तापीय चालकता को मापने के तरीके। विज्ञान और शिक्षा की आधुनिक समस्याएं। सजातीय सपाट दीवार

अब तक, एक एकीकृत वर्गीकरण विकसित नहीं किया गया है, जो मौजूदा तरीकों की विविधता से जुड़ा है। सामग्रियों की तापीय चालकता को मापने के लिए प्रसिद्ध प्रायोगिक विधियों को दो बड़े समूहों में विभाजित किया गया है: स्थिर और गैर-स्थिर। पहले मामले में, गणना सूत्र की गुणवत्ता गर्मी चालन समीकरण के विशेष समाधान का उपयोग करती है

बशर्ते, दूसरे में - प्रदान किया गया, जहां टी तापमान है; च - समय; - थर्मल विसारकता का गुणांक; एल - तापीय चालकता का गुणांक; साथ - विशिष्ट ऊष्मा; डी सामग्री का घनत्व है; - लाप्लास ऑपरेटर, इसी समन्वय प्रणाली में लिखा गया; - वॉल्यूमेट्रिक ताप स्रोत की विशिष्ट शक्ति।

विधियों का पहला समूह स्थिर थर्मल शासन के उपयोग पर आधारित है; दूसरा - गैर-स्थिर थर्मल शासन। माप की प्रकृति द्वारा तापीय चालकता गुणांक निर्धारित करने के लिए स्थिर तरीके प्रत्यक्ष हैं (अर्थात, तापीय चालकता गुणांक सीधे निर्धारित होता है) और पूर्ण और सापेक्ष में विभाजित होते हैं। निरपेक्ष तरीकों में, प्रयोग में मापे गए पैरामीटर गणना सूत्र का उपयोग करके तापीय चालकता गुणांक का वांछित मान प्राप्त करना संभव बनाते हैं। सापेक्ष विधियों में, प्रयोग में मापे गए पैरामीटर गणना सूत्र का उपयोग करके तापीय चालकता गुणांक के आवश्यक मूल्य को प्राप्त करना संभव बनाते हैं। सापेक्ष विधियों में, मापे गए पैरामीटर निरपेक्ष मान की गणना करने के लिए पर्याप्त नहीं हैं। यहां दो मामले संभव हैं। पहला एकता के रूप में ली गई प्रारंभिक एक के संबंध में तापीय चालकता गुणांक में परिवर्तन की निगरानी कर रहा है। दूसरा मामला ज्ञात थर्मल गुणों वाली संदर्भ सामग्री का उपयोग है। इस मामले में, गणना सूत्र में मानक की तापीय चालकता गुणांक का उपयोग किया जाता है। पूर्ण विधियों पर सापेक्ष विधियों का कुछ लाभ है कि वे सरल हैं। हीटिंग की प्रकृति (बाहरी, वॉल्यूमेट्रिक और संयुक्त) के अनुसार स्थिर तरीकों का आगे विभाजन किया जा सकता है और नमूने (फ्लैट, बेलनाकार, गोलाकार) में तापमान क्षेत्र इज़ोटेर्म के प्रकार के अनुसार किया जा सकता है। बाहरी हीटिंग के तरीकों के उपसमूह में वे सभी तरीके शामिल हैं जो बाहरी (इलेक्ट्रिक, वॉल्यूमेट्रिक, आदि) हीटरों का उपयोग करते हैं और थर्मल विकिरण या इलेक्ट्रॉन बमबारी द्वारा नमूना सतहों को गर्म करते हैं। वॉल्यूमेट्रिक हीटिंग के साथ तरीकों का उपसमूह उन सभी तरीकों को जोड़ता है जो नमूना के माध्यम से पारित वर्तमान द्वारा हीटिंग का उपयोग करते हैं, न्यूट्रॉन या जेड-विकिरण से परीक्षण नमूने का ताप, या माइक्रोवेव धाराओं द्वारा। संयुक्त ताप के साथ विधियों के एक उपसमूह में वे विधियाँ शामिल हो सकती हैं जो एक साथ नमूनों के बाहरी और आयतन ताप, या मध्यवर्ती ताप (उदाहरण के लिए, उच्च-आवृत्ति धाराओं द्वारा) का उपयोग करती हैं।

स्थिर विधियों के सभी तीन उपसमूहों में, तापमान क्षेत्र

अलग हो सकता है।

फ्लैट इज़ोटेर्म तब बनते हैं जब गर्मी का प्रवाह नमूना के समरूपता अक्ष के साथ निर्देशित होता है। साहित्य में फ्लैट इज़ोटेर्म का उपयोग करने वाले तरीकों को अक्षीय या अनुदैर्ध्य ताप प्रवाह के साथ तरीके कहा जाता है, और प्रयोगात्मक सेटअप स्वयं को फ्लैट डिवाइस कहा जाता है।

बेलनाकार समतापी बेलनाकार नमूने के त्रिज्या के साथ गर्मी प्रवाह प्रसार के अनुरूप हैं। मामले में जब गर्मी का प्रवाह एक गोलाकार नमूने की त्रिज्या के साथ निर्देशित होता है, तो गोलाकार इज़ोटेर्म उत्पन्न होता है। ऐसे इज़ोटेर्म का उपयोग करने वाले तरीकों को गोलाकार कहा जाता है, और उपकरणों को गोलाकार कहा जाता है।

किसी पदार्थ की तापीय चालकता का अध्ययन करने के लिए विधियों के दो समूहों का उपयोग किया जाता है: स्थिर और गैर-स्थिर।

स्थिर विधियों का सिद्धांत सरल और अधिक पूर्ण विकसित है। लेकिन गैर-स्थिर तरीके, सिद्धांत रूप में, तापीय चालकता गुणांक के अलावा, थर्मल प्रसार और ताप क्षमता के बारे में जानकारी प्राप्त करने की अनुमति देते हैं। इसलिए, पदार्थों के थर्मोफिजिकल गुणों को निर्धारित करने के लिए गैर-स्थिर तरीकों के विकास पर हाल ही में बहुत ध्यान दिया गया है।

यहाँ, पदार्थों की तापीय चालकता निर्धारित करने के लिए कुछ स्थिर विधियों पर विचार किया जाता है।

ए) समतल परत विधि।एक सपाट परत के माध्यम से एक आयामी ताप प्रवाह के साथ, तापीय चालकता गुणांक सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है

कहाँ डी-मोटाई, टी 1 और टी 2 - नमूने की "गर्म" और "ठंडी" सतह का तापमान।

इस पद्धति से तापीय चालकता का अध्ययन करने के लिए, एक आयामी के करीब ऊष्मा प्रवाह बनाना आवश्यक है।

तापमान आमतौर पर नमूने की सतह पर नहीं, बल्कि उनसे कुछ दूरी पर मापा जाता है (चित्र 2 देखें), इसलिए, हीटर और कूलर की परतों में तापमान में गिरावट के लिए मापा तापमान अंतर में सुधार करना आवश्यक है, ताकि संपर्कों के थर्मल प्रतिरोध को कम करें।

तरल पदार्थों का अध्ययन करते समय, संवहन की घटना को खत्म करने के लिए, तापमान प्रवणता को गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र (नीचे) के साथ निर्देशित किया जाना चाहिए।

चावल। 2. तापीय चालकता को मापने के लिए समतल परत विधियों की योजना।

1 - परीक्षण नमूना; 2 - हीटर; 3 - रेफ्रिजरेटर; 4, 5 - इन्सुलेट रिंग; 6 - सुरक्षा हीटर; 7 - थर्माकोउल्स; 8, 9 - अंतर थर्माकोपल्स।

बी) जैगर की विधि।विधि एक गर्म रॉड के साथ गर्मी के प्रसार का वर्णन करने वाले एक आयामी गर्मी समीकरण को हल करने पर आधारित है। विद्युत का झटका. इस पद्धति का उपयोग करने में कठिनाई नमूने की बाहरी सतह पर सख्त एडियाबेटिक स्थिति बनाने की असंभवता में निहित है, जो गर्मी प्रवाह की एक-आयामीता का उल्लंघन करती है।

गणना सूत्र ऐसा दिखता है:

(14)

कहाँ एस- परीक्षण नमूने की विद्युत चालकता, यूरॉड के सिरों पर चरम बिंदुओं के बीच वोल्टेज ड्रॉप है, डीटीरॉड के मध्य और रॉड के अंत में बिंदु के बीच का तापमान अंतर है।

चावल। 3. जैगर पद्धति की योजना।

1 - विद्युत भट्टी; 2 - नमूना; 3 - नमूने को बन्धन के लिए ट्रूनियन; टी 1 ¸ टी 6 - थर्मोकपल समाप्ति बिंदु।

इस पद्धति का उपयोग विद्युत प्रवाहकीय सामग्रियों के अध्ययन में किया जाता है।

वी) बेलनाकार परत विधि।जांच की गई तरल (थोक सामग्री दो समाक्षीय सिलेंडरों द्वारा गठित एक बेलनाकार परत को भरती है। सिलेंडरों में से एक, सबसे अधिक बार आंतरिक, एक हीटर (चित्र 4) है।

अंजीर। 4. बेलनाकार परत विधि की योजना

1 - आंतरिक सिलेंडर; 2 - मुख्य हीटर; 3 - परीक्षण पदार्थ की परत; 4 - बाहरी सिलेंडर; 5 - थर्माकोउल्स; 6 - सुरक्षा सिलेंडर; 7 - अतिरिक्त हीटर; 8 - शरीर।

आइए अधिक विस्तार से विचार करें कि एक बेलनाकार दीवार में ऊष्मा चालन की स्थिर प्रक्रिया, जिसकी बाहरी और आंतरिक सतहों का तापमान स्थिर और T 1 और T 2 के बराबर बना रहता है (हमारे मामले में, यह पदार्थ की परत है अध्ययन 5 के तहत)। आइए दीवार के माध्यम से गर्मी के प्रवाह को इस शर्त के तहत निर्धारित करें कि बेलनाकार दीवार का आंतरिक व्यास d 1 = 2r 1 है, और बाहरी व्यास d 2 ​​= 2r 2, l = const है, और गर्मी केवल रेडियल दिशा में फैलती है .

समस्या को हल करने के लिए, हम समीकरण (12) का उपयोग करते हैं। बेलनाकार निर्देशांक में, कब ; समीकरण (12), (10) के अनुसार, विट लेता है:

. (15)

चलिए नोटेशन पेश करते हैं डीटी/डॉ.= 0, हम प्राप्त करते हैं

इस अभिव्यक्ति को एकीकृत और प्रबल करने के बाद, मूल चर के पास जाने पर, हम प्राप्त करते हैं:

. (16)

जैसा कि इस समीकरण से देखा जा सकता है, निर्भरता T=f(r) लघुगणकीय है।

इस समीकरण में सीमा शर्तों को प्रतिस्थापित करके एकीकरण स्थिरांक सी 1 और सी 2 निर्धारित किया जा सकता है:

पर आर \u003d आर 1 टी \u003d टी 1और टी 1 \u003d सी 1एलएन आर1+सी2,

पर आर=आर2 टी=टी2और टी 2 \u003d सी 1एलएन आर2+सी2.

