Настоящий стандарт распространяется на пластмассы, для которых произведение удельной теплоемкости на плотность имеет значение не менее 1 x 10(6) Дж/м3К, и устанавливает метод определения удельной теплоемкости в интервале температур от минус 100 до плюс 400°С (от 173 до 673 К).
Стандарт не распространяется на пластмассы, размягчающиеся или подвергающиеся деструкции в пределах температур измерения.
Сущность метода состоит в измерении теплового потока, поглощаемого образцом в процессе монотонного режима нагрева динамического калориметра, характеризуемого временем запаздывания температуры на тепломере с известной эффективной тепловой проводимостью.
1.1. Отбор проб, режим и способ изготовления образцов должны быть указаны в нормативно-технической документации на пластмассу.
1.2. Образец для испытания (черт. 1) должен быть в форме диска диаметром 15 мм, высотой 10 мм с прорезью 0,5 мм в диаметральной плоскости для компенсации температурного расширения.
1.3. Для испытания берут не менее трех образцов.
2.1. Прибор ИТ-С-400 (черт. 2), обеспечивающий измерение теплоемкости с погрешностью не более 10%, состоящий из блока измерительного, основой которого является С-калориметр (черт. 3), блока питания и регулирования, обеспечивающего монотонный режим нагрева со средней скоростью 0,1°С/мин и автоматическое регулирование температуры адиабатной оболочки.
Образец диаметром 15+-0,1 мм, высотой 10+-0,3 мм из меди марки M_1 по ГОСТ 859-78 или нержавеющей стали марки 12Х18Н9Т или 12Х1810Т по ГОСТ 5632-72 для градуировки прибора (см. обязательное приложение 1).
Меры теплоемкости образцовые из корунда для поверки прибора (см. обязательное приложение 2).
Ампула для образца из меди марки M_1 по ГОСТ 859-78 (СТ СЭВ 226-75).
Гальванометр типа М 195/1.
Сосуд Дьюара типа АСД-16 по ГОСТ 5.837-71.
Секундомер по ГОСТ 5072-79.
Жидкость кремнийорганическая марки ПФМС-4 по ГОСТ 15866-70.
Бензин по ГОСТ 443-76.
Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300-72.
Азот жидкий по ГОСТ 9293-74.
2.2. Градуировку и поверку прибора производят не реже одного раза в три месяца в соответствии с обязательными приложениями 1, 2.
3.1. Образец взвешивают с погрешностью не более 0,001 г.
3.2. Контактные поверхности образца, ампулы и крышки протирают бензином (спиртом), затем на них наносят тонкий слой кремнийорганической жидкости марки ПФМС-4, если в нормативно-технической документации на пластмассу нет иных указаний.
3.3. Испытуемый образец устанавливают в ампулу и закрывают ее крышкой (см. черт. 3).
Ампулу с образцом устанавливают в прибор и закрывают калориметр.
4.1. Испытание проводят в интервале температур от минус 100 до плюс 400°С, если в нормативно-технической документации на пластмассу нет иных указаний.
4.2. Испытание при отрицательных температурах начинают охлаждением жидким азотом до температуры минус 150°С металлического ядра калориметра, состоящего из нагревательного блока, основания, тепломера с ампулой и крышкой, адиабатной оболочки (см. черт. 3). Жидкий азот из сосуда Дьюара заливают в бачок, устанавливаемый на верхнюю половину калориметра, который далее через патрубок попадает в каналы адиабатной оболочки, основания и нагревательного блока и удаляется через выходной патрубок.
После достижения металлическим ядром температуры минус 150°С бачок снимают и включают нагрев.
4.3. Испытание от комнатных температур начинают включением нагрева сразу же после подготовки по разд. 3.
4.4. При нагреве через каждые 25°С (температура основания) измеряют время запаздывания температуры ампулы с образцом по отношению к температуре основания, для чего при достижении температуры испытания секундомер включают, а когда температура ампулы с образцом достигнет того же самого значения, секундомер отключают.
4.5. После окончания испытания извлекают ампулу с образцом и прибор охлаждают.
5.1. Удельную теплоемкость (С_p) в Дж/кг x К для каждой температуры испытания вычисляют по формуле
K
T ___°
C = ───── x (тау - тау ),
р m T T
где тау - время запаздывания температуры ампулы с образцом по
T отношению к температуре основания, с;
___°
тау - постоянная прибора, определяемая при градуировке ( см.
T обязательное приложение 1), с;
К - постоянная прибора, определяемая при градуировке (см.
T обязательное приложение 1), Вт/К;
m - масса образца, кг.
Пример лабораторной записи указан в рекомендуемом приложении 4.
5.2. За результат испытания принимают среднее арифметическое значение удельной теплоемкости не менее чем трех образцов, допускаемое расхождение между которыми должно быть указано в нормативно-технической документации на пластмассу.
5.3. Результаты испытаний записывают в протокол, который должен содержать следующие данные:
наименование и марку материала;
способ и режим изготовления образцов;
значение удельной теплоемкости при соответствующих температурах испытания в измеренном интервале температур;
дату испытания;
обозначение настоящего стандарта.
1. При градуировке определяют постоянные прибора:
К - эффективную тепловую проводимость тепломера, Вт/К;
T
___°
тау - время запаздывания температуры пустой ампулы по отношению к
T температуре основания, с.
2. В соответствии с настоящим стандартом проводят не менее пяти испытаний
___°
с пустой ампулой и определяют постоянную прибора тау в секундах, как
Т
среднее арифметическое времени запаздывания температуры пустой ампулы по
отношению к температуре основания.
