV — увеличение температуры жидкости с массой М за время о , то мы можем написать  [c. 29]

Коэфс )ициеит температуропроводности является физическим параметром вещества и имеет единицу измерения м 1сек. В нестационарных тепловых процессах а характеризует скорость изменения температуры. Если коэффициент теплопроводности X характеризует способность тел проводить теплоту, то коэффициент температуропроводности а есть мера теплоинерционных свойств тел. Из уравнения (22-10) следует, что изменение температуры во времени dt/dx для любой точки тела пропорционально величине а. Поэтому при одинаковых условиях быстрее увеличится температура  [c.354]


В уравнении (4.33) Ах/Х представляет собой термическое сопротивление теплопроводности элементарного слоя стенки, а Ат/(рсДл ) характеризует количество теплоты, аккумулированной элементарным слоем за промежуток времени Ат в процессе прогрева стенки поскольку единица измерения этого комплекса совпадает с единицей измерения термического сопротивления [К/(Вт/м2)], назовем его термическим сопротивлением теплоемкости элементарного слоя. Обозначив АхД= я,т и Ат/(рсАл ) = xт перепишем уравнение (4.33) в виде  [c.83]

Полная аналогия имеет место и в единицах измерения коэффициентов теплопроводности, А,, калДм-ч- С), и влагопрОводностн кг/(м-ч- М), а также теплоемкости с, ккал/(кг-°С), и массоемкости m, кг/(кг- С).  [c.373]

Единицы измерения коэффициента теплопроводности вт м град (СИ), кал/см. сек град-, ккал1м град 1 вт1м град—2, 9 10 калием сек град =  [c.20]

Единицей измерения теплопроводности служит количество тепла, распространяющегося по металлу от места нагрева через единицу площади его поперечного сечения в единицу времени, при изменении температуры на единицу длины и на один градус. Коэффициент теплопроводности выражается в ккал1м-час-град вт м- град).  [c.38]

Единица измерения коэффициента теплопроводности, очевидно, будет ккал-м/м -я-град или ккал1м-ч-град.  [c.219]

В системе МКС единицей измерения термического сопротивления теплопроводности с. чужит м град1вт, причем 1 м-ч- град/ккал = = 0,85 ж град вт.  [c.221]

Полная аналогия имеет место и в единицах измерения коэффициентов теплопроводности %, шл1 м ч град) и влагопроводности кг1 м-ч-°М), а также теплоемкости с, ккал1(кг-град), и массоемкости Ст, кг кг-град).  [c.438]

Для полного прогрева металла, обладающего 1изкон теплопроводностью, требуется больше времени, че.м для металла с высокой теплопроводностью, а при быстром охлаждении в первом могут образоваться трещины, что учитывают при термической обработке. Единицей измерения теплопроводности служит количество тепла (ь си), распространяющегося по едянице длины металла через единицу площади его поперечного сечения б единицу времени [кал см-с град 1Л ккал/м-ч-грид).  [c.13]

Единица измерения а, как легко определить по уравнению (2-9), ккал1м час град. В противоположность коэффициенту теплопроводности X коэффициент теплоотдачи а вовсе не определяется свойствами материала стенки, а зависит от очень многих условий— рода жидкости и ее состояния, характера и скорости движения, величины и формы поверхности стенки, температур жидкости и стенки.  [c.99]

Отсюда единицей измерения коэффициента теплопроводности в системе МКС служат вт-м1м -град = вт м-грсд или внесистемная единица ккал-м/м -ч-град = ккал м-ч-град.  [c.60]

Низкие значения коэффициента теплопроводности газов объясняют то обстоятельство, что всякий теплоизоляционный материал представляет собой композицию твердого тела с воздухом. Именно воздух, находящийся в порах или в полостях, образуемых твердым скелетом , придает материалу свойства плохого проводника тепла с коэффициентом теплопроводности, не намного большим, чем для воздуха. Отсюда ясно, что величина л должна изменяться в одну сторону с так называемым объемным весом материала, т. е. весом единицы объема, фактически занимаемого материалом. Этот объемный вес всегда меньше удельного веса, который мог бы быть измерен в результате спрессовки материала и ликвидации включенных в него пор и полостей. Однако, с другой стороны, увеличение размеров воздушных включений в материал приостанавливает улучшение его теплоизоляционных свойств, поскольку в воздухе начинает формироваться организованное движение, и дополнительно к теплопроводности возникает также конвекция. Следует еще иметь в виду, что в передаче тепла по пористому материалу в большей или меньшей степени принимает участие и теплообмен излучением твердых стенок, замыкающих собой воздушные включения. Поэтому эффективный коэффициент теплопроводности теплоизоляционных материалов не может быть непосредственно выражен  [c.16]

Применения деревянных измерительных скоб взамен металлических подтвердили их эффективность при измерениях больших длин и диаметров вследствие меньшей массы, меньшего в два-три раза ТКЛР вдоль волокон, меньшего в 100. .. 350 раз коэффициента теплопроводности поперек волокон. Применяются хвойные породы, дерева (пихта, ель, сосна), имеющие объемную массу, в 18 раз меньшую, чем у стали, при равном отношении допускаемых напряжений растяжения и сжатия к единице массы. Основной недостаток деревянных измерительных скоб — влияние влажности воздуха, что устраняется покрытием деревянных инструментов несколькими слоями перхлорвиниловой эмали.  [c.196]

Коэффициент теплопроводности жидкостей измеряется обычно каким-либо из двух методов. По первому методу жидкость помещают между цилиндрическими поверхностями, а по второму — между плоскопараллельными. Коэффициент теплопроводности выражается в ккал см я град) или в ккалЦм ч град или в соответствующих британских единицах. Недавно разработан удобный и надежный метод определения коэффициента теплопроводности. По этому методу измеряется количество тепла, необходимого для повышения температуры данного количества жидкости на заданное число градусов в точно определенных условиях испытания. Измерительный прибор представляет собой пробирку из свинцового стекла в пробирку (вдоль продольной оси) впаяна прямая платиновая нить. К концам нити припаяны выводы для подачи напряжения таким образом, прибор подобен обычному платиновому термометру сопротивления. Сопротивление нити можно измерять при помощи стандартного измерительного моста. Такой метод обеспечивает исключительно хорошее совпадение расчетных и измеренных значений для некоторых широко применяющихся органических жидкостей и для ряда продуктов, перспективных с точки зрения их использования в качестве жидкостей для гидравлических систем. Разработан также метод определения коэффициента  [c.111]


Рассмотренную выше методику регистрации тепловых эффектов статического и циклического упругопластического деформирования и предлагается использовать для количественной оценки части энергии, выделяющейся в процессе деформирования в виде тепла. Можно предположить, что выделяющаяся тепловая энергия Q для случая отсутствия теплоизоляции захватов в первую очередь отводится путем теплопроводности Qm через переходные части и головки образца. Соизмеримой с является часть энергии р, затрачиваемая на повышение температуры образца (в установившемся состоянии). Тепловая энергия от излучения вследствие малых веляиин температуры разогрева (до десятых долей или единиц градуса), как показали соответствующие вычисления и результаты измерения, оказывается пренебрежимо малой. Конвективный же тепл ообмен вследствие проведения эксперимента в условияхг вакуума (до 10 мм рт. ст.) можно считать отсутствующим. Таким образом, общее уравнение баланса выделившейся тепловой энергии может быть записано в виде  [c.68]

Применение тепловых единиц СИ в теплофизике и теплотехнике облегчается такими факторами, как отсутствие значительного количества приборов, градуированных в единицах других систем или во внесистемных единицах. Кроме того, широко распространенные внесистемные единицы для измерений коэффициентов теплопроводности или теплообмена, которые основаны на килокалории, незначительно (на 16%) отличаются от единиц СИ. В термохимии уже в настоящее время можно переходить на единицы СИ и отказаться от единиц, основанных на термохимической калор ИИ, так как в этой области науки отсутствуют шкальные приборы.  [c.83]


Теплопроводность единицы измерения — Справочник химика 21

    Величину коэффициента А в среднем можно принять равной 2,1. Коэффициент теплопередачи аг имеет единицу измерения Вт/(м К). В качестве тепловой изоляции используют синтетические и минеральные материалы, имеюш,1 е пористую структуру с замкнутыми мелкими порами, в которых исключается теплопередача конвекцией. Как известно, тонкие слои воздуха являются хорошей изоляцией при толщинах, исключающих возникновение свободной конвекции. Такие пористые материалы имеют весьма малые значения коэффициента теплопроводности, что позволяет при определенной толщине слоя изоляции (обычно до 150 мм) и ее конструкции получить большую величину термического сопротивления стенки. [c.174]
    Детальное изучение методики, опыт длительного ее использования, анализ установки и эксперимента позволяют утверждать, что погрешность значений теплопроводности в измерениях этим методом составляет 1,5%, а изобарной теплоемкости единицы объема срр [c.6]

    Для определения единицы измерения коэффициента теплопроводности решим уравнение (16.1) относительно к  [c.445]

    Обозначения и единицы измерения К —абсолютная температура, градусы Кельвина С —температура, градусы Цельсия Р —температура, градусы Фаренгейта р —плотность, кг/м Ср —удельная теплоемкость, кДж/кг-К Ср/С -отношение удельных теплоемкостей, безразмерная величина ц —вязкость [для V с/мМ = кг/м-с) умножить табличное значение на 10 ] й —коэффициент теплопроводности, МВт/м-К Рг —число Прандтля, безразмерная величииа й —энтальпия, кДж/кг 1/ —скорость звука, м/с. [c.508]

    Обозначения и коэффициенты пересчета р —плотность в г/см= (при использовании единицы измерения фунт/фут табличное значение умножить на 62,428, единицы измерения кг/м — на 1000) Ср — удельная теплоемкость, кал/г-К (при использовании единицы измерения БЕТ/фут-°Н табличное значение умножить на 1, единицы измерения Дж/кг-К —на 4184.0) k — коэффициент теплопроводности, кал/с-см-К (при использовании единицы измерения Вт/м-К табличное значение умножить на 418,4 единицы измерения БЕТ/ч-фут-°Н-на 241,9) р, —абсолютная вязкость. сПз (при использовании единицы измерения фунт/фут-ч табличное значение умножить на 2,419, единицы измерения Н-с/м —на 0,001). [c.514]

    Используя соотношения, аналогичные законам вязкости Ньютона и теплопроводности Фурье (см. Переноса процессы), вводят коэф. турбулентной кинематич. вязкости V., и турбулентной температуропроводности а (м-/с). Последние в отличие от выраженных в тех же единицах измерения коэф. мол, диффузии О, температуропроводности а и кинематич. вязкости V не являются физ.-хим. характеристиками и зависят от параметров осредненного движения среды, а также от положения рассматриваемого элемента ее объема в потоке. [c.19]

    Элементы теории теплопроводности теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность. Определения, единицы измерения. Закон теплопроводности (Фурье). [c.375]

    Элементы теории теплопроводности теплоемкость, теплопроводность и температуропроводность. Определения, единицы измерения. [c.375]

    Потери из-за теплопроводности при измерениях температуры в пламенах с помощью тонких термопар можно сделать незначительными, если расположить оба электрода термопары в плоскостях с одинаковой температурой. Потери тепла излучением можно определить, приравнивая этим потерям количество теплоты, передаваемой от газа к зонду [1, с. 139]. Для сферического зонда диаметра ё. находящегося при установившейся температуре Та и введенного в газ с коэффициентом теплопроводности % и температурой Тг (при Тг>Тз), количество тепла, передаваемого на единицу площади поверхности зонда, можно приближенно определить как (2Х/с1) (Гг—Та). Это справедливо для зонда, диаметр которого достаточно мал (число Рейнольдса много меньше единицы). Тепловые потери зонда излучением к стенкам при температуре стенок Гст характеризуются величиной еа(П—Т ст) (где е —степень черноты зонда, а — постоянная Стефана — Больцмана). Приравнивая выражения для этих двух тепловых потоков, можно найти погрешность в измерении температуры, возникающую вследствие излучения [c.37]


    Соотношения между единицами измерения коэффициента теплопроводности [c.26]

    Коэффициенты перевода единиц измерения коэффициента теплопроводности [1—3] [c.256]

    Установить соотношение между единицами измерения теплопроводности в разных системах измерения  [c.12]

    В качестве единицы измерения теплопроводности в данной главе используется кал/(см-с- К). Для пересчета этой единицы в БЕТ/(фут- ее необходимо умножить на 241,9, а для пересчета в Вт/(см-К) ид.ч Дж/(см-с К) — на 4,186. [c.410]

    Теплопроводность. Способность передавать тепло твердой, жидкой и газообразными фазами определяет удельную теплопроводность горных пород I или тепловое удельное сопротивление Коэффициент теплопроводности представляет собой величину, равную количеству тепла, переносимому породой в единицу времени через единицу площади при единичном градиенте температуры. В системе СИ единицей измерения К служит Вт/моль-°С. [c.114]

    Согласно определению, удельная теплопроводность Я соединения равна количеству теплоты, которое протекает через плоскую пластину толщиной 1 см и площадью 1 см за 1 с при условии, что между поверхностями пластины поддерживается разность температур 1 К. Таким образом, единица измерения удельной теплопроводности — Вт/(м-К). Теплопроводность осуществляется в результате прямой передачи энергии между молекулами без учета влияния конвекции или излучения. Согласно законам кинетической теории газов, в области температур и давлений, применяемых в газовой хроматографии, теплопроводность не зависит от давления и для всех газов существенно увеличивается с ростом температуры. [c.379]

    Том I (1962 г.) содержит общие сведения атомные веса и распространенность элементов единицы измерения физических величин соотношения между единицами измерения физических величин измерение температуры и давления математические таблицы и формулы важнейшие химические справочники и периодические издания основные данные о строении вещества и структуре кристаллов физические свойства (плотность и сжимаемость жидкостей и газов, термическое расширение твердых тел, жидкостей и газов равновесные температуры и давления критические величины и константы Ван-дер-Ваальса энергетические свойства теплопроводность электропроводность и числа переноса диэлектрическая проницаемость дипольные моменты вязкость поверхностное натяжение показатели преломления) краткие сведения по лабораторной технике. Имеется предметный указатель. [c.23]

    Найти единицу измерения коэффициента теплопроводности в СИ. [c.7]

    Всякое вещество, независимо от состояния, обладает целым рядом свойств, например плотностью, твердостью, сопротивлением сжатию, электропроводностью, теплопроводностью, теплоемкостью, оптическими свойствами и т. д. Каждое из этих свойств выражается в соответствующих единицах измерения и определяется при помощи специальных приборов. [c.130]

    Единицы измерения коэффициента теплопроводности  [c.18]

    Коэффициент теплопроводности X [единица измерения Вт/(м К)] входит в уравнение Фурье  [c.245]

    На рис. 33—42 значения коэффициента теплопроводности даны в технической системе единиц измерения. [c.78]

    В табл. 16 температуры кипения (т. кип.) и плавления (т. пл.) обычно указаны в градусах Цельсия (°С) при 1 атм (другие значения давления, в миллиметрах ртутного столба, приведены в скобках возг. означает, что при этой температуре вещество возгоняется) плотность р имеет единицу измерения г/л при 0°С (если единица измерения плотности — г/см , это указано в таблице в скобках приведены значения температуры, если р определена не при 0°С) дипольные моменты ц. даны в единицах Дебая для газообразного состояния теплопроводность (ТП) приведена в единицах 10- кал-с- -см-2/(°С/см) при 100°Р (37,8 °С) скорость распространения звука V измерена в единицах м/с при 0°С растворимость в воде 5 дана в граммах на 100 см воды при [c.47]

    В.— одно из важнейших и наиболее полно изученное соединение. Некоторые из свойств В. положены в основу определения единиц измерения фундаментальных физических величин массы, плотности, температуры, теплоты и уде гьной теплоемкости. По ряду физических свойств В. обнаруживает аномалии, например, по летучести соединений водорода с элементами подгруппы кислорода, по изменению плотности при увеличении температуры, зависимости вязкости от давления и теплопроводности от температуры. Эти аномалии В. обусловлены наличием водородных связей. Они играют важную роль в природе. [c.55]

    Коэффициенты теплопроводности смесей нереагирующих газов, близких к идеальному состоянию, можно подсчитать с допустимой для практических целей погрешностью по правилу аддитивности. Для двухфазных систем конденсационных (состояния Ь+С, Ь+С, 8+С, SrfG, рис. 1.1, 1.2) и диспергационных аэрозолей точные данные могут бьггь получены только опытным путем. Ориентировочно теплопроводности таких систем можно подсчитать как средневзвешенные величины по теплопроводностям твердой, жидкой и паровой фаз. Единицей измерения коэффициента теплопроводности в СИ является 1 Вт/(мК). В британской системе величина X измеряется в единицах тепла на фут, час, фадус Фаренгейта 1 ВТи/(йЬ°Р)=1,73 Вт/(мК). [c.43]


    Выше указывалось на связь физического смысла величины с ее размерностью и единицей измерения. Однако эта связь может оказаться завуалированной при стремлении к сокращению записи единицы измерения. Так, единицу измерения коэффициента теплопроводности X в СИ записывают упрощенно ДжЦсм К) — здесь физический смысл остается неясным. Это произошло из-за сокращения [м]-, полная запись имеет вид ДжЦсм К/м), и тогда физический смысл становится ясным коэффициент теплопроводности есть поток теплоты в единицу времени между двумя плоскими поверхностями площадью в 1 м , если при расстоянии между этими плоскостями в 1 м температурный напор равен [c.43]     Коэффициент теплопроводности инертных газов в критическом состоянии Якр можно определить по формуле, предложенной Овенсом и Тодосом [18]. Преобразуя эту формулу с учетом перехода на Международную систему единиц измерения (СИ), получим  [c.12]

    Н=кал/г-К o j — отношение удельных теплоемкостей, безразмерная величина ц —вязкьсть (при использовании единицы измерения фунт/фут табличное значение умножить на 10 ) А —коэффициент теплопроводности, БЕТ/ч-фут R Рг—число Прандтля, безразмерная величина /г —энтальпия, БЕТ/фунт (при использовании единицы измерения кал/г умножить табличное значение на 0,5555) — скорость звука, фут/с. [c.511]

    Единица измерения коэффициента теплопроводности в системе СИ вт/м-град. Часто применяют внесистемные единицы кал/см-секХ, «Хград я ккал/м-ч-град. [c.140]

    Величины, входящие в выражения для критериев подобия, и их единицы измерения а—коэффициент теплоотдачи, Вт/(м -К), Р — коэффициент объемного расширения, К р — плотность, кг/м X — коэффициент теплопроводности, Вт/(м-К) Д. —разность температур стенки и жидкости (или наоборот), К Ц — динамический коэффициент вязкости, Па с V — кинематический коэффициент вязкости, м / а — кКср)—коэффициент температуропроводности, м7с с — удельная теплоемкость (при постоянном давлении), Дж/(кг-К) Г — ускорение свободного падения, м/с I — определяющий геометрический размер (для каждой формулы указывается, какой размер является определяющим), м т — скорость, м/с г —удельная теплота парообразования (испарения), Дж/кг. [c.104]

    Н — коэффициент Генри единицы измерения указаны в тексте. iu (k fUny) S в бинарных газовых смесях, где диффундирует только котонент А, /о = (k /Uav) ЦРвм/Р) X X S 2/3 / = (ft/ ppi/,,)Pr2/3. k — коэффициент теплопроводности, эрг/[с-см -(°С/см)]. k — коэффициент массоотдачи, см/с. кст — коэффициент массоотдачи при предельной скорости движения капли. [c.228]

    Рассмотрим условия подобия явлений несколько подробнее. Предположим, что некоторое явление X может быть охарактеризовано параметрами х , х , х ,. .., Х . Так, диффузия характеризуется градиентом концентрации, вязкость — градиентом скорости, теплопроводность — градиентом температуры и т. д. Каждый параметр, характеризующий явление, может быть выражен в каких-то единицах измерения, например градиент концентрации — в моль1 л -см), градиент скорости — в см1 сек -см) и т. д. При описании данного явления между параметрами устанавливается функциональная зависимость вида [c.208]


Теплопроводность определение, назначение, cвойства, разновидности, размеры, технические характеристики

Оглавление

Определение

Теплопроводность – процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела.Такой процесс происходит в любых телах или системах с неоднородной температурой, т.к. любая система стремится к термодинамическому равновесию.

В зависимости от того, в каком агрегатном состоянии находится вещество, изменяется механизм теплопередачи. Теплопроводность является количественной мерой способности тела к передаче тепловой энергии, характеризуемой показателем теплопроводности.

Коэффициент теплопроводности – количество теплоты, проходящей через материал толщиной 1 м, площадью поверхности 1м2, за единицу времени 1 секунда при изменении температуры в 1 кельвин (10 °С). В единицах измерения СИ выражается Вт/(м*К).

Теплота – энергия, которое получает или теряет тело в процессе теплообмена.

Коэффициент теплопроводности, при стационарном потоке тепла, рассчитывается, исходя из интегральной формы закона теплопроводности Фурье:

P — суммарные потери тепловой энергии;

S — площадь сечения, проводящего тепловой поток;

λ – коэффициент удельной теплопроводности;

T — разность температур в исследуемых точках;

l — длина отрезка между выбранными точками.

Закон справедлив для точек, расположенных на перпендикулярной сечению, проводящий поток тепловой энергии, линии.

Согласно приложению Д ГОСТ 30732-2006, для определения теплопроводности трубы, изолированной при помощи ППУ, применяется выражение:

Q – поток тепловой энергии;

D — наружный диаметр труба-оболочки;

d — наружный диаметр стальной трубы;

l — протяженность экспериментальной рабочей секции;

t1, t2 — значения температуры трубы и оболочки.

Показатель теплопроводности является необходимым параметром при расчете слоя изоляции стальной трубы. Расчеты проводятся на основании СНиП 41-03-2003 и СП 41-103-2000.

Коэффициент теплопроводности, формула и примеры

Определение и формула коэффициента теплопроводности

Коэффициентом теплопроводности является физическая величина, которая характеризует способность вещества проводить тепло.

Обозначают коэффициент теплопроводности по-разному. Встречаются обозначения: K, и некоторые другие.

Коэффициент теплопроводности газа

В соответствии с кинетической теорией для газа коэффициент теплопроводности равен:

   

где — средняя скорость теплового движения молекул, — средняя длин свободного пробега молекулы, — плотность газа, — удельная теплоемкость газа в изохорном процессе.

Коэффициент теплопроводности металлов

Металлы являются хорошими проводниками тепла. Теплопроводность в металлах реализуется при помощи (в основном) посредством того, что энергию переносят свободные электроны. Коэффициент электронной теплопроводности металлов вычисляют при помощи формулы:

   

где — постоянная Больцмана, — концентрация электронов в металле, — длина свободного пробега, которая соответствует границе энергии Ферми () для распределения электронов по температурам при T=0K, — масса электрона, — средняя скорость свободного пробега для тех же условий, что и .

Для идеального электронного газа выражение (2) преобразуется к виду:

   

где — средняя длина свободного пробега, — средняя скорость теплового движения электронов.

Надо отметить, что теплопроводность, которая осуществляется кристаллической решеткой металлов существенно меньше, чем электронная. Ее можно рассчитать для кристаллов, рассматривая перемещение фотонов по кристаллу, при помощи формулы:

   

где с — теплоемкость единицы объема, — скорость звука, — длина свободного пробега фотона

Коэффициент теплопроводности и уравнение Фурье

Коэффициент теплопроводности входит в основное уравнение, которое описывает явление переноса тепла или уравнение Фурье. Явление теплопроводности появляется , если имеется градиент температуры. В одномерном стационарном случае уравнение Фурье можно записать как:

   

где помимо коэффициента теплопроводности () имеются: — количество теплоты, которое переносится через площадку в направлении, которое совпадает с направлением нормали к , в направлении уменьшения температуры, — градиент температуры. В нашем случае

Единицы измерения

Основной единицей измерения коэффициента теплопроводности в системе СИ является:

=Вт/м•К

Примеры решения задач

Перевод единиц измерения Теплопроводности — таблица.

Перевод единиц измерения величин теплопроводности.

  • Пояснения: Индекс IT — «обычные» теловые единицы. Индекс th — термохимические (более редкие единицы англосаксов). Разница менее 0,1%.
  • Градус Цельсия (C) равен по модулю градусу Кельвина (подробнее про температуру).

Таблица перевода единиц теплопроводности глазами русскоговорящих инженеров.

мВт/(см*K) = мВт/(см*C)
mW /(cm*K) = mW /(cm*C)

(Единица СИ)
Вт/(м*K) = Вт/(м*C)
W /(m*K) = W /(m*C)

Вт/(см*K) = Вт/(см*C)
W /(cm*K) = W /(cm*C)

Дж/(с*см*K) = Дж/(с*см*С)
J/(s*cm*K) = J/(s*cm*С)

ккалth/ (час*м*C)
kcalth/ (h* m* C)
калth/ (с*см*C)
calth/ (s*cm*C)
калIT/ (с*см*C)
calIT/ (s*cm*C)
БТЕth*дюйм/ (час*фут2*F)
BtuIT in/ (h*ft2*F)
БТЕth/ (час*фут*F)
BtuIT/ (h*ft*F)
БТЕIT*дюйм/ (час*фут2*F)
BtuIT in/ (h*ft2*F)
БТЕIT/ (час*фут*F)
BtuIT/ (h*ft*F)
мВт/(см*K) = мВт/(см*C)
mW /(cm*K) = mW /(cm*C) это:
1 0.1 1*10-3 1*10-3 8.60421*10-2 2,39006*10-4 2,38846*10-4 0,693811 5,78176*10-2 0,693347 5,77789*10-2
(Единица СИ)
Вт/(м*K) = Вт/(м*C)
W /(m*K) = W /(m*C) это:
10 1 1*10-2 1*10-2 0.860421 2,39006*10-3 2,38846*10-3 6,93811 0,578176 6,93347 0,577789
Вт/(см*K) = Вт/(см*C)
W /(cm*K) = W /(cm*C) это:
1*103 1*102 1 1 86.0421 0,239006 0,238846 6,93811*102 57,8176 6,93347*102 57,7789
Дж/(с*см*K) = Дж/(с*см*С)
J/(s*cm*K) = J/(s*cm*С) это:
1*103 1*102 1 1 86.0421 0,239006 0,238846 6,93811*102 57,8176 6,93347*102 57,7789
ккалth/ (час*м*C)
kcalth/ (h* m* C) это:
11.6222 1.16222 1.16222*10-2 1.16222*10-2 1 2.77778*10-3 2.77592*10-3 8,06363 0,671969 8,05824 0,671520
калth/ (с*см*C)
calth/ (s*cm*C) это:
4,184*103 4,184*102 4,184 4,184 3,6*102 1 0.999331 2.90291*103 2.41909*10-2 2.90096*103 2.41747*10-2
калIT/ (с*см*C)
calIT/ (s*cm*C) это:
4,1868*103 4,1868*102 4,1868 4,1868 3,60241*102 1.00067 1 2.90485*103 2.42071*10-2 2.90291 * 103 2.41909*10-2
БТЕth*дюйм/ (час*фут2*F)
BtuIT in/ (h*ft2*F) это:
1,44131 0,144131 1,44131*10-3 1,44131*10-3 0,124014 3.44482*10-4 3.44252*10-4 1 8.33333*10-2 0.999331 8.32776*10-2
БТЕth/ (час*фут*F)
BtuIT/ (h*ft*F) это:
17,2958 1,72958 1,72958*10-2 1,72958*10-2 1,48816 4.13379*10-3 4.13102*10-3 12 1 11.9920 0.999331
БТЕIT*дюйм/ (час*фут2*F)
BtuIT in/ (h*ft2*F) это:
1,44228 0,144228 1,44228*10-3 1,44228*10-3 0,124097 3.44713*10-4 3.44482*10-4 1.00067 8.33891*10-2 1 8.33333*10-2
БТЕIT/ (час*фут*F)
BtuIT/ (h*ft*F) это:
17,3073 1,73073 1,73073*10-2 1,73073*10-2 1,48916 4.13656*10-3 4.13379*10-3 12.0080 1.00067 12 1