के संबंध में इन समीकरणों का समाधान साथ 1 और 2 सेदेता है:

;

के लिए इन भावों को प्रतिस्थापित करना 1 सेऔर 2 सेसमीकरण (1b) में, हम प्राप्त करते हैं

(17)

त्रिज्या के एक बेलनाकार सतह के क्षेत्र के माध्यम से गर्मी का प्रवाह आरऔर लंबाई फूरियर कानून (5) का उपयोग करके निर्धारित की जाती है

.

प्रतिस्थापन के बाद, हम प्राप्त करते हैं

. (18)

तापीय चालकता गुणांक एल ज्ञात मूल्यों पर क्यू, टी 1 , टी 2 , डी 1 , डी 2, सूत्र द्वारा गणना की गई

. (19)

संवहन को दबाने के लिए (तरल के मामले में), बेलनाकार परत में एक छोटी मोटाई होनी चाहिए, आमतौर पर एक मिलीमीटर के अंश।

बेलनाकार परत विधि में अंतिम नुकसान में कमी अनुपात / वृद्धि करके प्राप्त की जाती है डीऔर सुरक्षा हीटर।

जी) गर्म तार विधि।इस पद्धति में, संबंध / डीघट कर बढ़ता है डी. आंतरिक सिलेंडर को एक पतले तार से बदल दिया जाता है, जो हीटर और प्रतिरोध थर्मामीटर (चित्र 5) दोनों था। डिजाइन की सापेक्ष सादगी और सिद्धांत के विस्तृत विकास के परिणामस्वरूप, गर्म तार विधि सबसे उन्नत और सटीक में से एक बन गई है। तरल पदार्थ और गैसों की तापीय चालकता के प्रायोगिक अध्ययन के अभ्यास में, यह एक प्रमुख स्थान रखता है।

चावल। 5. गर्म तार विधि के अनुसार बनाई गई मापने वाली सेल की योजना। 1 - मापने वाला तार, 2 - ट्यूब, 3 - परीक्षण पदार्थ, 4 - करंट लीड, 5 - संभावित नल, 6 - बाहरी थर्मामीटर।

इस शर्त के तहत कि खंड AB से संपूर्ण ऊष्मा प्रवाह रेडियल रूप से फैलता है और तापमान अंतर T 1 - T 2 बड़ा नहीं है, ताकि इन सीमाओं के भीतर l = const पर विचार किया जा सके, पदार्थ की तापीय चालकता सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है

, (20)

कहाँ क्यूअब = टी × यू AB तार पर क्षयित शक्ति है।

इ) गेंद विधि।यह तरल पदार्थ और थोक सामग्री की तापीय चालकता का अध्ययन करने के अभ्यास में आवेदन पाता है। अध्ययन के तहत पदार्थ को एक गोलाकार परत का आकार दिया जाता है, जो अनियंत्रित गर्मी के नुकसान को बाहर करने के लिए सिद्धांत रूप में संभव बनाता है। तकनीकी रूप से, यह विधि बल्कि जटिल है।

विश्लेषण के भौतिक तरीके कुछ विशिष्ट भौतिक प्रभाव या किसी पदार्थ की एक निश्चित भौतिक संपत्ति के उपयोग पर आधारित होते हैं। के लिए गैस विश्लेषणघनत्व, चिपचिपापन, तापीय चालकता, अपवर्तक सूचकांक, चुंबकीय संवेदनशीलता, प्रसार, अवशोषण, उत्सर्जन, विद्युत चुम्बकीय विकिरण का अवशोषण, साथ ही चयनात्मक अवशोषण, ध्वनि गति, प्रतिक्रिया गर्मी, विद्युत चालकता, आदि का उपयोग करें। इनमें से कुछ भौतिक गुण और घटनाएं बनाते हैं निरंतर गैस विश्लेषण और उच्च संवेदनशीलता और माप सटीकता प्राप्त करने की अनुमति देता है। विश्लेषित मिश्रण में निहित अमाप घटकों के प्रभाव को खत्म करने के लिए एक भौतिक मात्रा या घटना का चुनाव बहुत महत्वपूर्ण है। विशिष्ट गुणों या प्रभावों का उपयोग बहुघटक गैस मिश्रण में वांछित घटक की एकाग्रता को निर्धारित करना संभव बनाता है। गैर विशिष्ट भौतिक गुणइस्तेमाल किया जा सकता है, सख्ती से बोलना, केवल बाइनरी गैस मिश्रण के विश्लेषण के लिए। चिपचिपापन, अपवर्तक सूचकांक और गैस विश्लेषण में प्रसार व्यावहारिक मूल्यनहीं है।

विभिन्न तापमान वाले दो बिंदुओं के बीच ऊष्मा का स्थानांतरण तीन तरीकों से होता है: संवहन, विकिरण और ऊष्मा चालन। पर कंवेक्शनगर्मी हस्तांतरण पदार्थ के हस्तांतरण (बड़े पैमाने पर स्थानांतरण) से जुड़ा हुआ है; गर्मी का हस्तांतरण विकिरणपदार्थ की भागीदारी के बिना होता है। गर्मी का हस्तांतरण ऊष्मीय चालकतापदार्थ की भागीदारी के साथ होता है, लेकिन बड़े पैमाने पर स्थानांतरण के बिना। अणुओं के टकराने से ऊर्जा का स्थानांतरण होता है। तापीय चालकता का गुणांक ( एक्स) केवल ऊष्मा स्थानांतरित करने वाले पदार्थ के प्रकार पर निर्भर करता है। यह पदार्थ का एक विशिष्ट गुण है।

CGS प्रणाली में तापीय चालकता का आयाम cal / (s cm K), तकनीकी इकाइयों में - kcalDmch-K), अंतर्राष्ट्रीय SI प्रणाली में - WDm-K)। इन इकाइयों का अनुपात इस प्रकार है: 1 कैलोरी / (सेमी एस के) \u003d 360 किलो कैलोरी डीएम एच के) \u003d 418.68 डब्ल्यू डीएम-के)।

ठोस से तरल और गैसीय पदार्थों में संक्रमण के दौरान पूर्ण तापीय चालकता भिन्न होती है एक्स = 418.68 WDM-K)] (सर्वश्रेष्ठ ऊष्मा चालक की तापीय चालकता - सिल्वर) एक्सआदेश 10 _6 (कम से कम प्रवाहकीय गैसों की तापीय चालकता)।

बढ़ते तापमान के साथ गैसों की तापीय चालकता दृढ़ता से बढ़ती है। कुछ गैसों (GH 4: NH 3) के लिए, सापेक्ष तापीय चालकता बढ़ते तापमान के साथ तेजी से बढ़ती है, और कुछ (Ne) के लिए यह घट जाती है। गतिज सिद्धांत के अनुसार, गैसों की तापीय चालकता दबाव पर निर्भर नहीं होनी चाहिए। हालाँकि कई कारणइस तथ्य की ओर जाता है कि बढ़ते दबाव के साथ तापीय चालकता थोड़ी बढ़ जाती है। वायुमंडलीय से लेकर कई मिलीबार तक की दबाव सीमा में, तापीय चालकता दबाव पर निर्भर नहीं करती है, क्योंकि औसत मूल्यप्रति इकाई आयतन में अणुओं की घटती संख्या के साथ अणुओं का मुक्त पथ बढ़ता है। -20 mbar के दबाव में, अणुओं का औसत मुक्त पथ मापने वाले कक्ष के आकार से मेल खाता है।

तापीय चालकता का माप गैस विश्लेषण की सबसे पुरानी भौतिक विधि है। इसका वर्णन 1840 में किया गया था, विशेष रूप से, ए. श्लीमाकर (1888-1889) के कार्यों में और 1928 से उद्योग में इसका उपयोग किया गया है। 1913 में सीमेंस ने एयरशिप के लिए हाइड्रोजन कंसंट्रेशन मीटर विकसित किया। उसके बाद, कई दशकों के लिए, तापीय चालकता के मापन पर आधारित उपकरणों को बड़ी सफलता के साथ विकसित किया गया और तेजी से बढ़ते उद्योगों में व्यापक रूप से उपयोग किया गया। रसायन उद्योग. स्वाभाविक रूप से, पहले केवल बाइनरी गैस मिश्रण का विश्लेषण किया गया था। गैसों की तापीय चालकता में बड़े अंतर के साथ सर्वोत्तम परिणाम प्राप्त होते हैं। गैसों में हाइड्रोजन की ऊष्मीय चालकता सबसे अधिक है। व्यवहार में, यह ग्रिप गैसों में CO की सांद्रता को मापने के लिए भी उचित था, क्योंकि ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और कार्बन मोनोऑक्साइड की तापीय चालकता एक दूसरे के बहुत करीब होती है, जो इन चार घटकों के मिश्रण को अर्ध के रूप में माना जाता है। बाइनरी।

विभिन्न गैसों की तापीय चालकता के तापमान गुणांक समान नहीं होते हैं, इसलिए आप उस तापमान का पता लगा सकते हैं जिस पर विभिन्न गैसों की तापीय चालकता समान होती है (उदाहरण के लिए, 490 ° C - कार्बन डाइऑक्साइड और ऑक्सीजन के लिए, 70 ° C - के लिए अमोनिया और वायु, 75 ° C - कार्बन डाइऑक्साइड और आर्गन के लिए)। एक निश्चित विश्लेषणात्मक समस्या को हल करते समय, इन संयोगों का उपयोग अर्ध-द्विआधारी के लिए एक टर्नरी गैस मिश्रण लेकर किया जा सकता है।

गैस विश्लेषण में, हम यह मान सकते हैं तापीय चालकता एक योज्य गुण है।मिश्रण की तापीय चालकता को मापकर और द्विआधारी मिश्रण के शुद्ध घटकों की तापीय चालकता को जानकर, उनकी सांद्रता की गणना की जा सकती है। हालाँकि, यह सरल संबंध किसी भी बाइनरी मिश्रण पर लागू नहीं किया जा सकता है। इसलिए, उदाहरण के लिए, वायु - जल वाष्प, वायु - अमोनिया, कार्बन मोनोऑक्साइड - अमोनिया और वायु - एसिटिलीन के मिश्रण में घटकों के एक निश्चित अनुपात में अधिकतम तापीय चालकता होती है। इसलिए, ताप चालन विधि की प्रयोज्यता एक निश्चित सीमा तक ही सीमित है। कई मिश्रणों के लिए, तापीय चालकता और संरचना की एक गैर-रैखिक निर्भरता होती है। इसलिए, एक अंशांकन वक्र लेना आवश्यक है, जिसके अनुसार रिकॉर्डिंग उपकरण का पैमाना बनाया जाना चाहिए।

