Здравствуйте!
Нужно определить (измерить) удельное электрическое сопротивление (Ом*м), теплопроводность (Вт/(м*К)), теплоемкость (Дж/(кг*К)) титанового сплава в диапазоне температур от 20 град. С до 1000 град. С. Есть цилиндр из этого сплава - диаметр 8мм, длинна - по желанию. Подскажите, в каком направлении копать, что читать и т.д. Спасибо.

С какой точностью???

Хочу 1 км для обесечения высокой точности (смотрите выше!)

1км это наверное через чур. Уточняю - длинна прутка не более 500мм. Точность +-10% будет очень хорошим результатом.

Копать, ИМХО, в сторону google (Вас же там не забанили, правда?) - там всегда найдется, что почитать. Просто кладезь. Кстати, первая же ссылка дает готовую "лабу", ИМХО, полностью закрывающую вопрос теплоемкости. Остальные термины ищутся аналогично...

Спаисбо за ссылку. Нечто подобное я уже читал перед тем как задать вопрос. Цитата из лабораторной работы:


В том то и дело что тонкую проволоку из титана нельзя получить. 8 мм диаметр.
В первую очередь интересует как измерить удельное электрическое сопротивление.

Измерение сопротивления. Ориентируюсь например на сопротивление титана 60*^(-8) Ом*м. Берем пруток диаметром 8 мм и длинной 0.5 м. Активное сопротивление такого витка 60*10^(-8)*0.5/(pi*0.004^2)= 0.006 Ом. Если подключать постоянный ток для измерения сопротивления получается что надо на напряжение 1 В ток 166.6 А. Такой мощностью я пруток 1м из титанового сплава не нагрею до 1000 град. С. Если повышать напряжение - будут очень большие токи. Поэтому то и задаю вопрос.

ИМХО, не обязательно греть обзазец измеряемым током - прогрейте его в печи до нужной температуры и измеряйте любым удобным током/напряжением.

Удачи!

P.S. Лично я бы прикрепил бы пару термопар и пока образец остывает снимал график сопротивление-температура.

Насчет остывающего образца хорошая мысль. Но вот только мне кажется что с внешней поверхности детали будет конвекция и излучение и внешний слой будет остывать быстрее чем внутренний слой. А еще у титана теплопроводность маленькая и внутрь тепловой поток плохо передается - т.е. температура в образце будет неравномерна распределена по сечению, внешний слой холодный, а внутренний слой еще не остыл.
Еще думаю как контакты то подвести к титану нагретому до 1000 град. С?! Температура плавления меди 950−1100 градусов по цельсию (в зависимости от примесей).

Вот такая мысль есть. Берем тонкостенный полый цилиндр (не знаю только еще удастся ли получить из этого сплава титана полый цилиндр) помещаем в индукционную установку. Частоту питания подбираем так что бы глубина проникновения электромагнитной волны была больше толщины стенки, т.е. что бы плотность мощности в заготовке была практически равномерно распределена по сечению полого цилиндра. Далее измеряем ток и напряжение, активную мощность, высчитываем активное сопротивление установки. Тут только будут еще потери в медном проводе индуктора - но думаю, что можно будет в расчетах разделить сопротивление заготовки и сопротивление индуктора. Этим же индуктором можно и греть заготовку. Что бы исключить потери на конвекцию и излучение с поверхности заготовки можно образец теплоизолировать.

Процесс получения высшего образования, что ли?
Видимо, поэтому Вас про точность и спрашивали. Теплопроводность титана, ИМХО, достаточна чтобы для точности 10% вообще не заморачиваться градиентом температур по сечению. Кстати, концы прутка тоже будут остывать по-разному (сквозняк и т.п.), поэтому и совет: две термопары.
Если хотите точнее, то надо наоборот греть - поднять температуру, затем ее стабилизация и выдежка достаточная для выравниваня темп., замер, затем поднять температуру и т.д.


Ну очевидно, что не из меди, а из сплава с темп. плавления большей 1100-1200 градусов.

Удачи!

Это что, на конвейере прутки идут? Или разово нужно на образце сделать?
Ну простая же стандартная задача. Сопротивление измеряется легко по падению напряжения. Необязательно оно должно быть 1 вольт и ток в 100 ампер. !000 градусов медь не держит? Подведите не медным проводом, а колючей проволокой. Вроде как, кроме меди, никакие материалы недоступны....
Теплоемкость - киньте образец в стакан с водой и промеряйте на сколько вырастет температура. Усовершенствуйте стакан до нормального калориметра.
теплопроводность ....
Да погуглите же какие-нить лабораторки по физике.