Таблица перевода единиц теплопроводности глазами англоязычных инженеров.

БТЕIT/ (час*фут*F)
BtuIT/ (h*ft*F)
БТЕIT*дюйм/ (час*фут2*F)
BtuIT in/ (h*ft2*F)
БТЕth/ (час*фут*F)
BtuIT/ (h*ft*F)
БТЕth*дюйм/ (час*фут2*F)
BtuIT in/ (h*ft2*F)
калIT/ (с*см*C)
calIT/ (s*cm*C)
калth/ (с*см*C)
calth/ (s*cm*C)
ккалth/ (час*м*C)
kcalth/ (h* m* C)

Дж/(с*см*K) = Дж/(с*см*С)
J/(s*cm*K) = J/(s*cm*С)

Вт/(см*K) = Вт/(см*C)
W /(cm*K) = W /(cm*C)

Вт/(м*K) = Вт/(м*C)
W /(m*K) = W /(m*C)

мВт/(см*K) = мВт/(см*C)
mW /(cm*K) = mW /(cm*C)
БТЕIT/ (час*фут*F)
BtuIT/ (h*ft*F) это:
1 12 1.00067 12.0080 4.13379*10-3 4.13656*10-3 1,48916 1,73073*10-2 1,73073*10-2 1,73073 17,3073
БТЕIT*дюйм/ (час*фут2*F)
BtuIT in/ (h*ft2*F) это:
8.33333*10-2 1 8.33891*10-2 1.00067 3.44482*10-4 3.44713*10-4 0,124097 1,44228*10-3 1,44228*10-3 0,144228 1,44228
БТЕth/ (час*фут*F)
BtuIT/ (h*ft*F) это:
0.999331 11.9920 1 12 4.13102*10-3 4.13379*10-3 1,48816 1,72958*10-2 1,72958*10-2 1,72958 17,2958
БТЕth*дюйм/ (час*фут2*F)
BtuIT in/ (h*ft2*F) это:
8.32776*10-2 0.999331 8.33333*10-2 1 3.44252*10-4 3.44482*10-4 0,124014 1,44131*10-3 1,44131*10-3 0,144131 1,44131
калIT/ (с*см*C)
calIT/ (s*cm*C) это:
2.41909*10-2 2.90291 * 103 2.42071*10-2 2.90485*103 1 1.00067 3,60241*102 4,1868 4,1868 4,1868*102 4,1868*103
калth/ (с*см*C)
calth/ (s*cm*C) это:
2.41747*10-2 2.90096*103 2.41909*10-2 2.90291*103 0.999331 1 3,6*102 4,184 4,184 4,184*102 4,184*103
ккалth/ (час*м*C)
kcalth/ (h* m* C) это:
0,671520 8,05824 0,671969 8,06363 2.77592*10-3 2.77778*10-3 1 1.16222*10-2 1.16222*10-2 1.16222 11.6222
Дж/(с*см*K) = Дж/(с*см*С)
J/(s*cm*K) = J/(s*cm*С) это:
57,7789 6,93347*102 57,8176 6,93811*102 0,238846 0,239006 86.0421 1 1 1*102 1*103
Вт/(см*K) = Вт/(см*C)
W /(cm*K) = W /(cm*C) это:
57,7789 6,93347*102 57,8176 6,93811*102 0,238846 0,239006 86.0421 1 1 1*102 1*103
Вт/(м*K) = Вт/(м*C)
W /(m*K) = W /(m*C) это:
0,577789 6,93347 0,578176 6,93811 2,38846*10-3 2,39006*10-3 0.860421 1*10-2 1*10-2 1 10
мВт/(см*K) = мВт/(см*C)
mW /(cm*K) = mW /(cm*C) это:
5,77789*10-2 0,693347 5,78176*10-2 0,693811 2,38846*10-4 2,39006*10-4 8.60421*10-2 1*10-3 1*10-3 0.1 1

Измеритель теплопроводности стационарный ИТП-МГ4 250

Прибор ИТП-МГ4 «250» предназначен для измерения теплопроводности и определения термического сопротивления образцов строительных материалов и материалов, используемых для теплоизоляции, в стационарных условиях (длина и ширина образца – 250 мм, толщина – от 5 до 50 мм).

Выполнение измерений

Для выполнения измерений исследуемый образец помещается в нагревательную установку, обеспечивающую стационарный тепловой режим. В результате одностороннего нагрева создается тепловой поток, проходящий через образец материала. С датчиков, измеряющих плотность теплового потока и температуру противоположных поверхностей, результаты замеров предаются в электронный блок, в котором при помощи микропроцессорного вычислительного устройства рассчитывается эффективная теплопроводность (с учетом толщины образца). На одно измерение затрачивается не более 180 мин. В памяти электронного блока могут сохраняться результаты 200 замеров.

Применение

Измеритель теплопроводности ИТП-МГ4 «250» используется в лабораториях заводов строительных материалов для проверки качества выпускаемой продукции.

Многофункциональный измеритель теплопроводности ИТП-МГ4 «250/ЗОНД»

Тепловой контроль в строительстве

Тепловой неразрушающий контроль, основой которого является регистрация температурных полей, может осуществляться различными методами. Для измерения теплопроводности строительных материалов используют активные методы контроля, при которых исследуемые образцы подвергаются нагреву. Измеритель теплопроводности ИТП-МГ4 «250/ЗОНД» может выполнять измерения при стационарном (неизменном) тепловом режиме, в соответствии с ГОСТ 7076, а также с использованием зонда в нестационарном режиме, согласно ГОСТ 30256.

Возможности прибора

Прибор комплектуется цилиндрическим зондом и нагревательной камерой, поэтому с его помощью можно определять теплопроводность массива материала (с внедрением измерителя) и отдельных изделий в условиях стройплощадки, а также термосопротивление (с вычислением эффективной теплопроводности) образцов с размерами 250х250х5-50 мм, изготовленных из исследуемого материала, в стационарном режиме.

Отличия режимов измерения

Стационарные измерения обеспечивают лучшую точность, но более продолжительны по времени (до 3 часов). Зондовые измерения занимают не более 10 минут, но для повышения точности результатов необходимо обеспечить дополнительное термостатирование образцов (с использованием термокамеры).

Особенности модели

В памяти электронного блока могут сохраняться результаты измерений: с использованием зонда – 100 замеров, с использованием нагревательной камеры – 200 замеров. Данная модель имеет порт RS-232, благодаря которому может выполняться экспортирование данных из памяти прибора на ПК.

Методы измерения эффективной теплопроводности металлогидридных слоев: обзор

https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.12.185 Получить права и содержание

Основные моменты

Методы измерения эффективного теплового рассмотрена проводимость слоев металлогидридов.

Обсуждались подробности испытаний эффективной теплопроводности для слоев гидридов металлов.

Были представлены преимущества, недостатки и применения каждого метода измерения.

Было проведено краткое обсуждение будущего развития методов измерения.