तापीय चालकता सेंसर(थर्मोकॉन्डक्टोमेट्रिक सेंसर) एक ही आकार के पतले प्लेटिनम कंडक्टर के साथ छोटी मात्रा के चार छोटे गैस से भरे कक्षों से मिलकर बनता है और उनमें समान विद्युत प्रतिरोध को शरीर से अलग रखा जाता है। एक स्थिर मूल्य का वही प्रत्यक्ष प्रवाह कंडक्टरों के माध्यम से बहता है और उन्हें गर्म करता है। कंडक्टर - ताप तत्व - गैस से घिरे होते हैं। दो कक्षों में माप गैस होती है, अन्य दो में संदर्भ गैस होती है। व्हाइटटन ब्रिज में सभी हीटिंग तत्व शामिल हैं, जिसके साथ 0.01 डिग्री सेल्सियस के क्रम के तापमान अंतर का माप मुश्किल नहीं है। इस तरह की उच्च संवेदनशीलता के लिए मापने वाले कक्षों के तापमान की सटीक समानता की आवश्यकता होती है, इसलिए संपूर्ण माप प्रणाली को थर्मोस्टेट या पुल के मापने वाले विकर्ण में रखा जाता है, और तापमान मुआवजे के लिए प्रतिरोध शामिल होता है। जब तक माप और तुलना कक्षों में हीटिंग तत्वों से गर्मी का अपव्यय समान होता है, तब तक पुल संतुलन में रहता है। जब एक अलग तापीय चालकता वाली गैस को मापने वाले कक्षों में आपूर्ति की जाती है, तो यह संतुलन गड़बड़ा जाता है, संवेदनशील तत्वों का तापमान बदल जाता है और इसके साथ ही उनका प्रतिरोध भी। मापने वाले विकर्ण में परिणामी धारा मापी गई गैस की सांद्रता के समानुपाती होती है। संवेदनशीलता बढ़ाने के लिए परिचालन तापमानसंवेदनशील तत्वों को बढ़ाया जाना चाहिए, लेकिन गैस की तापीय चालकता में पर्याप्त बड़े अंतर को बनाए रखने के लिए सावधानी बरतनी चाहिए। इसके लिए हां विभिन्न गैसेंवें मिश्रण में तापीय चालकता और संवेदनशीलता के मामले में इष्टतम तापमान होता है। अक्सर संवेदनशील तत्वों के तापमान और कक्षों की दीवारों के तापमान के बीच का अंतर 100 से 150 डिग्री सेल्सियस के बीच चुना जाता है।

औद्योगिक थर्मल कंडक्टोमेट्रिक एनालाइज़र की मापने वाली कोशिकाओं में आमतौर पर एक विशाल धातु का मामला होता है जिसमें मापने वाले कक्ष ड्रिल किए जाते हैं। यह समान तापमान वितरण और अच्छी अंशांकन स्थिरता सुनिश्चित करता है। चूंकि तापीय चालकता मीटर की रीडिंग गैस प्रवाह दर से प्रभावित होती है, गैस को बाईपास चैनल के माध्यम से मापने वाले कक्षों में पेश किया जाता है। गैसों के आवश्यक आदान-प्रदान को सुनिश्चित करने के लिए विभिन्न डिजाइनरों के समाधान नीचे दिए गए हैं। सिद्धांत रूप में, यह माना जाता है कि मुख्य गैस प्रवाह चैनलों को मापने वाले कक्षों से जोड़कर जुड़ा हुआ है, जिसके माध्यम से गैस थोड़ी सी बूंद पर बहती है। इस मामले में, मापने वाले कक्षों में गैस के नवीकरण पर प्रसार और थर्मल संवहन का निर्णायक प्रभाव पड़ता है। मापने वाले कक्षों की मात्रा बहुत छोटी (कई घन मिलीमीटर) हो सकती है, जो माप परिणाम पर संवहन ताप हस्तांतरण का एक छोटा प्रभाव प्रदान करता है। प्लेटिनम कंडक्टरों के उत्प्रेरक प्रभाव को कम करने के लिए, उनके विभिन्न तरीकेपतली दीवार वाली कांच की केशिकाओं में पिघल गया। जंग के लिए मापने वाले कक्ष के प्रतिरोध को सुनिश्चित करने के लिए, सभी गैस पाइपलाइन भागों को कांच के साथ कवर किया गया है। इससे क्लोरीन, हाइड्रोजन क्लोराइड और अन्य संक्षारक गैसों वाले मिश्रणों की तापीय चालकता को मापना संभव हो जाता है। बंद संदर्भ कक्षों के साथ थर्मल कंडक्टोमेट्रिक विश्लेषक मुख्य रूप से रासायनिक उद्योग में उपयोग किए जाते हैं। एक उपयुक्त संदर्भ गैस का चयन करने से उपकरण अंशांकन सरल हो जाता है। इसके अलावा, आप दबे हुए शून्य के साथ एक पैमाना प्राप्त कर सकते हैं। शून्य बिंदु बहाव को कम करने के लिए संदर्भ कक्षों को अच्छी तरह से सील किया जाना चाहिए। विशेष मामलों में, उदाहरण के लिए, गैस मिश्रण की संरचना में मजबूत उतार-चढ़ाव के साथ, फ्लो-थ्रू तुलनात्मक कक्षों के साथ काम करना संभव है। इस मामले में, एक विशेष अभिकर्मक का उपयोग करके, घटकों में से एक को मापा गैस मिश्रण (उदाहरण के लिए, सीओ और कास्टिक पोटेशियम का एक समाधान) से हटा दिया जाता है, और फिर गैस मिश्रण को तुलनात्मक कक्षों में भेजा जाता है। मापने और तुलनात्मक शाखाएं इस मामले में केवल एक घटक की अनुपस्थिति में भिन्न होती हैं। यह विधि अक्सर जटिल गैस मिश्रणों का विश्लेषण करना संभव बनाती है।

हाल ही में, धातु कंडक्टरों के बजाय, सेमीकंडक्टर थर्मिस्टर्स को कभी-कभी संवेदनशील तत्वों के रूप में उपयोग किया जाता है। थर्मिस्टर्स का लाभ धातु थर्मिस्टर्स की तुलना में प्रतिरोध का 10 गुना अधिक तापमान गुणांक है। यह संवेदनशीलता में तेज वृद्धि प्राप्त करता है। हालांकि, एक ही समय में, पुल के वर्तमान और कक्ष की दीवारों के तापमान के स्थिरीकरण पर बहुत अधिक आवश्यकताएं लगाई जाती हैं।

दूसरों की तुलना में पहले, और सबसे व्यापक रूप से, भट्टियों से निकलने वाली गैसों के विश्लेषण के लिए थर्मल कंडक्टोमेट्रिक उपकरणों का उपयोग किया जाने लगा। उच्च संवेदनशीलता, उच्च गति, रखरखाव में आसानी और डिजाइन की विश्वसनीयता के साथ-साथ इसकी कम लागत के कारण, इस प्रकार के विश्लेषक भविष्य में उद्योग में तेजी से पेश किए गए थे।

थर्मल कंडक्टोमेट्रिक विश्लेषक मिश्रण में हाइड्रोजन की एकाग्रता को मापने के लिए सबसे उपयुक्त हैं। संदर्भ गैसों का चयन करते समय विभिन्न गैसों के मिश्रण पर भी विचार किया जाना चाहिए। निम्नलिखित डेटा का उपयोग विभिन्न गैसों (तालिका 6.1) के लिए न्यूनतम मापने की सीमा के उदाहरण के रूप में किया जा सकता है।

तालिका 6.1

विभिन्न गैसों के लिए न्यूनतम मापने की सीमा,

% मात्रा के लिए

अधिकतम माप सीमा अक्सर 0-100% होती है, जिससे 90 या 99% को भी दबाया जा सकता है। विशेष मामलों में, तापीय चालकता विश्लेषक एक उपकरण पर कई अलग-अलग मापन रेंजों को संभव बनाता है। इसका उपयोग, उदाहरण के लिए, थर्मल पावर प्लांटों में हाइड्रोजन-कूल्ड टर्बोजेनरेटरों को भरने और खाली करने की निगरानी में किया जाता है। विस्फोटों के खतरे के कारण, जनरेटर हाउसिंग हवा से नहीं भरी जाती है, लेकिन पहले कार्बन डाइऑक्साइड को शुद्ध गैस और फिर हाइड्रोजन के रूप में पेश किया जाता है। इसी तरह जनरेटर से गैस की रिहाई का उत्पादन करें। पर्याप्त रूप से उच्च पुनरुत्पादन के साथ, निम्नलिखित माप रेंज एक विश्लेषक पर प्राप्त की जा सकती है: 0-100% (वॉल्यूम।) सीओ (कार्बन डाइऑक्साइड के साथ शुद्ध करने के लिए हवा में), सीओ में 100-0% एच 2 (हाइड्रोजन भरने के लिए) और 100-80% एच 2 (जनरेटर संचालन के दौरान हाइड्रोजन की शुद्धता को नियंत्रित करने के लिए हवा में)। यह सस्ता तरीकामाप।

थर्मोकॉन्डेक्टोमेट्रिक विश्लेषक का उपयोग करके पोटेशियम क्लोराइड के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान जारी क्लोरीन में हाइड्रोजन सामग्री का निर्धारण करने के लिए, एक सीलबंद संदर्भ गैस (SO2, Ar) और एक बहने वाली संदर्भ गैस दोनों के साथ काम करना संभव है। बाद के मामले में, हाइड्रोजन और क्लोरीन का मिश्रण पहले मापने वाले कक्ष में भेजा जाता है और फिर आफ्टरबर्नर में तापमान> 200 डिग्री सेल्सियस के साथ भेजा जाता है। हाइड्रोजन क्लोराइड बनाने के लिए हाइड्रोजन अतिरिक्त क्लोरीन के साथ जलता है। एचसी और सी 1 2 का परिणामी मिश्रण तुलनात्मक कक्ष में खिलाया जाता है। इस मामले में, तापीय चालकता में अंतर से हाइड्रोजन की सांद्रता निर्धारित की जाती है। यह विधिहवा की थोड़ी मात्रा के मिश्रण के प्रभाव को काफी कम कर देता है।

गीली गैस का विश्लेषण करते समय होने वाली त्रुटि को कम करने के लिए, गैस को सुखाया जाना चाहिए, जो या तो नमी अवशोषक की मदद से या ओस बिंदु के नीचे गैस के तापमान को कम करके किया जाता है। आर्द्रता के प्रभाव की भरपाई करने की एक और संभावना है, जो केवल प्रवाह संदर्भ गैस योजना के साथ मापते समय लागू होती है।