А зачем Вам все это? Реально нужно, или бумажки?


Если ответите на мои вопросы, подскажу...

Значит так. В принципе надо закаливать различные детали из этого сплава титана. Принцип действия по простому - быстро греем в индукторе деталь, потом поливаем водой, а потом великие ученые смотрят в микроскоп и исследуют изменения в структуре сплава, твердость и т.д.
Моя задача была всегда расчет индукторов. Справочные данные для заготовки я всегда брал в справочниках и далее на основе метода конечных элементов и теории поля + расчет тепловой задачи, затем проектировал индукторы. Если данных например для какого-нибудь сплава не было в справочниках то ориентировались всегда на усредненные которые предоставлял заказчик. А индуктор выводили на нужную мощность варьируя частоту инвертора.
В случае с титановым сплавом я предлагаю проектировать закалочный индуктор ориентируясь на данные по чистому титану (которые есть в книжке). Но заказчик не хочет делать так и вначале хочет определить удельное сопротивление этого титанового сплава. В принципе то логику понять можно - от удельного сопротивления и частоты зависит глубина закаливаемого слоя. А это для них очень важный параметр. Ну вот и предлагают мне для начала на досуге измерить это сопротивление, естественно за бесплатно и за спасибо . Я сразу же начал их спрашивать про проволку - смогут ли они из этого сплава сделать проволку тонкого сечения - дальше то дело техники. Ответ такой - нет, минимум диаметр 8 мм.

Пошлите их в правильном направлении. Пусть найдут себе сканирующий калориметр до 1000 градусов и договорятся там сами. И нужно, наверное в инертной атмосфере... Они же ученые, а не Вы.
И удельное сопротивление. Хотите сами - подскажу. По потерям.... по скорости падения в магнитном поле (никогда не бросали алюминиевую фольгу в зазор магнита?) Сравнительным методом.
Теплопроводность - элементарно при низких температурах, сложно при высоких. Обычно у сплавов теплопроводность и электропроводность слабо зависят от температуры.

вопрос по теплоемкости наверное действительно снимается.
сопротивление. т.е. по простому - постоянный ток, подаем милливольты на заготовку сплава и меряем ток?! надо только подумать как равномерно прогревать заготовку и просто измерять ток, напряжение, температуру.

нельзя ли поподробней развить эту мысль - про скорость падения в магнитном поле. может что то можно почитать. спасибо.

Про теплопроводность при низких температурах. Берется стержень удобной длины (тут надо немного подумать).
Отступая от концов, прикрепляется два проводочка (тут нужно пробовать разные материалы для получения хорошей термоЭДС). Получается настоящая термопара с двумя спаями. Ее можно прокалибровать немного...
На один конец крепится теплоизолированный нагреватель. Стержень тоже теплоизолируется. Нагреватель дает тепловой поток, термопара - разность температур.
Про падение в магнитном поле... Решите задачку. В неоднородном поле падает металлическое кольцо. Найти установившуюся скорость. Можно разнообразить... Вы же индукторщик. Кольцо надевается на стержень, торчащий из катушки, через которую... можно импульсы... можно - переменный ток. Колечко левитирует...
Варианты - измеряется затухание колебаний механической системы с прикрепленным колечком, помещенным в неоднородное магнитное поле... Вы ведь можете отрезать блинчик и просверлить в нем отверстие...
Только... они же Вам не платят за это... Странно.

ЙКЛМН! Да у Вас знаний - на 10 таких задач! Почему эта вызвала затруднения?



Ох уж эти физики! Тысячу и один способ лабораторной ковки блох!
Снимаю шляпу!

Тут анализ вести надо будет в трехмерной постановке - это очень трудоемко. Хотя я может не совсем понял идею. И как это реализовать - однородное магнитное поле и что бы кольцо вышло на падение с постоянной скоростью. Это надо катушку метров десять мотать что ли?! Пасните мысль - очень интересно ради спортивного интереса. Есть ли картинки куда можно посмотреть и почитать методу - или это просто идея?!