Реферат

Эффективная теплопроводность слоев металлогидридов является решающим параметром при проектировании металлогидридных реакторов. В этом обзоре обсуждаются методы и принципы измерения эффективной теплопроводности слоев металлогидридов, включая стационарные методы (радиальный тепловой поток, сравнительный отрезной стержень, защищенный измеритель теплового потока и методы защищенной горячей пластины) и переходные методы. методы (методы горячей проволоки, теплового зонда, источника переходной плоскости и лазерной вспышки).Были рассмотрены отчеты об эффективных измерениях теплопроводности для определения характеристик слоев гидридов металлов, включая методы измерения, состав материала, результаты измерений, температуру и давление газа. Были представлены преимущества, недостатки и применения каждого метода измерения, а также проведена оценка различных методов измерения. Установлено, что лазерная вспышка и источник переходной плоскости являются наиболее часто используемыми методами и все чаще применяются в последние годы.Наконец, представлено краткое обсуждение рекомендуемых будущих разработок эффективных измерений теплопроводности.

Ключевые слова

Металлогидридные слои

Эффективная теплопроводность

Методы измерения

Стационарные методы

Переходные методы

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2020 Hydrogen Energy Publications LLC. Опубликовано Elsevier Ltd. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Hot Disk | Точность измерения и теплопроводность воды

В литературе есть многочисленные опубликованные значения свойств теплопередачи многих материалов, некоторые из которых относятся к 19 годам.Все эти данные основаны на измерениях, так как исходный материал для теплопроводности отсутствует. В лучшем случае опубликованные результаты составлены из множества измерений с использованием различных методов в контролируемых условиях, так называемых циклических тестов. Если это так, то среднее значение всех измерений, вероятно, является справедливой оценкой истинного значения, но тем не менее будет содержать ошибки и отклонения, а также неизвестные величины.

а) Плохая точность и аккуратность. б) Плохая точность, но хорошая точность.в) Хорошая точность (средняя близка к мишени), но плохая точность. г) Хорошая точность и аккуратность.

Связывание удельной теплоемкости и теплопроводности

Единственное исключение из вышеперечисленного связано с теплоемкостью воды. Одна калория — это по определению количество энергии, необходимое для повышения температуры одного грамма воды на один градус Цельсия при 20 ° C. Таким образом, в единицах СИ C p воды составляет 4,18 Дж / г · К при 20 ° C. Поскольку это определение удельной теплоемкости, оно является точным и правильным.Зная, что удельная теплоемкость на единицу объема (плотность, умноженная на C p ) равна теплопроводности, деленной на теплопроводность, у нас есть хорошие шансы проверить точность путем одновременного измерения проводимости и диффузии воды. При 20 ° C плотность чистой воды составляет 1,00 г / см 3 и, таким образом, удельная теплоемкость на единицу объема будет 4,18 МДж / м 3 K.

Тестовая вода

Чтобы измерить воду, необходимо принять некоторые меры предосторожности: вода должна быть дистиллирована, чтобы избавиться от всех ионов.Его также необходимо дегазировать и хранить в герметичном контейнере для удаления растворенных газов и предотвращения нового поглощения при контакте с воздухом. Образец воды, приготовленный таким образом, был помещен в сосуд с датчиком Hot Disk и протестирован соответствующим образом.

Для анализа использовался прибор TPS 2500 S, соответствующий ISO 22007-2. В этом случае использовался датчик радиусом 3,2 мм с мощностью нагрева 25 мВт и временем измерения 3 с.

Результаты
Теплопроводность воды при температуре от 0 до 100 ° C, измеренная с помощью Hot Disk TPS 2500 S.
Темп. [° C] λ [Вт / м / K] Std. κ [мм 2 / с] Std. ρC p [МДж / м 3 K] Std.
0 0,5864 0,009 0,133 0,005 4,41 0,11
20 0.6075 0,028 0,147 0,018 4,18 0.33
40 0,6691 0,038 0,173 0,026 3,94 0,47
60 0,7310 0,027 0.200 0,021 3,68 0,27
80 0,7938 0,028 0,239 0,025 3,35 0,22
100 0.8580 0,017 0,268 0,022 3,21 0,17
20 0,6270 0,012 0,158 0,008 3,97 0,13

Вода была первоначально измерена при 20 ° C, и затем результаты показали C p 4,186 МДж / м 3 K. Затем испытания проводили при 0 ° C и каждые 20 ° C с шагом до 100 ° C. , а затем снова при 20 ° C.По мере того как образец начинает растворять газы из окружающего воздуха, значение C p постепенно уменьшается, как видно из значений, полученных при 20 ° C.

Пять измерений были выполнены при каждой температуре и стандартное отклонение, рассчитанное для каждой температуры, чтобы оценить точность теста. Стандартное отклонение также используется для расчета уровней достоверности, поэтому небольшие вариации могут быть оценены как реальные или случайные. В этих экспериментах все стандартные отклонения были подтверждены в пределах 2σ.

Заключение

При использовании метода горячего диска одновременно измеряются и проводимость, и коэффициент диффузии. По этим измеренным значениям рассчитывается удельная теплоемкость на единицу объема. Калибровка или сравнение со стандартами не используются и не требуются. Метод Hot Disk является абсолютным. Согласие с ожидаемой удельной теплоемкостью превосходное, и в результате можно сделать вывод, что проводимость и коэффициент диффузии являются точными с очень высокой степенью уверенности. Риск того, что электропроводность и коэффициент диффузии будут неверными, так что расчет удельной теплоемкости, тем не менее, дает теоретическое значение, ничтожно мал.

Автор: Д-р Ларс Хельдал

Отредактировал: Даниэль Седеркранц

Измерения теплопроводности согласно ISO 22007: 2

Причина

В RISE мы предлагаем измерить теплопроводность и удельную теплоемкость по методу TPS. Метод TPS можно использовать для измерения теплопроводности твердых тел, вязких жидкостей, гелей и порошков при температурах от -50 ° C до 600 ° C.Измерения TPS обычно выполняются с двумя образцами для испытаний из одного и того же материала, также возможно изготовление так называемых односторонних образцов, когда требуется только один образец. Датчик, который функционирует как нагревательный элемент и датчик температуры, состоит из спирали, электрическое сопротивление которой в зависимости от температуры известно. Датчик зажимается между образцами для испытаний, и для обеспечения как можно более хорошего контакта между датчиком и телом для испытаний к образцу для испытаний прилагается давление.Во время тестирования датчик нагревается с известным эффектом с течением времени, и реакция материала образца измеряется путем измерения и анализа изменения температуры датчика с течением времени.

Размер образцов варьируется в зависимости от типа выполняемого измерения, свяжитесь с нами для получения дополнительной информации. Однако важно, чтобы одна сторона каждого образца была плоской и имела хорошую отделку поверхности, поскольку полости могут повлиять на результат.

Мы также предлагаем более простые измерения твердых тел и порошков с помощью метода «переходного линейного источника» (TLS).TLS можно использовать при температуре от 0 ° C до 100 ° C, этот метод проще и быстрее выполнять. В методе TLS в качестве датчика используется «игла» длиной 200 мм. Вся игла должна быть покрыта материалом и иметь образец размером не менее 50 мм во всех направлениях, что ограничивает минимальный размер образца диаметром 100 мм и высотой 200 мм. TLS отлично подходит для измерений на порошке / песке, и мы можем упаковать и проверить соотношение воды в соответствии с ним. У нас нет аккредитации на измерения TLS.

Если теплопроводность необходима для расчетов, моделирования или удовлетворения требований, хорошо подходят измерения как TPS, так и TLS, поскольку они обладают высокой точностью и хорошей воспроизводимостью.

Метод

RISE аккредитован для измерения теплопроводности в соответствии с ISO-220071-2, Определение теплопроводности и температуропроводности — Часть 2: Метод источника тепла с переходной плоскостью (горячий диск)

Метод предназначен для полимерных материалов, но с его помощью можно измерять большинство твердых и высоковязких материалов, а также порошков.

Поставок

После выполнения измерения доставляется отчет, в котором описывается тест, связь теста с текущими параметрами, процедура и результаты.

[PDF] Общие методы. для измерения теплопроводности

1 Общие методы измерения теплопроводности Введение В этой статье дается обзор основных …

Общие методы измерения теплопроводности

Введение В этой статье дается обзор основных методов измерения теплопроводности, особенно в области управления температурой электроники.Разработка успешных решений для охлаждения электроники требует точного знания термических и механических свойств различных материалов. Эти материалы включают кремний, медь, алюминий, стекловолокно, эпоксидные смолы, пластмассовые смолы и керамику. Печатные платы и присоединенные к ним компоненты сделаны из этих веществ, индивидуальная и комбинированная теплопроводность которых критичны для тепловых характеристик системы от уровня компонентов до полномасштабных сборок и корпусов.Две величины управляют теплопередачей в объекте: теплопроводность и температуропроводность. Теплопроводность считается более важной величиной для управления температурным режимом из-за масштабов длины, характерных для электрических устройств и печатных плат. Динамические эффекты температуропроводности важны для анализа чрезвычайно локальных и быстро меняющихся тепловых нагрузок. Электронные сборки обычно не работают таким образом. Теплопроводность, K в целом, измеряется, как показано на рисунке 1.Он определяется как:

Где: Q = количество тепла, проходящего через поперечное сечение (W) A = площадь поперечного сечения (м2) ∆T = разность температур (° C) ∆L = толщина материала ( m) Q / A = тепловой поток, вызывающий тепловой градиент, ∆T / ∆L.