विस्फोटक गैसों के साथ काम करने के लिए, कई कंपनियाँ विस्फोट प्रूफ उपकरणों का निर्माण करती हैं। इस मामले में, तापीय चालकता मीटर के कक्षों पर भरोसा करते हैं उच्च दबाव, लौ बन्दी कक्षों के इनलेट और आउटलेट पर स्थापित होते हैं, और आउटपुट सिग्नल आंतरिक रूप से सुरक्षित स्तर तक सीमित होता है। हालाँकि, ऐसे उपकरणों का उपयोग मिश्रणों के विश्लेषण के लिए नहीं किया जा सकता है। विस्फोटक गैसेंऑक्सीजन के साथ या हाइड्रोजन क्लोरीन के साथ।

• सेंटीमीटर - ग्राम - सेकंड - इकाइयों की एक प्रणाली जो व्यापक रूप से इकाइयों की अंतर्राष्ट्रीय प्रणाली (एसआई) को अपनाने से पहले उपयोग की जाती थी।

ऊष्मा का संचालन करने के लिए सामग्रियों और पदार्थों की क्षमता को तापीय चालकता (X,) कहा जाता है और इसे 1 के क्षेत्रफल वाली दीवार से गुजरने वाली ऊष्मा की मात्रा द्वारा व्यक्त किया जाता है। एम 2, 1 डिग्री की दीवार की विपरीत सतहों पर तापमान अंतर के साथ 1 घंटे के लिए 1 मीटर मोटी। तापीय चालकता के लिए माप की इकाई W/(m-K) या W/(m-°C) है।

सामग्री की तापीय चालकता निर्धारित की जाती है

कहाँ क्यू- ऊष्मा की मात्रा (ऊर्जा), डब्ल्यू; एफ- सामग्री का पार-अनुभागीय क्षेत्र (नमूना), गर्मी प्रवाह की दिशा के लंबवत, एम 2; नमूने की विपरीत सतहों पर तापमान का अंतर है, K या °C; बी - नमूना मोटाई, मी।

तापीय चालकता थर्मल इन्सुलेशन सामग्री के गुणों के मुख्य संकेतकों में से एक है। यह संकेतक कई कारकों पर निर्भर करता है: सामग्री की कुल सरंध्रता, छिद्रों का आकार और आकार, ठोस चरण का प्रकार, छिद्रों को भरने वाली गैस का प्रकार, तापमान आदि।

सबसे सार्वभौमिक रूप में इन कारकों पर तापीय चालकता की निर्भरता लीब समीकरण द्वारा व्यक्त की गई है:

_______ Ђs ______ - і

जहाँ Kp सामग्री की तापीय चालकता है; Xs - सामग्री के ठोस चरण की तापीय चालकता; रुपये- ऊष्मा प्रवाह के लंबवत खंड में स्थित छिद्रों की संख्या; अनुकरणीय- ताप प्रवाह के समानांतर खंड में स्थित छिद्रों की संख्या; बी - रेडियल स्थिरांक; є - चमक; v प्रभावित करने वाला एक ज्यामितीय कारक है। छिद्रों के अंदर विकिरण; टीटी- औसत पूर्ण तापमान; डी- औसत ताकना व्यास।

एक विशेष गर्मी-इन्सुलेट सामग्री की तापीय चालकता का ज्ञान आपको इसके गर्मी-इन्सुलेट गुणों का सही आकलन करने और निर्दिष्ट शर्तों के अनुसार इस सामग्री से गर्मी-इन्सुलेट संरचना की मोटाई की गणना करने की अनुमति देता है।

वर्तमान में, स्थिर और गैर-स्थिर ताप प्रवाह की माप के आधार पर सामग्रियों की तापीय चालकता का निर्धारण करने के लिए कई तरीके हैं।

विधियों का पहला समूह एक विस्तृत तापमान सीमा (20 से 700 डिग्री सेल्सियस तक) में माप करना और अधिक प्राप्त करना संभव बनाता है सटीक परिणाम. स्थिर ऊष्मा प्रवाह को मापने के तरीकों का नुकसान प्रयोग की लंबी अवधि है, जिसे घंटों में मापा जाता है।

विधियों का दूसरा समूह एक प्रयोग करना संभव बनाता है वीकई मिनट के लिए (तक 1 एच), लेकिन केवल अपेक्षाकृत कम तापमान पर सामग्री की तापीय चालकता निर्धारित करने के लिए उपयुक्त है।

इस विधि द्वारा निर्माण सामग्री की तापीय चालकता का माप अंजीर में दिखाए गए उपकरण का उपयोग करके किया जाता है। 22. एक ही समय में कम जड़ता की मदद से हीट मीटर बनाए जाते हैंपरीक्षण की जा रही सामग्री से गुजरने वाले स्थिर ताप प्रवाह का माप।

डिवाइस में एक फ्लैट इलेक्ट्रिक हीटर 7 और एक तेज़-अभिनय ताप मीटर होता है 9, रेफ्रिजरेटर की सतह से 2 मिमी की दूरी पर स्थापित 10, जिससे पानी एक स्थिर तापमान पर लगातार बहता रहता है। थर्मोक्यूल्स को हीटर और हीट मीटर की सतहों पर रखा जाता है 1,2,4 और 5. उपकरण को धातु के मामले में रखा गया है। 6, इन्सुलेट सामग्री से भरा हुआ। चुस्त दुरुस्त नमूना 8 ताप मीटर और हीटर को क्लैंपिंग डिवाइस 3 द्वारा प्रदान किया जाता है। हीटर, ताप मीटरऔर रेफ्रिजरेटर 250 मिमी व्यास वाले डिस्क के रूप में हैं।

नमूना के माध्यम से हीटर से गर्मी का प्रवाह और तेज गर्मी मीटर को कूलर में स्थानांतरित कर दिया जाता है। गुजरने वाली गर्मी प्रवाह की मात्रा मध्य भागनमूना एक ताप मीटर द्वारा मापा जाता है, जो एक पैरानाइट डिस्क पर थर्मोपाइल है, यागर्मी - एक पुनरुत्पादक तत्व के साथ मापें, जिसमें एक फ्लैट इलेक्ट्रिक हीटर लगाया जाता है।

डिवाइस 25 से 700 डिग्री सेल्सियस के नमूने की गर्म सतह पर तापमान पर तापीय चालकता को माप सकता है।

डिवाइस किट में शामिल हैं: थर्मोस्टेट प्रकार RO-1, पोटेंशियोमीटर प्रकार KP-59, प्रयोगशाला ऑटोट्रांसफॉर्मर प्रकार RNO-250-2, थर्मोकपल स्विच MGP, थर्मोस्टेट TS-16, 5 A तक तकनीकी वैकल्पिक वर्तमान एमीटर और थर्मस।

परीक्षण की जाने वाली सामग्री के नमूनों में 250 मिमी के व्यास के साथ एक चक्र का आकार होगा। नमूनों की मोटाई 50 से अधिक और 10 मिमी से कम नहीं होनी चाहिए। नमूनों की मोटाई निकटतम 0.1 मिमी मापी जाती है और इसे चार मापों के अंकगणितीय माध्य के रूप में निर्धारित किया जाता है। नमूनों की सतह समतल और समानांतर होनी चाहिए।

रेशेदार, ढीले, नरम और अर्ध-कठोर गर्मी-इन्सुलेट सामग्री का परीक्षण करते समय, चयनित नमूने 250 मिमी के व्यास और 30-40 मिमी की ऊंचाई के साथ क्लिप में रखे जाते हैं, जो 3-4 मिमी मोटी एस्बेस्टस कार्डबोर्ड से बने होते हैं।

विशिष्ट भार के तहत लिए गए नमूने का घनत्व पूरे आयतन में एक समान होना चाहिए और परीक्षण की जा रही सामग्री के औसत घनत्व के अनुरूप होना चाहिए।

परीक्षण से पहले नमूनों को 105-110 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर निरंतर वजन में सुखाया जाना चाहिए।

परीक्षण के लिए तैयार किए गए नमूने को हीट मीटर पर रखा जाता है और हीटर से दबाया जाता है। फिर डिवाइस के हीटर के थर्मोस्टेट को पूर्व निर्धारित तापमान पर सेट करें और हीटर को नेटवर्क में चालू करें। स्थिर मोड स्थापित होने के बाद, जिसमें ताप मीटर की रीडिंग 30 मिनट तक स्थिर रहेगी, थर्मोकपल रीडिंग को पोटेंशियोमीटर स्केल पर नोट किया जाता है।

एक पुनरुत्पादक तत्व के साथ एक तेज़-प्रतिक्रिया ताप मीटर का उपयोग करते समय, ताप मीटर रीडिंग को शून्य-गैल्वेनोमीटर में स्थानांतरित कर दिया जाता है और वर्तमान में रिओस्टैट और मिलीमीटर के माध्यम से मुआवजे के लिए स्विच किया जाता है, जबकि शून्य-गैल्वेनोमीटर सुई की स्थिति प्राप्त करते समय 0, जिसके बाद रीडिंग को एमए में इंस्ट्रूमेंट स्केल पर रिकॉर्ड किया जाता है।

एक पुनरुत्पादक तत्व के साथ तेजी से प्रतिक्रिया ताप मीटर के साथ गर्मी की मात्रा को मापते समय, सामग्री की तापीय चालकता की गणना सूत्र के अनुसार की जाती है

जहां बी नमूना मोटाई है, एम; टी - नमूने की गर्म सतह का तापमान, डिग्री सेल्सियस; - नमूने की ठंडी सतह का तापमान, °C; क्यू- इसकी सतह के लंबवत दिशा में नमूने से गुजरने वाली ऊष्मा की मात्रा, डब्ल्यू /एम2।

जहां R ऊष्मा मीटर हीटर का निरंतर प्रतिरोध है, ओम; / - वर्तमान ताकत, ए; एफ- ताप मीटर क्षेत्र, एम 2।

अंशांकित तेज़-प्रतिक्रिया ताप मीटर के साथ ऊष्मा (Q) की मात्रा को मापते समय, गणना सूत्र के अनुसार की जाती है क्यू= ऐ(डब्ल्यू / एम 2), जहां इ- इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ), एमवी; ए गर्मी मीटर के लिए अंशांकन प्रमाण पत्र में इंगित डिवाइस का स्थिरांक है।

नमूना सतहों का तापमान 0.1 सी (एक स्थिर स्थिति मानकर) की सटीकता के साथ मापा जाता है। ऊष्मा प्रवाह की गणना 1 W / m2 की सटीकता के साथ की जाती है, और तापीय चालकता 0.001 W / (m - ° C) तक होती है।

इस उपकरण पर काम करते समय, समय-समय पर मेट्रोलॉजी के अनुसंधान संस्थानों और यूएसएसआर के मंत्रिपरिषद के तहत मानक, माप और माप उपकरण समिति की प्रयोगशालाओं द्वारा प्रदान किए गए मानक नमूनों का परीक्षण करके इसकी जांच करना आवश्यक है।

प्रयोग करने और डेटा प्राप्त करने के बाद, एक भौतिक परीक्षण प्रमाणपत्र तैयार किया जाता है, जिसमें निम्नलिखित डेटा शामिल होना चाहिए: परीक्षण करने वाली प्रयोगशाला का नाम और पता; परीक्षण की तारीख; सामग्री का नाम और विशेषताएं; शुष्क अवस्था में सामग्री का औसत घनत्व; परीक्षण के दौरान नमूने का औसत तापमान; उस तापमान पर सामग्री की तापीय चालकता।

दो-प्लेट विधि ऊपर चर्चा की तुलना में अधिक विश्वसनीय परिणाम प्राप्त करना संभव बनाती है, क्योंकि दो जुड़वां नमूनों का एक बार परीक्षण किया जाता है और इसके अलावा, थर्मल से गुजरने वाली धारानमूने, दो दिशाएँ हैं: एक नमूने के माध्यम से यह नीचे से ऊपर की ओर जाता है, और दूसरे के माध्यम से - ऊपर से नीचे तक। यह परिस्थिति काफी हद तक परीक्षण के परिणामों के औसत में योगदान करती है और प्रायोगिक स्थितियों को सामग्री की वास्तविक सेवा शर्तों के करीब लाती है।

स्थिर मोड विधि द्वारा सामग्रियों की तापीय चालकता का निर्धारण करने के लिए दो-प्लेट डिवाइस का एक योजनाबद्ध आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 23.

डिवाइस में एक केंद्रीय हीटर 1, एक सुरक्षा हीटर होता है 2, शीतलन डिस्क 6, कौन-सा-

इसके साथ ही सामग्री के नमूने दबाएं 4 हीटर के लिए, बैकफ़िल को इन्सुलेट करना 3, थर्मोकपल 5 और आवरण 7.

उपकरण किट में निम्नलिखित नियंत्रण और माप उपकरण शामिल हैं। वोल्टेज स्टेबलाइजर (सीएच), autotransformers (टी),वाटमीटर (डब्ल्यू), एमीटर (ए), सुरक्षा हीटर तापमान नियंत्रक (पी), थर्मोकपल स्विच (आई), गैल्वेनोमीटर या तापमान पोटेंशियोमीटर (जी)और बर्फ (सी) के साथ एक बर्तन।

परीक्षण किए गए नमूनों की परिधि के पास समान सीमा की स्थिति सुनिश्चित करने के लिए, हीटर का आकार डिस्क के रूप में लिया गया था। गणना में आसानी के लिए, मुख्य (कामकाजी) हीटर का व्यास 112.5 मिमी माना जाता है, जो 0.01 एम 2 के क्षेत्र से मेल खाता है।

तापीय चालकता के लिए सामग्री का परीक्षण निम्नानुसार किया जाता है।

परीक्षण के लिए चयनित सामग्री से, दो जुड़वां नमूने डिस्क के रूप में गार्ड रिंग (250 मिमी) के व्यास के बराबर व्यास के साथ बनाए जाते हैं। नमूनों की मोटाई समान होनी चाहिए और 10 से 50 मिमी की सीमा में होनी चाहिए। नमूना सतहों को खरोंच या डेंट के बिना सपाट और समानांतर होना चाहिए।

एस्बेस्टस कार्डबोर्ड से बने विशेष धारकों में रेशेदार और थोक सामग्रियों का परीक्षण किया जाता है।

परीक्षण से पहले, नमूनों को निरंतर वजन तक सुखाया जाता है और उनकी मोटाई को निकटतम 0.1 मिमी तक मापा जाता है।

नमूने इलेक्ट्रिक हीटर के दोनों किनारों पर रखे जाते हैं और इसके खिलाफ कूलिंग डिस्क के साथ दबाए जाते हैं। फिर वोल्टेज रेगुलेटर (लैटर) को उस स्थिति पर सेट करें जिस पर इलेक्ट्रिक हीटर का निर्दिष्ट तापमान प्रदान किया जाता है। कूलिंग डिस्क में पानी के संचलन को चालू करें और गैल्वेनोमीटर द्वारा देखी गई स्थिर स्थिति में पहुंचने के बाद, नमूनों की गर्म और ठंडी सतहों पर तापमान को मापें, जिसके लिए वे उपयुक्त थर्मोक्यूल्स और गैल्वेनोमीटर या पोटेंशियोमीटर का उपयोग करते हैं। इसी समय, बिजली की खपत को मापा जाता है। उसके बाद, इलेक्ट्रिक हीटर बंद कर दिया जाता है, और 2-3 घंटों के बाद कूलिंग डिस्क को पानी की आपूर्ति बंद कर दी जाती है।

सामग्री की तापीय चालकता, W/(m-°C),

कहाँ डब्ल्यू- बिजली की खपत, डब्ल्यू; बी - नमूना मोटाई, मी; एफ- इलेक्ट्रिक हीटर की एक सतह का क्षेत्र, एम 2;। टी नमूने की गर्म सतह पर तापमान है, डिग्री सेल्सियस; І2- नमूने की ठंडी सतह पर तापमान, डिग्री सेल्सियस।

तापीय चालकता के निर्धारण के अंतिम परिणाम नमूनों के औसत तापमान को संदर्भित करते हैं
कहाँ टी - नमूने की गर्म सतह पर तापमान (दो नमूनों का औसत), डिग्री सेल्सियस; टी 2 - नमूनों की ठंडी सतह पर तापमान (दो नमूनों का औसत), ° С।

पाइप विधि। एक घुमावदार सतह (गोले, सिलेंडर, सेगमेंट) के साथ गर्मी-इन्सुलेट उत्पादों की तापीय चालकता निर्धारित करने के लिए, एक स्थापना का उपयोग किया जाता है, सर्किट आरेखजिस पर दिखाया गया है

चावल। 24. यह स्थापना एक स्टील पाइप है जिसका व्यास 100-150 मिमी और लंबाई कम से कम 2.5 मीटर है। आग रोक सामग्रीएक हीटिंग तत्व लगाया गया था, जिसे पाइप की लंबाई के साथ तीन स्वतंत्र वर्गों में विभाजित किया गया है: केंद्रीय (कामकाजी) एक, जो पाइप की लंबाई का लगभग 1/3 भाग लेता है, और साइड वाले, जो गर्मी के रिसाव को खत्म करने के लिए काम करते हैं डिवाइस (पाइप) के सिरों।

पाइप कमरे के फर्श, दीवारों और छत से 1.5-2 मीटर की दूरी पर हैंगर या स्टैंड पर स्थापित है।

पाइप का तापमान और परीक्षण सामग्री की सतह को थर्माकोपल्स से मापा जाता है। परीक्षण के दौरान, काम करने वाले और सुरक्षा वर्गों के बीच तापमान के अंतर को खत्म करने के लिए सुरक्षा वर्गों द्वारा खपत बिजली की शक्ति को विनियमित करना आवश्यक है।
एम आई परीक्षण स्थिर-राज्य थर्मल स्थितियों के तहत किए जाते हैं, जिसमें पाइप और इन्सुलेट सामग्री की सतहों पर तापमान 30 मिनट के लिए स्थिर रहता है।

काम करने वाले हीटर की बिजली की खपत को वाटमीटर और अलग से वोल्टमीटर और एमीटर दोनों से मापा जा सकता है।

सामग्री की तापीय चालकता, W/(m ■ °C),

एक्स-_____ डी

कहाँ डी - घेरे के बाहरपरीक्षण किए गए उत्पाद का, मी; डी - परीक्षण सामग्री का आंतरिक व्यास, मी; - पाइप की सतह पर तापमान, डिग्री सेल्सियस; टी 2 - परीक्षण किए गए उत्पाद की बाहरी सतह पर तापमान, डिग्री सेल्सियस; मैं - हीटर के कामकाजी हिस्से की लंबाई, मी।

तापीय चालकता के अलावा, यह उपकरण एक विशेष ताप-रोधक सामग्री से बनी ऊष्मा-रोधक संरचना में ऊष्मा प्रवाह की मात्रा को माप सकता है। ताप प्रवाह (डब्ल्यू / एम 2)

गैर-स्थिर ताप प्रवाह (गतिशील माप के तरीके) के तरीकों के आधार पर तापीय चालकता का निर्धारण। तरीके आधारित पर गैर-स्थिर ऊष्मा प्रवाह (गतिशील माप के तरीके) का मापन, हाल ही में थर्मोफिजिकल मात्रा निर्धारित करने के लिए तेजी से उपयोग किया गया है। इन विधियों का लाभ न केवल प्रयोगों की तुलनात्मक गति है, बल्कि औरएक प्रयोग में प्राप्त जानकारी की अधिक मात्रा। यहां, नियंत्रित प्रक्रिया के अन्य मापदंडों में एक और पैरामीटर जोड़ा जाता है - समय। इसके कारण, केवल गतिशील विधियाँ एक प्रयोग के परिणामों से सामग्री की थर्मोफिजिकल विशेषताओं, जैसे तापीय चालकता, ताप क्षमता, तापीय प्रसार, शीतलन (ताप) दर को प्राप्त करना संभव बनाती हैं।

वर्तमान में है एक बड़ी संख्या कीगतिशील तापमान और गर्मी प्रवाह को मापने के तरीके और उपकरण। हालाँकि, उन्हें सभी की आवश्यकता होती है zna
विशिष्ट परिस्थितियों का निर्धारण और प्राप्त परिणामों में सुधार की शुरूआत, चूंकि तापीय मात्रा को मापने की प्रक्रिया एक अलग प्रकृति (यांत्रिक, ऑप्टिकल, विद्युत, ध्वनिक, आदि) की मात्रा के माप से उनकी महत्वपूर्ण जड़ता से भिन्न होती है।

इसलिए, माप के परिणामों और मापी गई तापीय मात्रा के वास्तविक मूल्यों के बीच बहुत अधिक पहचान से स्थिर ऊष्मा प्रवाह के माप पर आधारित विधियाँ विचाराधीन विधियों से भिन्न होती हैं।

गतिशील माप विधियों का सुधार तीन दिशाओं में आगे बढ़ता है। सबसे पहले, यह त्रुटियों का विश्लेषण करने और माप परिणामों में सुधार शुरू करने के तरीकों का विकास है। दूसरे, गतिशील त्रुटियों की भरपाई के लिए स्वचालित सुधारात्मक उपकरणों का विकास।

आइए अस्थिर ताप प्रवाह के मापन के आधार पर यूएसएसआर में दो सबसे आम तरीकों पर विचार करें।

1. बायिकलोमीटर के साथ नियमित थर्मल शासन की विधि। इस विधि को लागू करते समय, कोई भी उपयोग कर सकता है विभिन्न प्रकार केबायकैलोरीमीटर डिजाइन। उनमें से एक पर विचार करें - एक छोटे आकार का फ्लैट बायोलोरी - MPB-64-1 प्रकार (चित्र 25) का एक मीटर, जिसे डिज़ाइन किया गया है
कमरे के तापमान पर अर्ध-कठोर, रेशेदार और ढीली गर्मी-इन्सुलेट सामग्री की तापीय चालकता निर्धारित करने के लिए।

MPB-64-1 डिवाइस 105 मिमी के आंतरिक व्यास के साथ एक बेलनाकार वियोज्य खोल (निकाय) है, वीजिसके केंद्र में एक अंतर्निर्मित कोर है वीयह एक हीटर और डिफरेंशियल थर्मोक्यूल्स की बैटरी के साथ है। डिवाइस D16T ग्रेड ड्यूरालुमिन से बना है।

बाइकैलोरीमीटर के डिफरेंशियल थर्मोक्यूल्स का थर्मोपाइल कॉपर-कॉपल थर्मोक्यूल्स से लैस है, जिसका इलेक्ट्रोड व्यास 0.2 मिमी है। थर्मोपाइल के घुमावों के सिरों को BF-2 गोंद के साथ संसेचित फाइबरग्लास रिंग की पीतल की पंखुड़ियों पर और फिर तारों के माध्यम से प्लग में लाया जाता है। से बना ताप तत्व 0.1 मिमी के व्यास के साथ निक्रोम तार, बीएफ -2 गोंद के साथ संसेचित एक गोल प्लेट पर सिल दिया गया काँचकपड़े। ताप तत्व के तार के सिरों, साथ ही थर्मोपाइल के तार के सिरों को रिंग की पीतल की पंखुड़ियों और आगे, प्लग के माध्यम से, शक्ति स्रोत तक लाया जाता है। ताप तत्व को 127 वी एसी द्वारा संचालित किया जा सकता है।

डिवाइस शरीर और कवर के बीच वैक्यूम रबर से बनी सील के साथ-साथ हैंडल, बॉस और शरीर के बीच स्टफिंग बॉक्स (हेम्प-रेड लेड) के कारण एयरटाइट है।

थर्मोक्यूल्स, हीटर और उनके लीड केस से अच्छी तरह से इंसुलेटेड होने चाहिए।

परीक्षण नमूनों के आयाम व्यास से अधिक नहीं होंगे 104 मिमी और मोटाई -16 मिमी। उपकरण पर एक साथ दो जुड़वां नमूनों का परीक्षण किया जाता है।

डिवाइस का संचालन निम्नलिखित सिद्धांत पर आधारित है।

एक ठोस शरीर को तापमान पर गर्म करने की प्रक्रिया टी° और तापमान © के साथ एक वातावरण में रखा गया<Ґ при весьма большой теплопередаче (а) от телаकोपर्यावरण ("->-00) और इस पर्यावरण के एक स्थिर तापमान (0 = स्थिरांक) पर, तीन चरणों में बांटा गया है।

1. तापमान वितरण वीशरीर शुरू में यादृच्छिक होता है, अर्थात, एक अव्यवस्थित तापीय व्यवस्था होती है।

2. समय के साथ, शीतलन आदेशित हो जाता है, अर्थात, एक नियमित शासन स्थापित हो जाता है, जिस पर
रम, शरीर के प्रत्येक बिंदु पर तापमान में परिवर्तन एक घातीय कानून का पालन करता है:

क्यू - एयूई.-"1

कहाँ © - बुखारशरीर में किसी बिंदु पर; यू - बिंदु निर्देशांक का कुछ कार्य; ई-आधार प्राकृतिक लघुगणक; टी शरीर के ठंडा होने की शुरुआत से समय है; टी - शीतलन दर; ए डिवाइस स्थिर है, जो प्रारंभिक स्थितियों पर निर्भर करता है।

3. एक नियमित शासन के बाद, पर्यावरण के साथ शरीर के थर्मल संतुलन की शुरुआत से शीतलन की विशेषता होती है।

अभिव्यक्ति के विभेदन के बाद शीतलन दर टी

द्वारा टीनिर्देशांक में मेंमें-टीनिम्नानुसार व्यक्त किया गया है:

कहाँ ए और में - साधन स्थिरांक; साथ परीक्षण सामग्री की कुल ताप क्षमता है, सामग्री की विशिष्ट ताप क्षमता और उसके द्रव्यमान के उत्पाद के बराबर, J/(kg-°C); t शीतलन दर है, 1/h।

परीक्षण निम्नानुसार किया जाता है। उपकरण में नमूने रखने के बाद, उपकरण कवर को शरीर के खिलाफ एक घुमावदार अखरोट के साथ कसकर दबाया जाता है। डिवाइस को स्टिरर के साथ थर्मोस्टेट में उतारा जाता है, उदाहरण के लिए, कमरे के तापमान पर पानी से भरे थर्मोस्टेट TS-16 में, फिर डिफरेंशियल थर्मोक्यूल्स के थर्मोपाइल को गैल्वेनोमीटर से जोड़ा जाता है। डिवाइस को थर्मोस्टैट में तब तक रखा जाता है जब तक कि परीक्षण की जा रही सामग्री के नमूनों की बाहरी और आंतरिक सतहों का तापमान बराबर न हो जाए, जिसे गैल्वेनोमीटर की रीडिंग द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है। उसके बाद, कोर हीटर चालू हो जाता है। कोर को थर्मोस्टैट में पानी के तापमान से 30-40 डिग्री अधिक तापमान तक गर्म किया जाता है, और फिर हीटर बंद कर दिया जाता है। जब गैल्वेनोमीटर सुई स्केल सीमा पर लौटती है, तो समय के साथ घटती गैल्वेनोमीटर रीडिंग दर्ज की जाती है। कुल 8-10 अंक दर्ज किए गए हैं।

1n0-t समन्वय प्रणाली में, एक ग्राफ बनाया गया है, जो कुछ बिंदुओं पर भुज और निर्देशांक अक्षों को पार करते हुए एक सीधी रेखा की तरह दिखना चाहिए। फिर, परिणामी सीधी रेखा के ढलान की स्पर्शरेखा की गणना की जाती है, जो सामग्री के शीतलन दर के मूल्य को व्यक्त करती है:

__ 6t में - में O2 __ 6 02

टीआईबी- - जे

टी 2 - टीजे 12 - एल

जहाँ Bi और 02 समय Ti और T2 के संगत कोटि हैं।

प्रयोग को फिर से दोहराया जाता है और शीतलन की दर एक बार फिर निर्धारित की जाती है। यदि पहले और दूसरे प्रयोग में गणना की गई शीतलन दर के मूल्यों के बीच विसंगति 5% से कम है, तो ये दो प्रयोग सीमित हैं। शीतलन दर का औसत मूल्य दो प्रयोगों के परिणामों से निर्धारित होता है और सामग्री की तापीय चालकता के मूल्य की गणना की जाती है, W / (m * ° C)

एक्स \u003d (ए + आरसीपी) / यू।

उदाहरण। परीक्षण की गई सामग्री 80 किग्रा/एम3 के औसत शुष्क घनत्व के साथ फेनोलिक बाइंडर पर खनिज ऊन की चटाई थी।

1. डिवाइस में रखी सामग्री के वजन की गणना करें,

जहां आरपी डिवाइस, किलो के एक बेलनाकार कंटेनर में रखी गई सामग्री का एक नमूना है; वीएन - डिवाइस के एक बेलनाकार कंटेनर की मात्रा, 140 सेमी3 के बराबर; rsr सामग्री का औसत घनत्व है, g/cm3।

2. हम परिभाषित करते हैंकाम बीसीवाईपी , कहाँ में - साधन स्थिरांक 0.324 के बराबर; सी - सामग्री की विशिष्ट ताप क्षमता, 0.8237 kJ / (kg-K) के बराबर। तब डब्लूएसयूआर= =0,324 0,8237 0,0224 = 0,00598.

3। परिणाम का अवलोकनसमय में डिवाइस में नमूनों का ठंडा होना तालिका में दर्ज किया गया है। 2.

शीतलन दर टी और टी 2 के मूल्यों में विसंगतियां 5% से कम हैं, इसलिए दोहराए गए प्रयोगों को छोड़ा जा सकता है।

4. औसत शीतलन दर की गणना करें

टी \u003d (2.41 + 2.104) / 2 \u003d 2.072।

सभी आवश्यक मूल्यों को जानने के बाद, हम तापीय चालकता की गणना करते हैं

(0.0169+0.00598) 2.072=0.047 डब्ल्यू/(एम-के)

या डब्ल्यू / (एम-डिग्री सेल्सियस)।

इस मामले में, नमूनों का औसत तापमान 303 K या 30 ° C था। सूत्र में, 0.0169 -L (इंस्ट्रूमेंट स्थिरांक) है।

2. जांच विधि।हीट कंडक्टर के निर्धारण के लिए जांच विधि की कई किस्में हैं।
गर्मी-इन्सुलेट सामग्री के गुण जो उपयोग किए गए उपकरणों और जांच को गर्म करने के सिद्धांतों में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। आइए इन तरीकों में से एक पर विचार करें - इलेक्ट्रिक हीटर के बिना बेलनाकार जांच की विधि।

यह विधि इस प्रकार है। 5-6 मिमी (चित्र। 26) के व्यास और लगभग 100 मिमी की लंबाई वाली एक धातु की छड़ को गर्म गर्मी-इन्सुलेट सामग्री की मोटाई में डाला जाता है और अंदर लगी एक छड़ की मदद से

थर्मोक्यूल्स तापमान का निर्धारण करते हैं। तापमान दो चरणों में निर्धारित किया जाता है: प्रयोग की शुरुआत में (जिस समय जांच गर्म होती है) और अंत में, जब एक संतुलन स्थिति होती है और जांच का तापमान बढ़ना बंद हो जाता है। इन दो काउंट के बीच के समय को स्टॉपवॉच से मापा जाता है। एच सामग्री की तापीय चालकता, मंगल/(एम डिग्री सेल्सियस), , आर2 सीवी

कहाँ आर- रॉड त्रिज्या, मी; साथ- उस सामग्री की विशिष्ट ऊष्मा क्षमता जिससे छड़ बनाई जाती है, kJ / (kgX XK); रॉड का वी-वॉल्यूम, एम 3; टी तापमान रीडिंग के बीच का समय अंतराल है, एच; tx और U - पहली और दूसरी रीडिंग के समय तापमान मान, K या °C।

यह विधि बहुत सरल है और आपको प्रयोगशाला और उत्पादन स्थितियों में सामग्री की तापीय चालकता को जल्दी से निर्धारित करने की अनुमति देती है। हालांकि, यह केवल इस सूचक के मोटे अनुमान के लिए उपयुक्त है।

2

1 राज्य का बजट शैक्षिक संस्थाउच्च व्यावसायिक शिक्षामॉस्को क्षेत्र "प्रकृति, समाज और मनुष्य का अंतर्राष्ट्रीय विश्वविद्यालय" डबना "(विश्वविद्यालय" डबना ")

2 CJSC तकनीकी अधिग्रहण TECHNOKOMPLEKT के लिए अंतर्क्षेत्रीय उत्पादन संघ (CJSC MPOTK TECHNOKOMPLEKT)

पॉलीक्रिस्टलाइन हीरे की प्लेटों की तापीय चालकता को मापने के लिए एक विधि विकसित की गई है। विधि में प्लेट के विपरीत पक्षों पर पुल योजना के अनुसार बनाई गई दो पतली-फिल्म प्रतिरोध थर्मामीटर का उपयोग शामिल है। एक ओर, प्रतिरोध थर्मामीटरों में से एक के स्थान पर, गर्म तांबे की छड़ के संपर्क में आने से प्लेट गर्म हो जाती है। विपरीत दिशा में (दूसरे प्रतिरोध थर्मामीटर के स्थान पर), प्लेट को पानी से ठंडी तांबे की छड़ के संपर्क में आने से ठंडा किया जाता है। प्लेट के माध्यम से प्रवाहित होने वाले ऊष्मा प्रवाह को गर्म तांबे की छड़ पर लगे थर्मोक्यूल्स द्वारा मापा जाता है और एक स्वचालित उपकरण द्वारा नियंत्रित किया जाता है। निर्वात निक्षेपण विधि द्वारा निक्षेपित पतली-फिल्म प्रतिरोध थर्मामीटर की मोटाई 50 नैनोमीटर होती है और यह प्लेट की सतह से लगभग अभिन्न रूप से जुड़ा होता है। इसलिए, मापा गया तापमान प्लेट की विपरीत सतहों पर तापमान के बिल्कुल अनुरूप होता है। पतली-फिल्म प्रतिरोध थर्मामीटर की उच्च संवेदनशीलता उनके प्रतिरोधों के बढ़ते प्रतिरोध से सुनिश्चित होती है, जिससे कम से कम 20 वी के पुल आपूर्ति वोल्टेज का उपयोग करना संभव हो जाता है।

ऊष्मीय चालकता

पॉलीक्रिस्टलाइन हीरे की प्लेटें

पतली फिल्म ब्रिज तापमान सेंसर

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आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक घटक, विशेष रूप से बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स, महत्वपूर्ण मात्रा में गर्मी उत्पन्न करते हैं। उपलब्ध कराने के लिए विश्वसनीय संचालनइन घटकों में से, हीट सिंक डिवाइस वर्तमान में बनाए जा रहे हैं जो अति-उच्च तापीय चालकता के साथ सिंथेटिक हीरे की प्लेटों का उपयोग करते हैं। आधुनिक बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणों के निर्माण के लिए इन सामग्रियों की तापीय चालकता का सटीक माप बहुत महत्वपूर्ण है।

मुख्य ताप सिंक दिशा (प्लेट की मोटाई के लंबवत) में स्वीकार्य सटीकता के साथ तापीय चालकता को मापने के लिए, बहुत अधिक तापीय चालकता के कारण, नमूना सतह पर कम से कम 20 की सतह घनत्व के साथ गर्मी प्रवाह बनाना आवश्यक है। पॉलीक्रिस्टलाइन डायमंड हीट सिंक प्लेट्स। लेजर सिस्टम (देखें) का उपयोग करते हुए साहित्य में वर्णित विधियां 3.2 की अपर्याप्त सतह ताप प्रवाह घनत्व प्रदान करती हैं और इसके अलावा, मापा नमूने के अवांछनीय ताप का कारण बनती हैं। केंद्रित बीम के साथ एक नमूने के स्पंदित हीटिंग का उपयोग करके तापीय चालकता को मापने के तरीके, और फोटोकॉस्टिक प्रभाव का उपयोग करने वाले तरीके, प्रत्यक्ष तरीके नहीं हैं, और इसलिए माप की विश्वसनीयता और सटीकता के आवश्यक स्तर प्रदान नहीं कर सकते हैं, और जटिल उपकरण और बोझिल गणना की भी आवश्यकता होती है . कागज में वर्णित माप विधि, जो समतल तापीय तरंगों के सिद्धांत पर आधारित है, केवल अपेक्षाकृत कम तापीय चालकता वाली सामग्रियों के लिए उपयुक्त है। स्थिर तापीय चालकता की विधि का उपयोग केवल प्लेट के साथ दिशा में तापीय चालकता को मापने के लिए किया जा सकता है, और यह दिशा गर्मी हटाने की मुख्य दिशा नहीं है और वैज्ञानिक हित की नहीं है।

चयनित माप पद्धति का विवरण

एक स्थिर ऊष्मा प्रवाह की आवश्यक सतह घनत्व हीरे की प्लेट के एक तरफ एक गर्म तांबे की छड़ से संपर्क करके और हीरे की प्लेट के विपरीत एक ठंडी तांबे की छड़ से संपर्क करके प्रदान की जा सकती है। मापा तापमान अंतर तब छोटा हो सकता है, उदाहरण के लिए केवल 2 डिग्री सेल्सियस। इसलिए, संपर्क के बिंदु पर प्लेट के दोनों किनारों पर तापमान को सटीक रूप से मापना आवश्यक है। यह लघु पतली-फिल्म प्रतिरोध थर्मामीटर का उपयोग करके किया जा सकता है, जिसे एक प्लेट की सतह पर थर्मामीटर ब्रिज मापने वाले सर्किट के वैक्यूम जमाव द्वारा निर्मित किया जा सकता है। पेपर लघु उच्च परिशुद्धता पतली फिल्म प्रतिरोध थर्मामीटर के डिजाइन और निर्माण में हमारे पिछले अनुभव का वर्णन करता है, जो हमारे मामले में इस तकनीक का उपयोग करने की संभावना और उपयोगिता की पुष्टि करता है। पतली-फिल्म थर्मामीटर की मोटाई 50-80 एनएम की बहुत कम होती है, और इसलिए उनका तापमान उस प्लेट की सतह के तापमान से भिन्न नहीं होता है जिस पर वे जमा होते हैं। गर्म तांबे की छड़ को आवश्यक तापीय शक्ति प्रदान करने के लिए रॉड के चारों ओर लपेटे गए एक विद्युतीय रूप से अछूता निक्रोम तार द्वारा गर्म किया जाता है। तांबे की छड़ की तापीय चालकता छड़ की अक्षीय दिशा में कम से कम 20 के घनत्व के साथ ऊष्मा प्रवाह के हस्तांतरण को सुनिश्चित करती है। इस ऊष्मा प्रवाह को छड़ की धुरी के साथ दो खंडों में एक दूसरे से दी गई दूरी पर स्थित दो पतले क्रोमेल-एल्यूमेल थर्मोक्यूल्स का उपयोग करके मापा जाता है। प्लेट के माध्यम से गुजरने वाली गर्मी प्रवाह को पानी से ठंडा तांबे की छड़ से हटा दिया जाता है। प्लेट के साथ तांबे की छड़ों के संपर्क बिंदुओं पर थर्मल प्रतिरोध को कम करने के लिए डाउकॉर्निंगटीसी-5022 सिलिकॉन ग्रीस का उपयोग किया जाता है। थर्मल संपर्क प्रतिरोध मापा गर्मी प्रवाह की परिमाण को प्रभावित नहीं करते हैं, वे प्लेट और हीटर के तापमान में मामूली वृद्धि का कारण बनते हैं। इस प्रकार, गर्मी हटाने की मुख्य दिशा में प्लेट की तापीय चालकता प्लेट से गुजरने वाले ऊष्मा प्रवाह के परिमाण और इसकी सतहों पर तापमान के अंतर के परिमाण के प्रत्यक्ष माप द्वारा निर्धारित की जाती है। इन मापों के लिए, लगभग 8x8mm के आयाम वाली एक नमूना प्लेट का उपयोग किया जा सकता है।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि भविष्य में गर्मी हटाने वाली हीरे की प्लेटों वाले बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स उत्पादों के संचालन की निगरानी के लिए पतली-फिल्म प्रतिरोध थर्मामीटर का उपयोग किया जा सकता है। साहित्य पावर मॉड्यूल की अंतर्निहित थर्मल निगरानी के महत्व पर भी जोर देता है।

स्टैंड के डिजाइन, इसके मुख्य तत्वों और उपकरणों का विवरण

पतली फिल्म पुल तापमान सेंसर

उच्च परिशुद्धता तापमान माप के लिए, एक प्रतिरोध थर्मामीटर का एक ब्रिज सर्किट मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग द्वारा पॉलीक्रिस्टलाइन कृत्रिम हीरे की प्लेट की सतह पर जमा किया जाता है। इस सर्किट में, दो प्रतिरोधक प्लेटिनम या टाइटेनियम से बने होते हैं, और अन्य दो नाइक्रोम के बने होते हैं। कमरे के तापमान पर, चारों प्रतिरोधों के प्रतिरोध समान और बराबर होते हैं। मामले पर विचार करें जब दो प्रतिरोधक प्लेटिनम से बने होते हैं।जैसे-जैसे तापमान बदलता है, प्रतिरोधों का प्रतिरोध बढ़ता जाता है:

प्रतिरोध योग: . पुल प्रतिरोध है। पुल के मापने वाले विकर्ण पर संकेत का मान इसके बराबर है: यू एम= मैं 1 आर 0 (1+ 3,93.10 -3 Δ टी)- मैं 4 आर 0 ( 1+0,4.10 -3 Δ टी) .

कई डिग्री के एक छोटे से तापमान परिवर्तन के साथ, यह माना जा सकता है कि कुल ब्रिज प्रतिरोध R0 है, ब्रिज आर्म के माध्यम से करंट 0.5.U0/R0 है, जहां U0 ब्रिज सप्लाई वोल्टेज है। इन मान्यताओं के तहत, हम मापने के संकेत के बराबर मान प्राप्त करते हैं:

यू एम= 0,5. यू 0 . 3,53.10 -3 Δ टी= 1,765.10 -3 .यू 0 Δ टी.

आइए मान लें कि मूल्य Δ टी= 2? सी, फिर 20 वी की आपूर्ति वोल्टेज पर हम मापने वाले सिग्नल के बराबर मूल्य प्राप्त करेंगे यू एम\u003d 70 mV यह ध्यान में रखते हुए कि माप उपकरणों की त्रुटि 70 μV से अधिक नहीं होगी, हम पाते हैं कि प्लेट की तापीय चालकता को 0.1% से अधिक की त्रुटि के साथ मापा जा सकता है।

तनाव और थर्मिस्टर्स के लिए, विलुप्त होने वाली शक्ति को आमतौर पर 200 मेगावाट से अधिक नहीं लिया जाता है। 20 वी के आपूर्ति वोल्टेज के साथ, इसका मतलब है कि पुल का प्रतिरोध कम से कम 2000 ओम होना चाहिए। तकनीकी कारणों से, थर्मास्टर में 30 माइक्रोन चौड़े एन धागे होते हैं, जो 30 माइक्रोन अलग होते हैं। रोकनेवाला धागे की मोटाई 50 एनएम है। रोकनेवाला धागे की लंबाई 1.5 मिमी है। तब प्लेटिनम के एक धागे का प्रतिरोध 106 ओम है। 20 प्लेटिनम धागे 2120 ओम के प्रतिरोध के साथ एक प्रतिरोधक बनाएंगे। रोकनेवाला की चौड़ाई 1.2 मिमी होगी। एक निक्रोम धागे का प्रतिरोध 1060 ओम है। इसलिए, एक निक्रोम अवरोधक में 2 धागे और 0.12 मिमी की चौड़ाई होगी। जब दो प्रतिरोधक आर 0 , आर 3 टाइटेनियम से बने हैं, सेंसर की संवेदनशीलता 12% कम हो जाएगी, हालांकि, 20 प्लैटिनम फिलामेंट्स के बजाय, प्रतिरोधी 4 टाइटेनियम फिलामेंट्स से बना जा सकता है।

चित्रा 1 एक पतली फिल्म ब्रिज तापमान संवेदक का आरेख दिखाता है।

चित्र .1। पतली फिल्म पुल तापमान संवेदक

प्लेट नमूना 1 का आकार 8x8 मिमी और मोटाई 0.25 मिमी है। आयाम मामले के अनुरूप होते हैं जब प्लैटिनम प्रतिरोधों और नाइक्रोम प्रतिरोधों का उपयोग किया जाता है। एक दूसरे (छायांकित) के लिए 2 प्रतिरोधों के कनेक्शन, पावर बसों के संपर्क पैड 3,4,5,6 और माप तांबे-निकल कंडक्टर के साथ किए जाते हैं। हीटर 7 की तांबे की छड़ के साथ संपर्क का चक्र, एक ओर और कूलर, दूसरी ओर, 5 मिमी का व्यास है। चित्रा 1 में दिखाए गए प्रतिरोध थर्मामीटर का विद्युत सर्किट नमूना प्लेट के दोनों किनारों पर लगाया जाता है। विद्युत इन्सुलेशन के लिए, प्रत्येक प्रतिरोध थर्मामीटर की सतह को वैक्यूम जमाव का उपयोग करके सिलिकॉन डाइऑक्साइड या सिलिकॉन ऑक्साइड की एक पतली फिल्म के साथ कवर किया जाता है।

ताप और शीतलन उपकरण

हीरे की प्लेट की दो सतहों के बीच एक स्थिर तापमान अंतर बनाने के लिए, एक हीटर और एक कूलर का उपयोग किया जाता है (चित्र 2)।

चावल। 2. स्टैंड स्कीम:

1 - हाउसिंग, 2 - कूलिंग हाउसिंग, 3 - डायमंड प्लेट, 4 - हीटर रॉड, 5 - निक्रोम वायर, 6 - ग्लास, 7 - थर्मल इंसुलेशन, 8 - माइक्रोमेट्रिक स्क्रू, 9 - हाउसिंग कवर, 10 - बेलेविल स्प्रिंग, 11, 12 - थर्माकोपल्स, 13 - स्टील बॉल,

14 - बेस प्लेट, 15 - स्क्रू।

हीटर में विद्युत रूप से अछूता निक्रोम तार 5 होता है, जो हीटर 4 की तांबे की छड़ पर घाव होता है। बाहर से, हीटर तांबे की ट्यूब 6 से बंद होता है, जो थर्मल इन्सुलेशन 7 से घिरा होता है। निचले हिस्से में तांबे की छड़ होती है। 4 का व्यास 5 मिमी है और रॉड 4 का अंत हीरे की प्लेट 3 की सतह के संपर्क में है। विपरीत दिशा में, हीरे की प्लेट तांबे के शरीर के ऊपरी बेलनाकार भाग 2 के पानी (ठंडा शरीर) से ठंडा होने के संपर्क में है। 11,12-क्रोमेल-एल्यूमेल थर्मोक्यूल्स।

थर्मोकपल 11 द्वारा मापा गया तापमान, - थर्मोकपल 12 द्वारा मापा गया तापमान, - हीटर की तरफ से प्लेट 3 की सतह पर तापमान, - कूलर की तरफ से प्लेट 3 की सतह पर तापमान, और - पानी तापमान। वर्णित डिवाइस में, ताप विनिमय प्रक्रियाएं होती हैं, जो निम्न समीकरणों द्वारा विशेषता होती हैं:

(1)

( (2)

) (4)

कहा पे: - हीटर की विद्युत शक्ति,

हीटर दक्षता,

तांबे की तापीय चालकता,

एल संपर्क रॉड की लंबाई है,

डी- संपर्क रॉड का व्यास,

प्लेट 3 की अपेक्षित तापीय चालकता,

प्लेट की टी-मोटाई,

जल वेग के लिए ऊष्मा निष्कासन गुणांक,

ठंडा सतह क्षेत्र,

पानी की वॉल्यूमेट्रिक ताप क्षमता,

डी- शीतलन मामले में पानी के पाइप का व्यास,

पानी के तापमान में बदलाव।

मान लें कि प्लेट के बीच तापमान का अंतर 2°C है। फिर एक गर्मी प्रवाह 20 प्लेट के माध्यम से गुजरता है 5 मिमी की तांबे की छड़ व्यास के साथ, यह गर्मी प्रवाह 392.4 डब्ल्यू की शक्ति से मेल खाती है। हीटर की दक्षता को 0.5 के बराबर लेते हुए, हमें हीटर की विद्युत शक्ति 684.8 W मिलती है। समीकरणों (3.4) से यह इस प्रकार है कि पानी लगभग अपना तापमान नहीं बदलता है, और हीरे की प्लेट 3 की सतह पर तापमान 11 = 248ºC के बराबर होगा।

तांबे की छड़ 4 को गर्म करने के लिए, निक्रोम तार 5 का उपयोग किया जाता है, अछूता रहता है। हीटर के तारों के सिरे भाग 4 में खांचे से होकर निकलते हैं। हीटर के तार मोटे होकर निकलते हैं तांबे के तार PR1500 triac इलेक्ट्रिक पावर एम्पलीफायर से जुड़े हैं, जिसे TRM148 रेगुलेटर द्वारा नियंत्रित किया जाता है। नियंत्रक कार्यक्रम थर्मोकपल 11 द्वारा मापे गए तापमान के अनुसार सेट किया जाता है, जिसका उपयोग किया जाता है प्रतिक्रियानियामक के लिए।

सैंपल कूलिंग डिवाइस में ऊपरी भाग में 5 मिमी व्यास के संपर्क सिलेंडर के साथ कॉपर बॉडी 2 होती है। केस 2 वाटर कूल्ड है।

हीटिंग डिवाइस को बेलेविले स्प्रिंग 10 पर लगाया गया है और एक बॉल 13 की मदद से फाइन स्क्रू 8 के सिर से जुड़ा है, जो भाग 4 के अवकाश में स्थित है। स्प्रिंग 10 आपको वोल्टेज को समायोजित करने की अनुमति देता है। नमूना 3 के साथ रॉड 4 का संपर्क। यह ठीक पेंच 8 के ऊपरी सिर को एक कुंजी के साथ घुमाकर प्राप्त किया जाता है। पेंच की एक निश्चित गति वसंत 10 के ज्ञात बल से मेल खाती है। शरीर 2 के साथ रॉड 4 के संपर्क में नमूने के बिना वसंत की ताकतों का प्रारंभिक अंशांकन करके, हम अच्छा यांत्रिक संपर्क प्राप्त कर सकते हैं स्वीकार्य तनावों पर सतहें। यदि संपर्क तनावों को सटीक रूप से मापना आवश्यक है, तो स्टैंड 2 के शरीर के निचले हिस्से में कैलिब्रेटेड लीफ स्प्रिंग्स के साथ शरीर 2 को जोड़कर स्टैंड के डिजाइन को संशोधित किया जा सकता है।

थर्मोकपल 11 और 12 स्थापित हैं, जैसा कि चित्र 2 में दिखाया गया है, रॉड 4 के सिर में संकीर्ण कटौती में। 50 माइक्रोन के व्यास वाले थर्मोकपल वायर क्रोमेल और एल्यूमेल को एक साथ वेल्डेड किया जाता है और विद्युत इन्सुलेशन के लिए एपॉक्सी गोंद के साथ कवर किया जाता है, फिर इसमें स्थापित किया जाता है। कट और गोंद के साथ तय। जंक्शन बनाए बिना प्रत्येक प्रकार के थर्मोकपल तार के अंत को एक दूसरे के करीब सील करना भी संभव है। पतले थर्मोकपल तारों से 10 सेमी की दूरी पर, आपको उसी नाम के मोटे (0.5 मिमी) तारों को मिलाप करने की आवश्यकता होती है, जो नियामक और मल्टीमीटर से जुड़ा होगा।

निष्कर्ष

इस पत्र में वर्णित विधि और मापने के उपकरणों का उपयोग करके, उच्च सटीकता के साथ सिंथेटिक हीरे की प्लेटों की तापीय चालकता गुणांक को मापना संभव है।

तापीय चालकता को मापने के लिए एक विधि का विकास काम के ढांचे के भीतर किया जाता है "उन्नत प्रौद्योगिकियों का विकास और घरेलू और औद्योगिक उपकरणों में उपयोग के लिए बुद्धिमान बिजली इलेक्ट्रॉनिक्स के उत्पादों के डिजाइन, परिवहन में, ईंधन और ऊर्जा परिसर में और में शिक्षा और विज्ञान मंत्रालय के वित्तीय समर्थन के तहत विशेष प्रणाली (पॉलीक्रिस्टलाइन डायमंड हीट सिंक के साथ पावर मॉड्यूल)। रूसी संघराज्य अनुबंध संख्या 14.429.12.0001 दिनांक 05 मार्च 2014 के तहत

समीक्षक:

अकिशिन पीजी, भौतिकी और गणित के डॉक्टर, वरिष्ठ शोधकर्ता (एसोसिएट प्रोफेसर), विभाग के उप प्रमुख, सूचना प्रौद्योगिकी प्रयोगशाला, संयुक्त परमाणु अनुसंधान संस्थान (JINR), डबना;

इवानोव वीवी, डॉक्टर ऑफ फिजिक्स एंड मैथमेटिक्स, सीनियर रिसर्चर (एसोसिएट प्रोफेसर), चीफ रिसर्चर, लेबोरेटरी ऑफ इंफॉर्मेशन टेक्नोलॉजी, जॉइंट इंस्टीट्यूट फॉर न्यूक्लियर रिसर्च (JINR), डबना।

ग्रंथ सूची लिंक

मियोदुशेवस्की पी.वी., बक्मेव एस.एम., तिंगेव एन.वी. पतली प्लेटों पर सामग्री की अति उच्च तापीय चालकता का सटीक माप // विज्ञान और शिक्षा की आधुनिक समस्याएं। - 2014. - नंबर 5.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=15040 (एक्सेस की तिथि: 02/01/2020)। हम आपके ध्यान में पब्लिशिंग हाउस "एकेडमी ऑफ नेचुरल हिस्ट्री" द्वारा प्रकाशित पत्रिकाओं को लाते हैं