3. В соответствии с настоящим стандартом проводят не менее пяти испытаний с ампулой с медным или стальным образцом и вычисляют значение постоянной прибора (К_Т ) в Вт/К по формуле
C
обр
K = ───────── ,
T ___ ___°
тау - тау
Т Т
где С - полная теплоемкость медного или стального образца,
обр равная произведению удельной теплоемкости меди или
стального образца на его массу, Дж/К
___ (см. приложение 3);
тау - время запаздывания температуры ампулы с медным или
Т стальным образцом по отношению к температуре основания,
с.
За результат испытания принимают среднее арифметическое значении К_Т не менее чем из пяти определений.
1. При поверке прибора при температурах минус 100, 0, плюс 100, 200, 300 и 400°С определяют предел допускаемого значения погрешности, который не должен быть более 10% для образцовой меры из корунда (см. приложение 3).
2. Предел допускаемой погрешности (Дельта) в процентах вычисляют по формуле
o
Дельта = Дельта +- Дельта,
С
где Дельта - систематическая составляющая погрешности, %;
С
о
Дельта - случайная составляющая погрешности, %.
3. Систематическую составляющую погрешности ( Дельта_с) в процентах вычисляют по формуле
_
C - C
co
Дельта = ───────── x 100,
с C
co
_
где С - среднее значение удельной теплоемкости образцовой меры,
Дж/кг x К;
С - удельная теплоемкость образцовой меры, Дж/кг x К (см.
со справочное приложение 3).
_
4. Среднее значение удельной теплоемкости (С), Дж/кг x К вычисляют как
среднее арифметическое не менее пяти определений по формуле
n
сумма ( С )
_ i = 1 i
C = ────────────,
n
где С - измеренное в соответствии с настоящим стандартом значение
i удельной теплоемкости образцовой меры при каждой
температуре измерения, Дж/кг x К;
n - число измерений.
Проверяют, не является ли измеренное единичное значение С промахом, которое оценивают по величине параметра (тау), вычисляемого по формуле
_
( C - C )
i
r = ───────────────────────────────
n _ 2
сумма ( С - С )
i = 1 i
кв. корень(─────────────────)
n
Если r > 1,92, то значение (С_i) исключают и проводят новое измерение.
о
5. Случайную составляющую погрешности (Дельта) в процентах вычисляют по
формуле
_____
сигма x t
о альфа
Дельта = ─────────────── x 100,
_
С
где t - коэффициент Стьюдента (для n = 5, t_альфа =0,95)
альфа
сигма - среднее квадратическое отклонение, Дж/кг x К.
6. Среднее квадратическое отклонение (сигма) в Дж/кг x К вычисляют по формуле
n _ 2
сумма ( С - С )
_____ i = 1 i
сигма = кв. корень(─────────────────),
(n-1)
_
где С - среднее значение удельной теплоемкости образцовой меры,
Дж/кг x К;
С - измеренное в соответствии с настоящим стандартом значение
i удельной теплоемкости образцовой меры при каждой
температуре измерения, Дж/кг x К;
n - число измерений.
7. Поверка прибора предназначена для сравнения результатов измерений удельной теплоемкости образцовой меры, выполненных на приборе ИТ-С-400, с данными метрологической аттестации образцовой меры.
Температура испытания, °С |
Удельная теплоемкость, Дж/кг x К |
||
Медь марки М_1 по ГОСТ 859-78 |
Нержавеющая сталь марок 12Х18М.9Т, 12Х18М.10Т по ГОСТ 5632-72 |
Корунд |
|
| Минус 100 | 345 |
- |
403,6 |
| Минус 75 | 358 |
- |
495,0 |
| Минус 50 | 365 |
- |
577,9 |
| Минус 25 | 373 |
- |
652,0 |
0 |
376 |
- |
718,8 |
25 |
385 |
- |
779,0 |
50 |
392 |
- |
825,8 |
75 |
396 |
- |
872,0 |
100 |
400 |
- |
907,1 |
125 |
403 |
490,6 |
941,8 |
150 |
405 |
497,6 |
968,2 |
175 |
405 |
504,4 |
994,6 |
200 |
408 |
511,1 |
1016,0 |
225 |
410 |
517,6 |
1037,0 |
250 |
412 |
524,0 |
1054,4 |
275 |
415 |
530,2 |
1071,4 |
300 |
417 |
536,2 |
1085,8 |
325 |
420 |
542,2 |
1099,9 |
350 |
422 |
547,9 |
1112,1 |
375 |
423 |
553,4 |
1124,0 |
400 |
425 |
558,9 |
1134,4 |
┌───────────┬───────┬──────────────────────┬─────────────────┬──────────┐
│Температура│Масса │ Время запаздывания │ Постоянные │ Удельная │
│ │образца│ температуры ампулы с │ прибора │ теплоем- │
│ °C │ , кг │образцом по отношению ├────────┬────────┤кость, С ,│
│ │ │ к температуре │ К , │___° │ P │
│ │ │ основания, тау с │ T │тау , с │ Дж/кг x К│
│ │ │ Т │ Вт/К │ Т │ │
├───────────┼───────┼──────────────────────┼────────┼────────┼──────────┤
│ Минус 100 │ │ │ │ │ │
│ Минус 75 │ │ │ │ │ │
│ Минус 50 │ │ │ │ │ │
│ Минус 25 │ │ │ │ │ │
│ 0 │ │ │ │ │ │
│ 25 │ │ │ │ │ │
│ 50 │ │ │ │ │ │
│ 75 │ │ │ │ │ │
│ и далее │ │ │ │ │ │
│через 25°С │ │ │ │ │ │
│ до 400°С │ │ │ │ │ │
└───────────┴───────┴──────────────────────┴────────┴────────┴──────────┘
┌───────────┬───────┬──────────────────────┬─────────────────┬──────────┐