Насчет левитации в переменном магнитном поле от катушки (т.е. если задача осесимметричная и задачу можно решать в плоской постановке, т.е. не трехмерная) я думал - но если метода не разработана, то мне это будет очень долго считать все самому. Хотя в принципе можно по простому собрать катушку-электромагнит + цилиндр из заготовки у которой нужно померить сопротивление. Измеряем высоту на которой весит заготовка + можем судить о силе, далее обратно пересчитываем магнитную задачу и определяем сопротивление. Но только это что то больно сложно будет - усилие и высоту пересчитывать в ом*м, да еще и приврать могу в расчетах - погрешность будет. Есть ли литература по этому методу или надо заниматься самодеятельностью?!
Я проще тогда полый цилиндр засуну в индуктор и померю как изменяется сопротивление системы индуктор+заготовка. Хотя конечно там тоже сложные зависимости и будет погрешность измерений * неидеальные расчеты

Самое то простое наверное постоянный ток и милливольты. Но только что то они сами это думали сделать и не сделали


Я не знаю в чем сложность - возможно в том что я руками вообще плохо что то делаю и не мое это. Но я сразу до чтения книг по метрологии говорил - на постоянном токе меряем сопротивление и все. А мне отвечают: типа сечение большое, сопротивление маленькое, токи большие. Я только понять не могу что такая проблема что ли милливольты подать, и замерить ток и напряжение с этого прутка (8мм диаметр)?! Ну правда как греть, как простую установку создать, что бы равномерно температура была по сечению - это вопрос.

Вы не поняли - поле неоднородное. Перпендикулярно плоскости кольца. Можно решить другую задачу - двигаем кольцо с постоянной скоростью. Найти силу. Задача для школьников. Предлагалось ее решить, чтобы узнать, как будут затухать колебания. Второй вариант. В кольце меняется поток от нуля до конечного значения. Найти приращение импульса. Во всех случаях можно сравнивать с кольцом из известного материала.
Вы шунты видели? Если сможете сошлифовать до тонкой однородной пластинки, может пройти идея измерения по закону Ома. Ток переменный, а то термоЭДС замучает.

Мне тогда надо будет измерять магнитное поле в пространстве? Я датчику тока и напряжения доверяю, а вот эти измерения - тут же будут большие погрешности и как бы лженауки не вышло потом при расчете сопротивления по этим показаниям. Метода эта описана где-нибудь? Очень интересно. Спасибо.

Чтобы не вышло лженауки и предлагается взять медную (латунную... какая под рукой) фольгу разной толщины (делать колечки) и по ней калиброваться. И поле не нужно измерять.

Термо ЭДС и контакт провода-заготовка конечно же будет влиять на измерения. Получается что на постоянном токе из-за этого и нельзя делать такие измерения для этого случая?!
Насчет сошлифовать до тонкой пластинки что бы уменьшить сечение и увеличить сопротивление - надо думать. В принципе можно положить под пресс - но тогда скорее всего изменяться свойства.
На переменном токе + эффект вытеснения тока - как бы гадости не вышло. Надо сопоставить размеры заготовки и глубину проникновения тока в заготовку на исследуемой частоте.

Насчет колечек в неоднородном магнитном поле я плохо понимаю Вашу идею. Опишите пожалуйста поподробней или сообщите литературу где можно посмотреть подобные работы. Спасибо.

Если даже Вы боитесь вытеснения тока на 50 герцах из шунта, то мне тоже страшно... не усну...
Про колечки в магнитном поле. Ответ простой - омические потери (уверена, - Вы посчитаете) приравниваются мощности внешней силы толкающей колечко в неоднородном поле (сила на скорость).
Можно даже... совсем экзотика..
Измерять остаточный поток, вмороженный в колечко. Представьте себе диск с закрепленными колечками. Диск вращается, колечки проходят через зазор магнита, а потом попадают в щель измерителя поля (потока). В зависимости от скорости вращения будет меняться время затухания. Только магнит должен быть большой..., чтобы успело нарасти.

Сомневаться надо всегда

Так а если такая идея: 1. берем феррит в форме цилиндра. 2. вокруг наматываем медную обмотку. Меряем ток (I1), напряжение (например U=10 В), активную мощность (P2) на частоте 50 Гц. 3. добавляем к ферриту и медной обмотке полый цилиндр из титанового сплава (т.е. внутри полого цилиндра из титанового сплава будет феррит с обмоткой). Меряем на том же напряжении U ток I2 и активную мощность (P2). I1 будет существенно отличаться от I2 и по этим параметрам + зная активную мощность можно будет оценить удельное электрическое сопротивление сплава.
Феррит добавляем для того что бы на частоте 50 Гц были токи поменьше и что бы I1 отличался от I2 довольно таки существенно.