Рисунок 1. Типовая диаграмма измерения теплопроводности [1].

Выбор метода измерения Существует множество методов измерения различных тепловых величин [2]. У каждого свои требования к размеру и форме выборки, степени точности, стоимости, сложности и т. Д.Четыре основных метода измерения [2] 1. Длинный стержень с постоянным нагревом. В наиболее традиционном методе измерения теплопроводности используется стержень с одним размером

20

, который значительно длиннее двух других. Контролируемое количество тепла подводится к одному концу стержня, в то время как противоположный конец термически заземлен. 2. Длинный стержень с периодическим нагревом. Вместо постоянного нагрева длинного стержня может быть полезно генерировать тепловые волны, прикладывая к образцу зависящее от времени нагревание.Анализ тепловых волн, генерируемых периодическим нагревом, — это метод, впервые примененный Ангстремом в 19 веке. 3. Метод трех омега. Теплопроводность образца вблизи его поверхности может быть измерена путем периодического использования подходящего металлического нагревателя, находящегося в прямом контакте с образцом. Обычно тонкий металлический линейный нагреватель, снабженный отдельными выводами для тока и напряжения, подключается к источнику переменного тока. Это создает колеблющуюся температуру; Затем измеренное напряжение имеет компонент V3v с частотой

Сравнение всех методов В таблицах с 1 по 3 обобщены различные методы измерения теплопроводности.В таблице 1 показаны эти методы, сгруппированные в зависимости от временной зависимости подводимого к образцу тепла — стационарный, периодический и импульсный. Методы различаются в основном геометрией образца и нагревателя, а также использованием термометрии. Примечания в таблице 1 включают конкретные преимущества, недостатки или особенности каждого метода. В таблице 2 показаны измеряемые величины, процент неопределенности и относительная стоимость. В таблице 3 показано оборудование, необходимое для измерения теплопроводности или температуропроводности.Последовательность нумерации одинакова в каждой таблице.

из 3в. По этой причине метод иногда называют методом 3v. 4. Метод мгновенного испарения — особенно полезен для измерения коэффициента температуропроводности тонкой, свободно стоящей однородной пластины. Он заключается в нагреве одной стороны пластины с образцом импульсом излучения импульсной лампы или лазера. Одновременно отслеживается температура противоположной стороны на предмет прихода волны тепла. На рисунке 2 показано устройство, используемое для импульсного метода измерения температуропроводности.

Первый том статей электронного журнала Qpedia Thermal теперь доступен в твердом переплете! Компания ATS опубликовала электронный журнал Qpedia Thermal eMagazine, том 1, выпуски 1–12, полноцветную книгу в твердом переплете, в которой собраны 46 технически исчерпывающих статей, предлагающих экспертный охват широкого круга вопросов управления теплом, которые затрагивают практически все современные электронные устройства.

Рис. 2. Лазерный импульсный прибор Linseis LFA 1000 для определения значений температуропроводности, проводимости и удельной теплоемкости [3].

Qpedia Thermal eMagazine, Volume 1, Issues 1-12, ISBN978-0-615-23660-5, полноцветную книгу в твердом переплете можно заказать за 94,95 долларов США, позвонив по телефону 781-769-2800 или по электронной почте [электронная почта protected] Свяжитесь с ATS или посетите сайт www.qats. com / qpedia.asp для подробностей.

Ноябрь 2009 г. | Qpedia

21

Таблица 1. Описание различных методов измерения теплопроводности.

22

Таблица 2. Краткое описание методов измерения тепловых свойств материалов.

Таблица 3. Оборудование, необходимое для измерения теплопроводности и / или диффузии [2].

Ноябрь 2009 г. | Qpedia

23

На рисунке 3 показаны данные, полученные при измерении теплопроводности в плоскости образца печатной монтажной платы с большим количеством переходных отверстий. Двенадцать термопар, прикрепленных вдоль центральной линии образца, используются для измерения градиента, создаваемого нагревателем на свободном конце. Медный провод, продетый через отверстия на обоих концах, используется для улучшения теплового контакта образца как с проводом нагревателя, так и с тепловым заземлением.Нижний набор данных получен с атмосферой воздуха вокруг образца; верхний комплект получается с помощью вакуума и радиационных экранов, размещенных вокруг образца [5].

Рис. 3. Данные, полученные при измерении плоской теплопроводности, k‌‌‌‌ образца печатной монтажной платы с множеством переходных отверстий [2].

На рисунке 3 теплопроводность измеряется от

коммерческих поставщиков. Инструменты для измерения теплопроводности, температуропроводности или удельной теплоемкости доступны у многих производителей и поставщиков оборудования, включая: Anter Corp., 1700 Universal Rd. Питтсбург, PA 15325 [2] Holometrix Inc., 25 Wiggins Ave., Bedford, MA 01730 [2] Netzsch Instruments, Wittelsbacherstrasse 42, P.O. Box 1460, D-95088 Selb, Германия [2] Orton Instruments, 6991 Old 3C Highway, Westerville, OH 43081 [2] Sinku-Riko Inc., c / o ULVAC Technologies, Inc., 300 Hakusancho, Midori-ku Yokohama 226 , Япония [2] Theta Industries Inc., 26 Valley Rd. Порт Вашингтон, Нью-Йорк 11050 [1]

Стандартные методы измерения [4] Следующие стандарты являются ссылочными, которые используются для измерения тепловых свойств твердых и жидких тел.Стандарт IEEE 442-1981, «Руководство IEEE по измерениям теплового сопротивления почвы» Стандарт IEEE 98-2002, «Стандарт подготовки процедур испытаний для термической оценки твердых электроизоляционных материалов» Стандарт ASTM D5470-06, «Стандартный метод испытаний для Свойства теплопередачи теплопроводных электроизоляционных материалов »Стандарт ASTM E1225-04,« Стандартный метод испытаний теплопроводности твердых тел с помощью защищенных »-

K = Q / A (∆T / ∆X)

Qpedia Thermal eMagazine Статьи теперь доступны в твердом переплете!

Где: A = площадь поперечного сечения = 0.1 см2 и (∆T / ∆X) = температурные термопары

24

градиент

измерено

на

the

Qpedia Thermal eMagazine, Volume 1, Issues 1-12, ISBN978-0-615-23660- 5, полноцветную книгу в твердом переплете можно заказать за 94,95 долларов США, посетив сайт www.qats.com или позвонив по телефону 781-769-2800.

Метод сравнительного продольного теплового потока »Стандарт ASTM D5930-01,« Стандартный метод испытания теплопроводности пластмасс с помощью метода нестационарного линейного источника »Стандарт ASTM D2717-95,« Стандартный метод испытания теплопроводности жидкостей » ISO 22007-2: 2008 «Пластмассы — Определение теплопроводности и теплопроводности — Часть 2: Метод переходного плоского источника тепла (горячий диск)»

Резюме Установка и решение проблемы методологии измерения влияет и усложняет измерение процесс.На первый взгляд недостатком может показаться широкий выбор методов. Однако, как только они осознают преимущества для конкретного применения, преимущества становятся очевидными. Испытываемые материалы, геометрия детали и температура испытания детали обычно являются основными критериями. Как всегда, относительная стоимость и ожидаемый уровень точности также будут важными факторами. Избегание сложных граничных условий, нестандартной геометрии деталей, сложного размещения / конструкции нагревателя и содействие решению сложной задачи одномерного теплового потока значительно упростят процесс измерения.Множественные выгоды появятся в результате снижения стоимости и сложности сборки экспериментальной установки, избегая при этом тех ошибок, которые часто возникают при попытке построить сложные аналитические / математические модели.

Ссылки: 1. Основные методы измерения теплопроводности, http://www.anter.com/TN67.htm 2. Азар К., Тепловые измерения в электронном охлаждении, CRC Press, 1997. 3. Теплопроводность лазерной вспышки Измерение, http://www.linseis.net/html_en/thermal/laserflash/lfa_1000.php 4. Теплопроводность (Википедия) http://en.wikipedia.org/ wiki / Thermal_conductivity Азар К. и Грэбнер Дж. Экспериментальное определение теплопроводности печатной проводки. 5. Платы, Учеб. IEEE SEMI-THERM, 1996.

Нужно что-то особенное?

