1 METODY POMIARU PARAMETRÓW CIEPLNYCH CIAŁ STAŁYCHJerzy 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 cieplny RC [m2K·W-1] J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

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

4 Podstawowe równania Współczynnik odbicia fali termicznej 1 2 xJ. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

5 Podstawowe równania ZwiązkiJ. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

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

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

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

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

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

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

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

13 Metody zmiennego strumieniaMetoda 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 Metody zmiennego strumieniaKuo i inni (1986) │t│cos(t), a.u. y0, mm z0 y0 J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

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

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

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

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

19 Metody impulsowe Termoodbicie przejścioweC.J.K Richardson, J.B. Spicer, Optics and Lasers in Engineering 40 (2003) ` 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 Metody impulsowe Przejściowe siatki cieplneTransient thermal gratings (TTG) θ y Dla małych θ J. Bodzenta - Metody pomiaru parametrów cieplnych cial stałych

21 Podsumowanie Pomiar parametrów cieplnych jest trudnyTrudno 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