Если Вы сможете сделать очень-очень тоненький цилиндр - кольцо, фактически, и если звезды и планеты будут расположены благоприятно, то... получится трансформатор тока... немного наоборот... Считайте. А почему не нормальный трансформатор?
Если измерять после импульса тока в первичной обмотке спад напряжения, то может что-нибудь и выйдет.
d(LI^2)/dt= - RI^2 Будет экспоненциальный спад. L и R индуктивность и сопротивление колечка.
Проще, кажется, маятник с колечком.

А как это ТТ немного наоборот?

Приблизительно так в неразрушающем контроле и делается.
Образец пропускается сквозь цилиндрическую катушку (без ферритов и пр.)
В катушке ("проходной вихретоковый преобразователь") возбуждается переменный ток, частота - 1...600 кГц (зависит от сорта металла и конструкции катушки).
Эл.проводность определяют по изменению амплитуды и фазы напряжения в катушке: или калибровать на эталонных образцах, или посчитать, можно и конечными элементами (но проверить расчет на эталонных образцах "рекомендуется").

Очень оригинальные и изобретательные методы рассматриваются. Можно отдать должное.
Одного не пойму, а почему не взять да и прямо измерить эту электропроводность? Всего-то нужен тестер, образцовый резистор на 0.1 Ом или шунт токовый и аккумулятор или источник ампер на 5.
То же самое - теплоемкость простым методом.
Вам же не справочник физических констант издавать? Точность в 1-1.5% вполне приемлема для инженерной практики.
Остальное - в ходе отладки техпроцесса подберете.

ИМХО, самое сложное в этом - обеспечить хороший и предсказуемый контакт прутка с измерительной цепью. Общее сопротивление двух точек подключения в один миллиом даст погрешность измерения порядка 17%. Но я бы попробовал, изменяя длину участка и пытаясь корректировать, таким образом, результат. Штангенциркуль ещё понадобится. Ну, и вместо тестера вольтметр получше взял бы.

Это не проблема - измеряют четырехконтактным методом. Проблема в том, что микроомы трудно измерять. А может, там еще меньше... Миллиомный шунт видели?

Сопротивление прутка длиной 500 мм и диаметром 8 мм из титана (электропроводность около 0,6 1/(Ом*мм2)) будет около 6 миллиОм.
У "титанового сплава" сопротивление будет еще меньше.
Если есть возможность измерить миллиОмы с достаточной точностью - пожалуйста.
Лично мне проще вихретоками.

6 миллиом х10ампер= 60 милливольт. Как по-Вашему измеряют достаточно точно токи на стандартных шунтах 50 и 75 милливольт?
Возражения против китайского тестера - понятно, чем точнее образцовый шунт и точнее вольтметр, тем точнее измерение. Я же просто МЕТОД предлагаю. Переходное сопротивление? Да уж постарайтесь хороший хомут болтами к прутку прикрепить. И проведите СЕРИЮ измерений, с привлечением штангеля по Герцу.
В конце-концов, дайте токарю на полбутылки и он Вам в люнетах проточит образец из 8 мм в 3-4. Запросите 5-10 прутков и соедините последовательно, переходное падение напряжения в местах соединения легко учесть. Кто мешает пропустить 30-50 ампер от автомобильного аккумулятора? Это уже 300-500 милливольт - вполне осязаемо.
Тут же, как говорится, "большой простор для фантазии"....
А с вихревыми токами и сферическими маятниками в вакууме... Да, остроумно, тонко, хитро, но сложновато, для этого нужно быть по национальности физиком-экспериментатором, а не заводским инженером и иметь хорошую лабораторию под руками. Вы этими хитрыми методами без профессиональной сноровки и опыта погрешности получите на порядок выше .
Миллиомметры, вообще-то, - серийный прибор. Не у Вас только нужда в таких измерениях была. Привод башни танка на 500ампер, авиационный контактор на 4000А тоже приемо-сдаточные испытания на переходное сопротивление контактов проходил как-то.

У Вас под рукой серийный миллиомметр, а ведь нужен, возможно, микроомметр (это если без полбутылки и токаря). Без профессиональной сноровки и опыта и миллиомметром можно чушь наизмерять.
Для Вас вихревые токи в одном ряду со сферическими маятниками в вакууме, а для меня - надежный и, естественно, инженерный метод.
Компьютер у Автора есть, программа с конечными элементами тоже. Нужны еще источник переменного тока, осциллограф и собственно катушка.
Одним словом, каждый решает задачу доступными для него методами.

Не нужно особенно думать о хомутах. Все низкоомные шунты делают с 4-мя контактами. На пруток между хомутами (токовые клеммы) прикрепляются потенциальные - проволочки, между которыми штангенциркулем и измеряют длину.
А как измерять - вопрос удобства. Вот у меня есть миллиомные шунты. А у кого-то, может быть, и нет.
Если можно сунуть в печку (в инертной атмосфере), то можно измерить температурную зависимость.
Автор боится неоднородного распределения тока при высоких частотах - имеет право.

Относительно недорогой (<$1500) Мультиметер типа Keithley 2000 или Agilent 34401A имеют штатный режим измерения сопротивления 4-х контактным методом и при этом имеют вполне приемлемую точность на уровне единиц мОм

Насколько точно вихретоковый дефектоскоп (вот тут например _http://ndtesting.ru/product1057.html или любой другой аналогичный девайс) позволяет определить электропроводность?! Думаю съездить в институт поспрашивать - может есть у кого то такое чудо (думаю что у сварщиков надо искать или у материаловедов).

Еще вариант для начала - подцепить к прутку сварочный трансформатор на 1кА на переменном токе и посмотреть что будет. Но только вот я буду знать ток и напряжение , а следовательно амплитуду полного сопротивления и надо будет немного пошаманить что бы вычислить активное сопротивление и индуктивное.

А какая проблема измерить удельное сопротивление на постоянном токе? Пускаете ток 10 А и измеряете падение напряжения на вашем прутке любым нормальным прибором с микровольтовым разрешением .

вначале так и планировалось - но в теме выше высказывались сомнения насчет термоЭДС при измерениях на постоянном токе. На 20 град. С для начала наверное можно будет и на постоянном токе на 1кА что нибудь у сварщиков найти...но потом то все равно надо измерять все тоже но в диапазоне до 1000 градусов

Не хуже 1%. Загвоздка в том, что стандартные датчики для электропроводности - накладные (т.е. для плоских образцов), а Вам нужен проходной для диаметра 8 мм.

Да зачем вам 1кА? А ТЗДС убирается очень просто - коммутации направления тока через образец. Падение напряжения при этом также меняет зная, а паразитные ТЭДС - нет.

+1. Тем более, что 1кА надо чем-то точно померить. Сварщикам такое ни к чему. Вполне достаточно токов в десятки ампер и стандартных шунтов. В самом деле, непонятно стремление к усложнению...

Чем запугивать себя термоэдс, не лучше ли почитать хоть что это такое и каков там порядок величин. Лучшие пары дают 30-50 микровольт на градус.
Да и для эффекта Зеебека нужна, как минимум, разность температур. С какой стати Вы станете нагревать один конец стержня до 600С при измерении его сопротивления?
Похоже, вся задача возникла из-за чрезмерного крейденфизик образования. Проблемы легко решаются на уровне лабораторки для техникума. Почему столько страхов и сомнений?

Существенная разность температур может возникнуть например так - образец нагрет, а токоподводящие контакты и контакты на измерительную аппаратуру, холодные...хотя конечно может это и не существенно

Это существенно, если потенциальные концы находятся при разной температуре, т.е., когда образец нагрет неравномерно.

http://www.ndt-ed.org/GeneralResources/Mat...uctivity_Ti.pdf
найдете проводимость наиболее близкого по составу сплава из приведенной таблицы, и отдадите ее заказчику.
Искать более точные данные и даже делать какие-либо температурные поправки не имеет ни малейшего смысла
по двум причинам:
1) проводимость материала в приповерхностном слое прутка будет всегда значительно значительно
отличаться от той, что в глубине материала, причем не слишком предсказуемым образом.
2) вариации проводимости от состава в случае титановых сплавов относительно малы.

А почему?

Просто потому, что при изготовлении прутка воздействуют на его ПОВЕРХНОСТЬ, и, следовательно, свойства поверхностного слоя будут определяться не только свойствами "исходного" материала, но и режимом и направлением обработки (волочения, по- моему) исходного материала. Как-то так...

Мы не знаем, может, этот пруток для тестов просто отольют.

Посмотрите в сторону изготовителей силовых кабелей.У них надо измерять очень малые сопротивления и приборы для этого есть.