METODY POMIARU PARAMETRÓW CIEPLNYCH CIAŁ STAŁYCH

1. METODY POMIARU PARAMETRÓW CIEPLNYCH CIAŁ STAŁYCH Jerzy Bodzenta Parametry cieplne Podstawowe równania Metody stałego strumienia Metody zmiennego strumienia Metody impulsowe Podsumowanie

2. Parametry cieplne • Ciepło właściwe C [J·kg-1K-1] • Współczynnik przewodnictwa cieplnego • κ [W·m-1K-1] • Dyfuzyjność cieplna α= κρ-1C-1[m2s-1] • Aktywność cieplna (efuzyjność cieplna) • ε= (κρC)1/2 [W·s1/2m-2K-1] • Pojemność cieplna ρC [J·m-3K-1] • Opór cieplnyRC[m2K·W-1] J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

3. Podstawowe równania • Bilans cieplny • Prawo Fouriera • Równanie Fouriera-Kirchhoffa 1 wymiar stan ust. J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

4. 1 0 2 x Podstawowe równania • Współczynnik odbicia fali termicznej J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

5. Podstawowe równania • Związki J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

6. Wyznaczane Mierzone Mierzone Wyznaczane Metody stałego strumienia • Podstawowa zależność Model jednowymiarowy, stan ustalony J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

7. Grzejnik ekranujący Grzejnik Czujnik temperatury Próbka Izolacja cieplna Chłodnica Metody stałego strumienia • Typowe układy pomiarowe Problemy: - dokładne wyznaczenie jQ lub P, - jednowymiarowość. J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

8. Światło Kamera IR Grzejnik Czujnik temperatury Wzorzec Próbka Izolacja cieplna Chłodnica T x Metody stałego strumienia • Metody porównawcze J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

9. Wyznaczane Mierzone Metody zmiennego strumienia • Podstawowa zależność Rozwiązanie J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

10. d T1 T2 T3 T4 Obecnie Dt Kamera IR Metody zmiennego strumienia • Ångström (1863) J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

11. Dφ d Komora FA f1/2 d Podłoże Metody zmiennego strumienia • Adams, Kirkbright (1977) Zhang i inni (1990) J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

12. Metody zmiennego strumienia • Metoda pomiaru dla płyt z0 d J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

13. Metody zmiennego strumienia • Metoda pomiaru dla płyt - modyfikacja Możliwość dodatkowego wyznaczenia aktywności cieplnej przy pomiarach dla różnych płynów pod próbką z0 d Płyn J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

14. │t│cos(t), a.u. y0, mm Metody zmiennego strumienia • Kuo i inni (1986) z0 y0 J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

15. 3 Kamera IR 300 Hz 700 Hz 2 1000 Hz 1 arg(t), rad z0 0 -1 -2 100 200 300 400 500 600 y0 y0, mm Metody zmiennego strumienia • Salazar, Sánchez-Lavega (1994) Obecnie J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

16. Metody zmiennego strumienia • Metoda 3ω – Cahill (1990) I0cos (ωt) U J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

17. 1 0.8 Q r cl 0 qAtp 0.6 Q r cl l qAtp 2 p b t 2 l 0.4 0.2 0 t1/2 tx 0 2 4 6 8 10 2 p b t 2 l Metody impulsowe • Parker i inni (1961) d J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

18. Metody impulsowe • Bertolotti i inni (1993) r 2a 2as J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

19. Metody impulsowe C.J.K Richardson, J.B. Spicer, Optics and Lasers in Engineering 40 (2003) 379-391` • Termoodbicie przejściowe • Transient thermoreflectance (TTR) Laser 76 MHz, 790 nm, 200 fs Homodyna 1 MHz 1:9 Pomiar: S(t), 0 < t < 500 ps Detektor Modulator AO 1 MHz J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

20. θ Dla małych θ y Metody impulsowe • Przejściowe siatki cieplne • Transient thermal gratings (TTG) J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

21. Podsumowanie • Pomiar parametrów cieplnych jest trudny • Trudno jest wyróżnić standardowe metody pomiaru • Większość metod jest oparta na dopasowaniu parametrów w ramach założonego modelu • Większość metod jest oparta na bezpośrednim lub pośrednim pomiarze temperatury powierzchni próbki J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych