Приложение D (обязательное). Конструктивные решения приборов

Приложение D
(обязательное)

Конструктивные решения приборов

D.1 Варианты конструктивных решений прибора с горячей охранной зоной и прибора, оснащенного тепломером, приведены в D.2 и D.3.

Примечание - Все измерения в диапазоне условий испытания, указанном в ГОСТ 31924, можно проводить на приборе с горячей охранной зоной, выполненном по варианту С (см. таблицу D.1), и на приборе, оснащенном тепломером, выполненном по варианту В (см. таблицу D.6).

D.2 Прибор с горячей охранной зоной

Варианты конструктивного решения прибора с горячей охранной зоной приведены в таблице D.1.

Таблица D1 - Варианты конструктивного решения прибора с горячей охранной зоной

Характеристика	Вариант
	А	В	С
Размер плит прибора в плане, мм	300	500	800
Ширина зоны измерения (расстояние между центрами зазоров), мм	150	250	500
Ширина охранной зоны (от центра зазора до наружной кромки охранной зоны), мм	75	125	150
Ширина зазора, мм	2	3	4
Минимальная допустимая теплопроводность образца,	0,015	0,015	0,015
Максимальная допустимая теплопроводность образца,	0,5	0,5	0,5
Минимальное допустимое термическое сопротивление образца,	0,3	0,3	0,3
Максимальное допустимое термическое сопротивление образца,	3,0	5,0	6,7
Максимальная допустимая толщина образца, мм	45	75	100
Минимальная допустимая толщина образца, мм	20	30	40
Предельно допускаемое отклонение от плоскостности лицевых граней образца, мм	0,08	0,13	0,20
Толщина металлической пластины нагревателя, мм [алюминий: 150 ]	5	8	12
Общая толщина нагревательного элемента нагревателя, мм	3	3	3
Минимальная допускаемая разность температур лицевых граней образца, К (для образцов, термическое сопротивление которых меньше, чем 1 )	10	10	10
Стандартная разность температур лицевых граней образца, К	20	20	20
Максимальная допускаемая разность температур лицевых граней образца, К	40	40	40
Максимальный допускаемый тепловой поток, проходящий через зону измерения двух образцов (при максимальной допустимой разности температур лицевых граней образца и минимальном термическом сопротивлении образца), Вт	6	17	67
Минимальная допускаемая чувствительность ноль-индикатора (уравновешивающая термобатарея, состоящая из 32 элементов, термоэлектродвижущая сила каждого из которых равна 40 мкВ/К), мкВ	0,5	1,1	3.1
Примечания 1 Для прибора, относящегося к варианту В, полный размер плит может быть увеличен до 600 мм за счет установки второй охранной зоны, отделенной от основной охранной зоны зазором шириной 5 мм, при этом другие размеры прибора остаются неизменными. Максимальная толщина испытуемого образца может быть увеличена до 100 мм. 2 Минимальная толщина образца должна превышать ширину зазора в 10 раз. При уменьшении проектировщиком ширины зазора возрастут погрешности измерений при возникновении температурного разбаланса. 3 Минимальное допускаемое термическое сопротивление образца, подвергаемого испытанию в соответствии с требованиями настоящего стандарта, должно быть равно 0,5 . Если минимальное допустимое термическое сопротивление образца равно 0,3 , то прибор, относящийся к варианту С, можно использовать для испытаний в соответствии с ГОСТ 31924. 4 Для нежестких образцов указанные выше допустимые отклонения от плоскостности обеспечивают точное измерение толщины образцов при минимальных допустимых значениях толщины и полный контакт лицевых граней образца с рабочими поверхностями плит прибора. Для жестких образцов указанные выше допустимые отклонения от плоскостности обеспечивают необходимое ограничение контактных термических сопротивлений при термическом сопротивлении образца, превышающем 0,6 , для приборов, относящихся к варианту А, при термическом сопротивлении образца, превышающем 1,0 , - для приборов, относящихся к варианту В, при термическом сопротивлении образца, превышающем 1,6 , - для приборов, относящихся к варианту С.

Нагревательный элемент нагревателя состоит из двух фототравленных пластин толщиной 1 мм с токопроводящим слоем (см. полужирные линии на рисунке D.1), отделенных друг от друга электроизолирующей пластиной толщиной 1 мм [см. рисунок D.1 а)], или из пластины толщиной 1 мм, с двух сторон которой нанесены токопроводящие слои, отделенной от металлических плит нагревателя двумя электроизолирующими пластинами толщиной 1 мм [см. рисунок D.1b)].

"Рисунок D.1 - Нагревательный элемент нагревателя"

Для исключения образования воздушных зазоров между металлическими плитами нагревателя и пластинами нагревательного элемента применяют силиконовую смазку или другие хорошо проводящие тепло компаунды [предпочтительной является схема, представленная на рисунке D.1a)]. Нагреватель может быть также собран с помощью винтов; число винтов должно быть минимальным (например, вдоль осей и по диагоналям). Поверхности головок винтов после крепления должны быть обработаны так, чтобы поверхности плит нагревателя, контактирующие с лицевыми гранями образцов, были плоскими.

Спаи уравновешивающих термобатарей должны быть размещены в зазоре, как показано на рисунке D.2. Точки А и С должны быть расположены на расстоянии (0,20,05) и (0,70,05) соответственно от оси нагревателя, где - половина ширины зоны измерения. Провода термобатареи должны быть размещены параллельно зазору в соответствующем пазе металлических пластин нагревателя на расстоянии не менее 15 мм от спая (см. рисунок D.3).

Конструктивное решение зазора, представленное на рисунке D.3a), может быть применено в приборах, предназначенных для испытания образцов с теплопроводностью до 1,5 . Конструктивное решение зазора, схема которого представлена на рисунке D.3b), может быть применено в приборах, предназначенных для испытания образцов с теплопроводностью до 0,5 , при условии, что слой теплопроводящего компаунда, толщина которого не более 0,02 мм, а теплопроводность - не менее 0,4 , расположен между металлической плитой нагревателя и прикреплен с помощью винтов алюминиевой пластиной.

Приблизительное расположение спейсера (прокладки) показано в точке В на рисунке D.2. Расстояние от этой точки до оси нагревательного блока (0,40,05), где - половина ширины зоны измерения.

Если фототравленные пластины пересекают зазор, то при расчете не следует учитывать значения площади сечений медных проводов, по которым ток подается на нагреватель центральной зоны, и площади сечений медных проводов потенциометра нагревателя центральной зоны. Суммарная площадь сечений немедных проводов может превышать 6 .В этом случае необходимо проверить общую тепловую проводимость медных и немедных проводов. Максимальная площадь сечений медных и немедных проводов приведена в таблице D.2.

"Рисунок D.2 - Расположение спейсера (прокладки) и спаев проводов уравновешивающей термобатареи"

"Рисунок D.3 - Конструктивное решение зазора"

Таблица D.2 - Максимальная площадь общего сечения медных и немедных проводов

Характеристика	Вариант
	А	В	С
Максимальная площадь общего сечения медных проводов [400 ], пересекающих зазор,	6	6	6
Максимальная площадь общего сечения немедных проводов [100 ], пересекающих зазор,	6	6	6
Примечание - Максимальная площадь общего сечения медных проводов может включать в себя: - площадь сечений соединительных проводов от 32 пар спаев уравновешивающей термобатареи из медноконстантановых термопар, диаметр проводов которых равен 0,25 мм (1,6 ); - площадь сечений не более чем шести медноконстантановых термопар диаметром проводов 0,55 мм, установленных на каждой поверхности, контактирующей с лицевой гранью образца (2,8 ); - площадь сечений двух проводов (1,5 ), по которым ток подается на нагреватель центральной зоны; - площадь сечений двух проводов потенциометра (0,1 ) нагревателя центральной зоны.

Максимальная площадь общего сечения прокладок приведена в таблице D.3.

Таблица D.3 - Максимальная площадь общего сечения прокладок

Характеристика	Вариант
	А	В	С
Максимальная площадь общего сечения прокладок [0,3 в зазоре, (в скобках указаны размеры восьми прокладок, мм, для каждого варианта прибора)]	832	1520	3240

При градуировке прибора должны применяться специально градуированные термопары типа T, которые устанавливают в пазах металлических плит нагревателя и холодильника, как показано на рисунке D.4. В приборах, относящихся к варианту А, термопары располагают в точках А и В; в приборах, относящихся к варианту В, - в точках А, В и С; в приборах, относящихся к варианту С, - во всех точках, указанных на рисунке D.4. Точки на рисунке D.4 указывают на примерное расположение термопар на рабочих поверхностях плит нагревателя и холодильника, обращенных друг к другу, окружности - на примерное расположение термопар, расположенных на противоположных поверхностях. Параметры градуировки термопар приведены в таблице D.4

Таблица D.4 - Параметры градуировки термопар

Характеристики	Вариант прибора
	А	В	С
Максимальная допустимая погрешность измерения электрической мощности, %	0,2	0,2	0,2
Механические допуски на размер боковой стороны зоны измерения, %	0,1	0,1	0,1
Погрешность градуировки термопар по отношению к разности температур, %	0,4	0,4	0,4
Погрешность измерения ЭДС термопар цифровым вольтметром, %	0,2	0,2	0,2

Граница рисунка D.4 обозначает границу зоны измерения. На участке, соответствующем охранной зоне, дополнительные термопары допускается не устанавливать. Электрические соединения термопар, установленных на нагревателе и холодильнике, должны быть выполнены в соответствии с рисунком D.5a или D.5b).

"Рисунок D.4 - Расположение термопар на рабочих поверхностях плит нагревателя и холодильника"

Холодильники выполняют из алюминиевых пластин, которые охлаждаются жидкостью, циркулирующей по трубке (см. рисунок D.6). Трубка наклеена на поверхность алюминиевой пластины, не контактирующей с лицевой гранью образца, при помощи эпоксидной смолы, импрегнированной металлом.

Рекомендуемое конструктивное решение трубки холодильника представлено на рисунке D.6c.

"Рисунок D.5 - Соединения термопар"

"Рисунок D.6 - Схемы конструктивных решений трубок холодильника Характеристики холодильника приведены в таблице D.5"

Таблица D.5 - Характеристики холодильника

Характеристика	Вариант
	А	В	С
Толщина алюминиевой охлаждающей плиты, мм	15	25	40
Толщина теплоизоляционного слоя на поверхности плиты холодильника, не контактирующей с лицевой гранью образца [теплопроводность 0,04 или менее], мм	30	50	80
Требуемый расход жидкости с удельной теплоемкостью 3300 или более, кг/с	0,023	0,059	0,14

Корпус прибора с горячей охранной зоной должен быть паронепроницаемым. Температура воздуха внутри корпуса не должна отличаться от средней температуры испытуемого образца более чем на 2,5 К. Это условие может быть выполнено кондиционированием воздуха внутри корпуса. Точка росы воздуха должна быть ниже температуры холодной плиты не менее чем на 5 К.

Все провода (провода источника питания, термопар, выходные провода термобатареи и т.д.), выходящие из нагревателя, должны быть закреплены с помощью зажима на расстоянии примерно 100 мм от поверхности нагревателя, при этом длина металлического блока должна быть не менее 100 мм, а его диаметр - не менее 30 мм. Температура блока должна поддерживаться постоянной с помощью электронагревателя и не должна отличаться от температуры нагревателя более чем на 0,5 К. Для прибора, выполненного по варианту В, выполнение приведенного выше условия необязательно, если полный размер плиты прибора увеличен до 600 мм за счет дополнительной охранной зоны.

D.3 Прибор, оснащенный тепломером

Конструктивные решения прибора, оснащенного тепломером, основные технические характеристики прибора приведены в таблицах D.6 и D.7.

Таблица D.6 - Варианты конструктивных решений прибора, оснащенного тепломером

Вариант А	Асимметричная схема прибора для испытания одного образца
Вариант В	Симметричная схема прибора для испытания одного образца
Вариант С	Симметричная схема прибора для испытания одного образца

Таблица D.7 - Характеристики прибора

Характеристика	Вариант
	А	В	С
Полный размер плит прибора, мм	300	500	600
Ширина зоны измерения, мм	150	200	300

Тепломер должен быть изготовлен из пластины вулканизованного каучука толщиной от 5 до 8 мм. На участке пластины, который соответствует зоне измерения, внутри пластины размещают термобатарею так, чтобы спаи термопар располагались на противоположных поверхностях пластины. Для прибора, выполненного по варианту А, минимальное число термопар термобатареи должно быть 64, для прибора, выполненного по варианту В, - 100, для прибора, выполненного по варианту С, - 144. Спаи термопар должны быть расположены, как показано на рисунке D.7c) или D.7b). Не допускается располагать спаи по схеме, приведенной на рисунке D.7a).

Наружные поверхности тепломера должны быть защищены тонкими листами резины, толщина которых не должна превышать 1 мм.

"Рисунок D.7 - Примеры расположения спаев термопар термобатареи"

В таблице D.8 приведены требования к образцам, предназначенным для испытания на приборе, оснащенном тепломером.

Таблица D.8 - Характеристики образцов

Характеристика	Вариант
	А	В	С
Минимальная теплопроводность образца,	0,015	0,015	0,015
Максимальная теплопроводность образца,	0,4	0,4	0,4
Минимальное термическое сопротивление образца,	0,1	0,1	0,1
Максимальное термическое сопротивление образца,	3,0	5,0	6,7
Максимальная толщина образца, мм	50	140	100
Минимальная допустимая толщина образца, мм	15	25	30
Предельно допускаемое отклонение образца от плоскостности, мм	0,08	0,13	0,15
Минимальная допустимая разность температур лицевых граней образца, К (для образцов с термическим сопротивлением меньше, чем 1 )	10	10	10
Стандартная разность температур лицевых граней образца, К	20	20	20
Минимальная допустимая плотность теплового потока (при стандартной разности температур лицевых граней образца и максимальном допустимом термическом сопротивлении образца),	6,67	4,0	3,0
Минимальный допустимый выходной сигнал термобатареи при минимальной плотности теплового потока (при термоэлектродвижущей силе одного элемента 40 мкВ/К), мкВ	430	400	430
Погрешность градуировки термопар по отношению к разности температур, %	0,4	0,4	0,4
Погрешность измерения ЭДС термопар цифровым вольтметром, %	0,2	0,2	0,2
Примечания 1 Только приборы, относящиеся к варианту В, могут быть применены во всем диапазоне условий испытания, приведенном в ГОСТ 31924, при этом максимальная допустимая толщина образца должна быть уменьшена со 140 до 125 мм. 2 Ширина зоны измерения прибора, выполненного по варианту В, может отличаться от 250 мм; при этом необходимо уменьшить максимальную допустимую толщину образца со 140 до 130 мм и со 125 до 115 мм. 3 Для нежестких образцов приведенное максимальное допустимое отклонение от плоскостности обеспечивает точное измерение минимальной допустимой толщины образца и хороший контакт лицевых граней образца с рабочими поверхностями плит прибора и тепломера. Для жестких образцов приведенное максимальное допустимое отклонение от плоскостности обеспечивает предельно допустимые значения контактных термических сопротивлений для образцов с термическим сопротивлением более 0,6 , если прибор относится к варианту А; для образцов с термическим сопротивлением более 1,0 , если прибор относится к варианту В; для образцов с термическим сопротивлением более 1,2 , если прибор относится к варианту С.

Для градуировки прибора, оснащенного тепломером, должны применяться специально градуированные термопары типа Т, диаметр проводов которых должен быть не более 0,55 мм. Термопары должны быть установлены в пазах металлических плит нагревателя или холодильника, контактирующих с лицевыми гранями образца, или в пазах дополнительной резиновой прокладки толщиной не более 2 мм, установленной между рабочей поверхностью тепломера и лицевой гранью образца. Спаи термопар, установленных на резиновых прокладках, должны быть приварены к поверхности тонкой медной пластины, которая контактирует с резиновой прокладкой и не контактирует с лицевой гранью образца. Противоположная поверхность медной пластины должна быть расположена заподлицо с поверхностью резиновой прокладки, которая контактирует с лицевой гранью образца. Площадь медных пластин должна быть от 250 до 400 . Спаи термопар, соприкасающиеся с лицевой гранью образца, должны быть расположены так, как показано точками на рисунке D.4. В приборах, относящихся к варианту А, термопары расположены в точках А и В; в приборах, относящихся к вариантам В и С, термопары расположены в точках А, В и С. Граница рисунка D.4 означает границу зоны измерения. Устанавливать дополнительные термопары на участке, соответствующем охранной зоне, необязательно. Для измерения средней температуры на поверхности тепломера, которая не контактирует с лицевой гранью образца, должно быть установлено не менее двух дополнительных термопар.

Электрическое соединение всех термопар на рабочих поверхностях нагревателя и холодильника (контактирующих или не контактирующих с лицевыми гранями образца) должно быть выполнено в соответствии с рисунком D.5a) или D.5b).

Холодильники выполняют из алюминиевых пластин, которые охлаждаются жидкостью, циркулирующей по трубке. Трубка наклеена на поверхность алюминиевой пластины, не соприкасающейся с лицевой гранью образца, с помощью эпоксидной смолы, импрегнированной металлом. Рекомендуемое конструктивное решение трубки холодильника представлено на рисунке D.6 [конструктивное решение путем применения трубки соответствующего размера позволяет снизить расход охлаждающей жидкости по сравнению с другими конструктивными решениями, показанными на рисунках D.6a) и D.6b)].

Холодильники и нагреватели должны обеспечивать создание тепловых потоков, значения которых приведены в таблице D.9.

Таблица D.9 - Значения создаваемых тепловых потоков

Характеристика	Вариант
	А	В	С
Максимальный тепловой поток через образец (при стандартной разности температур лицевых граней образца, равной 20 К, и минимальном термическом сопротивлении образца), Вт	18	50	72
Тепловой поток через теплоизоляционный слой нагревателя или холодильника, Вт	1,8	3,0	3,6

Характеристики холодильника приведены в таблице D.10.

Таблица D.10 - Характеристики холодильника

Характеристика	Вариант
	А	В	С
Толщина алюминиевой охлаждающей пластины, мм	15	25	40
Требуемый расход жидкости с удельной теплоемкостью 3300 или более, кг/с	0,030	0,080	0,12

Толщина теплоизоляционного слоя на поверхности нагревателя или холодильника, не контактирующей с лицевой гранью образца [теплопроводность 0,04 или менее], должна быть, мм:

     для приборов, относящихся к варианту А, - 30;

         "          "          "          В - 50;

         "          "          "          С - 60.

Корпус прибора должен быть паронепроницаемым. Температура воздуха внутри корпуса не должна отличаться от средней температуры испытуемого образца более чем на 2,5 К. Указанное условие может быть выполнено кондиционированием воздуха внутри корпуса прибора. Точка росы воздуха должна быть ниже температуры холодной плиты не менее чем на 5 К.

Провода (провода термопар, выходные провода термобатареи и т.д.), выходящие из нагревателя и тепломера, контактирующего с нагревателем (если это целесообразно), до вывода их из прибора должны быть закреплены с помощью зажимов на участке боковой поверхности нагревателя, длина которого должна быть не менее 20 см. Требование распространяется на все провода, выходящие из холодильника и тепломера, контактирующего с холодильником (если это целесообразно).