Позвольте специалистам ATS разработать индивидуальное решение для радиатора, которое позволит вам обеспечить надежность продукта, ускорить вывод продукта на рынок и снизить затраты. Узнайте больше об экспертных услугах по анализу и проектированию управления температурным режимом компании ats, посетив веб-сайт www.qats.com. Advanced Thermal Solutions, Inc. 89-27 Подъездная дорога | Норвуд, Массачусетс | 02062 | США T: 781.769.2800 | F: 769.769.9979 | www.qats.com 25

Январь 2009 г. | Qpedia

25

Проще, чем когда-либо • NETZSCH — Блог термического анализа

В целом, конструкция с контролируемой горячей плитой (GHP) для измерения абсолютной теплопроводности на основе установившегося теплового потока очень хорошо изучена. Метод утвержден в QA и сертификации изоляционных материалов и является основой для проверки теплопроводности каждого доступного эталонного материала теплопроводности для стационарных методов.Стандарты ASTM C177 и ISO 8302 описывают, как построить охраняемую электрическую плиту. В принципе, GHP можно рассматривать как очень сложные устройства! Пользователи должны глубоко понимать, как работает технология и как настроить правильное измерение. Тот факт, что эти устройства выполняют измерения температуры в бесчисленных местах, иногда затрудняет — особенно в самодельных системах — поддержание однородности измеренных температур, требуемой стандартом. NETZSCH создала новаторское решение для этого с новейшим программным обеспечением SMART MODE для GHP.Это поднимает применимость метода и обзор сигналов измерения на совершенно новый уровень — кроме того, это помогает вам повысить эффективность вашей лаборатории.

Подробная информация о самом приборе — на нашем сайте!

Чтобы запросить дополнительную информацию или предложение — нажмите здесь!

Стандартные методы измерения абсолютной теплопроводности

Pre-Defined Methods убедитесь, что вы проверили инструмент, как NETZSCH проверил инструмент
Каждый доставленный NETZSCH GHP поставляется с набором «Предварительно определенных методов».Целесообразно проверить функциональность GHP в соответствующем температурном диапазоне с помощью набора стандартных материалов, поскольку вам необходимо обеспечить надежность и международную сопоставимость. Эти проверки заранее определены как метод измерения и могут быть легко запущены одним щелчком мыши.

Мастера

Мастера позволяют легко определить абсолютное измерение теплопроводности. Вы можете легко ввести данные заголовка, выбрать тип охлаждения и изменить настройки охлаждения. Атмосфера и соответствующий расход гарантируют, что измерения проводятся в определенных условиях и без влияния конденсации.Мы определяем каждую уставку следующим образом:
  • Средняя температура
  • Температурный градиент
  • Скорость нагрева
  • Тип охлаждения
  • Ограничение времени (время, когда уставка будет пропущена, если установившееся состояние не достигнуто)
Каждое определенное измерение повторяющихся задач следует сохранять как «МЕТОД ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ», потому что вы можете легко вызвать их одним щелчком мыши.

Измерение

Вкладка «Измерение» дает вам полный обзор определенного измерения абсолютной теплопроводности.Во время измерения вы можете проверить фактическую стабильность, все сигналы, температуру пластин и лямбда, датчики, мощность нагрева и охлаждения, а также окончательные результаты. На этом снимке экрана показано измерение силиката кальция от -160 ° C до 600 ° C за один прогон. При средней температуре 100 ° C мы переключаем систему охлаждения с жидкого азота на воздух, не прерывая измерения. При 400 ° C охлаждение полностью отключается.

Мониторинг и диагностика — еще одно большое преимущество

Во вкладке «Датчики» вы видите общий обзор всех датчиков температуры на пластинах.Требования стандартов очень строгие с точки зрения однородности распределения температуры. Все установленные датчики из одной партии, и каждый датчик имеет собственную калибровку. Для каждого покупателя у нас есть запасные датчики из одной партии, потому что мы хотим обеспечить вам максимальную устойчивость. На этом снимке экрана показаны все датчики в пластинах и их фактическая температура. Для каждой плиты и защитной печи вы видите среднюю температуру, стандартное отклонение и максимальную разницу температур.В этом случае мы видим, что мы еще не находимся в равновесии. На этом снимке экрана показаны датчики в идеальном тепловом равновесии.

Результаты

Во вкладке «Результаты» вы получите всю необходимую информацию:
  • среднетемпературная
  • дельта температуры
  • теплопроводность (лямбда)
  • стандартное отклонение теплопроводности
  • объединенная неопределенность теплопроводности (см. Публикацию Schindler et al.)
  • термическое сопротивление
  • стандартное отклонение термического сопротивления
  • неопределенность термического сопротивления
  • продолжительность измерения

Генератор отчетов — в конце концов вам понадобится документация

В соответствии с требованиями стандартов ASTM C177 и ISO 8301 вам необходимо задокументировать результаты. Никто не хочет писать отчет по достижении конечного результата вручную. Поэтому NETZSCH включила в программное обеспечение генератор отчетов.Нажав на «Отчет», вы можете создать простой отчет в виде текстового документа. Прежде всего, вы можете выбрать также расширенный отчет в виде файла Excel. В отличие от простого текстового файла, он предоставляет вам каждую деталь измерения. Кроме того, подробные сведения о распределении температуры пластины также являются частью отчета Excel. Excel-Report: распределение температуры плиты

Сводка

Защищенная нагревательная плита NETZSCH для измерения абсолютной теплопроводности в сочетании с новейшим программным обеспечением SMART MODE — мощный инструмент, упрощающий этот сложный метод.Программное обеспечение делает вас более эффективным и упрощает использование прибора. Защищенная нагревательная плита NETZSCH соответствует жестким требованиям ASTM C177 и ISO 8302 во всем диапазоне температур от -160 ° C до 600 ° C. Вакуумно-герметичная конструкция является предварительным условием для определенной и сухой атмосферы во время измерения. В результате достигается максимально возможная точность измерения. Надежность конструкции в сочетании с нашим программным обеспечением и услугами NETZSCH обеспечивает безопасность инвестиций, высочайшую эффективность и устойчивость.

Измерение теплопроводности в наномасштабе | Национальный научный обзор

Материалы с низкой теплопроводностью являются ключом к достижению высоких термоэлектрических характеристик [1], что, в свою очередь, позволяет использовать технологии, которые напрямую и эффективно преобразуют тепло в электрическую энергию, и наоборот . В недавних революционных разработках в области термоэлектриков было показано, что гетерогенные композиционные материалы с несколькими фазами на нано- и микромасштабах могут достигать очень высоких безразмерных показателей качества ( ZT ) [2].Поэтому представляет большой интерес понимание теплопроводности не только композиционных материалов, но и отдельных составляющих их фаз.

На сегодняшний день теплопроводность термоэлектрических материалов обычно измеряется в макроскопическом масштабе [3,4]. Эффективных методов измерения локальной теплопроводности с высоким пространственным разрешением не существует. Такая информация имеет решающее значение для дальнейшего руководства эффективной разработкой материалов, которые могут снизить их теплопроводность.

Наср Исфахани и др. . сообщили о мощном методе прямого исследования локальной теплопроводности с использованием сканирующей термической микроскопии в сочетании с моделированием методом конечных элементов [5], как схематически показано на рис. 1. При использовании теплового зонда с микропроцессорным нагревателем, который также служит датчиком температуры, они продемонстрировали, что изменение сопротивления зонда при прикосновении к образцу может быть количественно коррелировано с локальной теплопроводностью образца. Эффекты теплопроводности, излучения, конвекции и контактного сопротивления были тщательно изучены с помощью моделирования методом конечных элементов.Используя такую ​​технику, Наср Исфахани и др. . успешно измерили локальную теплопроводность трехфазного наполненного скуттерудита, разрешили их изменение на границе раздела фаз и получили тепловое изображение во взаимно однозначном соответствии с микроструктурным составом фаз. Перекрестных помех с топографией, что является обычной проблемой в сканирующей термомикроскопии, не наблюдается.

Рис. 1.

Схема атомно-силового микроскопа (AFM) и сканирующей термической микроскопии (SThM) с отображением теплопроводности, топографии и обратно-рассеянных электронов (BSE), соответственно, сверху вниз.Изображение любезно предоставлено Э. Насром Исфахани, Вашингтонский университет.

Рис. 1.

Схема атомно-силового микроскопа (АСМ) и сканирующей термической микроскопии (СТМ) с отображением теплопроводности, топографии и обратно-рассеянных электронов (BSE), соответственно, сверху вниз. Изображение любезно предоставлено Э. Насром Исфахани, Вашингтонский университет.

Этот метод описан Насром Исфахани и др. . является ценным достижением в области определения характеристик термоэлектрических материалов, и, если его удастся широко использовать, он пополнит набор инструментов методов определения характеристик, используемых при поиске термоэлектрических материалов с еще более высокими характеристиками.Это кажется многообещающим средством точного измерения теплопроводности для интерфейсов наноструктурирования, нанопроводов и 2D термоэлектрических систем.

ССЫЛКИ

1.

Чжан

Х

,

Чжао

ЛД.

J Materiomics

2015

;

1

:

92

105

.2.

Тан

ГДж

,

Чжао

LD

,

Канатзидис

MG.

Chem Rev

2016

;

116

:

12123

49

. 3.

Чжао

ЛД

,

Lo

S

,

Zhang

YS

et al.

Природа

2014

;

508

:

373

7

.4.

Чжао

ЛД

,

Тан

GJ

,

Хао

SQ

et al.

Наука

2016

;

351

:

141

4

.5.

Наср Исфахани

E

,

Ma

FY

,

Wang

SY

et al.

Национальная научная редакция

2018

;

5

:

59

69

. © Автор (ы) 2017. Опубликовано Oxford University Press от имени China Science Publishing & Media Ltd.Все права защищены. Для получения разрешений обращайтесь по электронной почте: [email protected] Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает не -коммерческое повторное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы. для коммерческого повторного использования обращайтесь по адресу [email protected]

Измерители теплопроводности | Нормандальский общественный колледж

Фила Дэниэлсона

Манометры теплопроводности чрезвычайно распространены в вакуумной технике, но понимание их принципов измерения и работы может помочь в их правильном применении.

Измерение давления необходимо практически для всех вакуумных процессов и практикующих специалистов, но существует так много различий в диапазонах давления и степени требуемой точности и прецизионности, что невозможно определить единственный тип манометра, который будет использоваться для все. Приложения могут варьироваться от простого контроля всего или части цикла откачки до точного измерения предельного давления в строгих условиях или измерения и контроля критического технологического газа. Однако есть два типа датчиков, которые, вероятно, являются наиболее часто используемыми из множества доступных типов датчиков: ионизационные датчики и датчики теплопроводности.

Процесс высокого вакуума должен быть обеспечен замерами, которые следуют за циклом откачки от атмосферного давления через объемную зону в зону осушки. Датчик теплопроводности может отслеживать давление на всем протяжении всей объемной зоны, но когда система переходит в зону осушки ниже примерно 10 -3 торр, где водяной пар становится преобладающим остаточным газом, требуется датчик ионизации. В общем, за исключением некоторых модификаций манометра с расширенным диапазоном, эти два манометра вместе могут использоваться для охвата полного цикла откачки.Вот почему так много электронных контроллеров манометров объединяют оба типа манометров в одном устройстве.

(Слева) Схематическое изображение датчика термопары: Чувствительный элемент с нагретой проволокой является одной из опор моста Уитстона, и по мере того, как провод меняет температуру в ответ на изменения давления, мост выходит из равновесия, чтобы обеспечить аналог считывания давления. (справа) Схема датчика Пирани: чувствительный элемент с нагретой проволокой изменяет температуру в ответ на изменение давления, а термопара измеряет температуру проволоки.

Теплопроводность и давление

Горячий провод, помещенный в оболочку, будет передавать тепловую энергию от проволоки любым молекулам газа, которые с ней соприкасаются, и эта энергия снова будет передаваться стенкам оболочки. При непрерывном движении молекул газа тепловое равновесие будет достигаться, пока количество молекул газа (давление) остается постоянным. Однако если давление изменится и провод будет резистивно нагрет током от источника постоянного тока, будет достигнуто новое тепловое равновесие, и температура провода изменится, чтобы отразить новое количество молекул газа, которые могут уносить тепло. из проволоки.Это означает, что температуру провода можно использовать как показатель давления внутри оболочки.

Это основной принцип всех датчиков теплопроводности. Изменение давления в зависимости от температуры проволоки остается довольно линейным в диапазоне давлений примерно 10 -3 — 1 торр. Ниже этого диапазона теплопередача происходит в основном за счет излучения от поверхности провода и в основном за счет тепловой конвекции над ней. Датчики теплопроводности, охватывающие этот диапазон, используются в течение многих лет и делятся на две основные группы: датчики с термопарами и датчики Пирани.

Манометры для термопар

Термопары

, как следует из названия, используют термопару, прикрепленную к горячему проводу, для измерения его температуры. Если, например, датчик термопары используется для контроля цикла откачки, проволока будет становиться все горячее и горячее по мере падения давления и все меньше и меньше молекул будет доступно для передачи тепла от проволоки.

Тепло также передается потоком через провод термопары и опорные / проходные штифты для горячей проволоки.

Это означает, что вся чувствительная матрица должна быть сконструирована из проводящих металлических выводов с минимально возможным диаметром, чтобы избежать чрезмерных потерь тепла. Эта проблема становится более острой при самых низких давлениях манометра, когда проволока находится в самом разогретом состоянии. Поскольку нагретая проволока в большинстве термопреобразователей должна работать при максимальных температурах от 200 до 300 ° C, она сделана из благородного металла, такого как платина, во избежание проблем с окислением.

При самых низких давлениях горячая проволока часто подвергается воздействию паров масла, если используются механические насосы с масляным уплотнением.Пары масла могут либо трескаться, оставляя нагар, либо полимеризоваться, оставляя на проводе слой теплоизоляции. Поскольку скорость обратного потока масла в насосе максимальна при низких давлениях, это может стать серьезной проблемой, поскольку приведет к изменению калибровки манометра. Хотя иногда можно очистить датчики промыванием растворителями, успех отнюдь не гарантирован. Растворители могут не полностью удалять покрытия, и решетки электродов должны быть достаточно деликатными, чтобы брызги жидкости могли легко вызвать механические повреждения.Необходимая деликатность также означает, что они не выдержат ударов при неправильном обращении, например, свободного падения на бетонный пол.

Манометры термопар

откалиброваны таким образом, что температура провода отображается как показание давления. Это позволяет учитывать такие проблемы, как колебания теплового потока через поддерживающие электроды. Одна проблема, для которой невозможно откалибровать, основана на том факте, что проволока должна изменять температуру при изменении давления. Несмотря на то, что характеристики теплоемкости и теплового потока сенсорной матрицы сведены к минимуму, существует некоторое время запаздывания, связанное с изменениями температуры в ответ на изменения давления.В большинстве случаев это не проблема, но быстрые изменения давления, такие как быстрая откачка или операции обратной засыпки, могут привести к значительным задержкам во времени реакции.

Манометры Пирани

Манометры Пирани

также используют изменение температуры нагретой проволоки, но в отличие от термопар, они не измеряют температуру проволоки напрямую. Вместо этого они используют тот факт, что сопротивление металлической проволоки изменяется в зависимости от температуры проволоки. Если нагретый провод выполнен в виде одной опоры моста Уитстона с балансирующей опорой, подверженной воздействию температуры окружающей среды в качестве компенсатора, и оба они установлены против двух постоянных резисторов, симметричная схема выйдет из равновесия при изменении провода датчика. сопротивление при изменениях давления, которые изменяют температуру проволоки.Датчики Пирани, как правило, работают с нагретым проводом, который намного холоднее (120-200 ° C), чем датчик термопары, и это снижает вероятность их загрязнения маслом механического насоса.

Датчики Пирани

, которые нагреваются постоянным током, обычно имеют более быстрое время отклика, чем датчики термопары, из-за таких различий, как меньшие электроды. Многие современные датчики сейчас работают в режиме постоянной температуры. Отдельная схема постоянно меняет потребляемую мощность, чтобы поддерживать постоянное сопротивление датчика.Это дает полное время отклика в миллисекундах.

Чувствительность к газам

Как термопары, так и датчики Пирани имеют общую потенциальную прикладную проблему, заключающуюся в том, что они оба имеют сильно различающуюся чувствительность к конкретным измеряемым газам. Это связано с большими вариациями теплопроводности, которые отображают разные газы. Поскольку эти манометры чаще всего используются для контроля откачки от атмосферного давления, это редко является проблемой, но может стать проблемой, если требуются тщательные измерения давления конкретного газа.Когда измеряемый газ известен, большинство коммерческих устройств будут снабжены калибровочными таблицами, кривыми или коэффициентами, позволяющими преобразовать показания давления. Если показания давления чрезвычайно точны, например, для технологического газа, было бы лучше рассмотреть емкостной манометр, который одинаково реагирует на все газы.

Улучшение конвекции

Хотя ранние датчики теплопроводности были ограничены диапазоном высоких давлений ниже примерно 1 торр, поскольку теплопередача смещалась с теплопроводности на конвекцию при более высоких давлениях, новые датчики решили эту проблему.Сейчас доступно множество манометров, которые расширили свой диапазон до атмосферного давления. Для учета изменений температуры проволоки из-за конвективного движения газа применялись различные методы. В этот список входят компенсационные электроды и расстояние, которое достаточно мало, чтобы исключить конвективное движение. Во многих случаях методы улучшения требуют, чтобы трубки были установлены в определенном положении для учета движения газа в более высоком диапазоне.

Расширение диапазона также привело к дополнительной проблеме специфической чувствительности к газам.Если манометр используется для заполнения камеры до атмосферного давления тяжелым газом, таким как аргон, показания, откалиброванные для азота, будут настолько низкими, что в камере будет повышенное давление задолго до того, как будет отображаться атмосфера, и очевидная проблема безопасности полученные результаты.

Приложения

Как и все вакуумные устройства, датчики теплопроводности чувствительны к применению. В общем, эти устройства лучше всего подходят для контроля цикла откачки. Они недорогие и надежные, но, как правило, они не обладают точностью, необходимой для точного измерения технологических газов.Их различный отклик на различные газы делает их хорошими практическими детекторами утечек, поскольку другой зондовый газ, кроме воздуха, например гелий, будет давать внезапную и большую разницу в показаниях. Правильное применение может сделать их очень полезными устройствами

Перепечатано с разрешения журнала R&D, , все права защищены.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *