Способ определения теплофизических характеристик сред
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕД, включающий введение в исследуемую среду зонда в виде кольца, нагрев его током постоянной мощности, определение скорости изменения температуры среды с последующим вычислением значений искомых характеристик, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа за счет измерения температуропроводности и повышения точности измерений, дополнительно реги .стрируют время достижения «максималь-, ной скорости изменения температуры среды, а величины коэффициентов теплопроводности л и температуропроводности Q определяют по формулам о - А Q Л 4Q -Млко SIAKC где А -постоянная, зависящая от мощности нагрева; QMAtC.C R -максимальная скорость изме нения температуры среды; -радиус кольцевого нагревателя зонда;2 -время достижения aQMivkc мАке от начала нагрева.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) 0 01 и 25/18
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
И ASTQPCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ
g -Л вЂ” - —А 0 632R
Ф t
h Q q y. мд.кс где A
*ЪАКо
d8 (21) 3522715/18-25 (22) 20 . 12. 82 (46) 30.08.84. Бюл. Р 32 (72) М.А.Каганов, B.M.Козловский и М.Н.Яккер (71) Агрофизический научно-исследовательский институт (53) 536.629.7(088.8) (56) 1. Чудновский A.Ô. Теплофиэнка почв. Наука, М., 1976, с. 256268.
2. Могилевский Б.M Ходжаев Ф.К, Чудновский A..Ф. Тепловой преобразователь потенциала влаги почвы с кольцевым зондом. СБ. трудов по агрономической физике, Приборы и устройства контроля параметров среды обитания растений . Л., 1980, с. 8489 (прототип). (54) (57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕД, включающий введение в исследуемую среду зонда в виде кольца, нагрев его током постоянной мощности, определение скорости изменения температуры среды с последующим вычислением значений искоьых характеристик, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей способа за счет измерения температуропроводности и повышения точности измерений, дополнительно реги.стрируют время достижения максимальной скорости изменения температуры среды, а величины коэффициентов теплопроводности у и температуропроводности Q определяют по формулам — постоянная, зависящая от мощности нагрева;
- максимальная скорость изме
seams температуры среды; — радиус кольцевого нагревателя зонда;
- время достижения а0м к от начала нагрева.
llll082
Изобретение относится к способам определения теплопроводности и температуропроводности различных физических сред и может быть использовано при полевых, натурных исследованиях, а также в лабораторных условиях.
Известен нестационарный способ цилиндрического зонда постоянной мощности для определения коэффициента теплопроводности, .заключающийся в из- 10 мерении скорости нагрева зонда, помещенного в исследуемую среду, при пропускании через него тока постоянной мощности El .
Однако по известному способу мож- 15 но определить только коэффициент теплопроводности.
Наиболее близким техническим реше- . нием к изобретению является способ ° измерения теплопроводности, включаю- 20 щий введение в исследуемую среду эоида в виде кольца, нагрев его током .постоянной мощности, определение скорости изменения температуры среды с-последующим вычислением искомых характеристик (2 J.
Для определения коэффициента теплопроводиости среды в прототипе проводят нагрев зонда током постоянной мощности н судят о величине коэф- 30 фициента теплопроводности по скорости изменения температуры зонда в процессе его нагрева. При этом время измерения и нагрева выбирается достаточно малым, т-е.таким, чтобы можно было считать распространяющуюся тепловую волну квазицилиндрической и пренебрегать влиянием кольцевой геометрии зонда. Данный способ характеризуется малой информативностью в процессе из- 40 мерений (определяется только коэффициент теплопроводности) и наличием погрешности в определении коэффициента теплопроводности за счет отклонения тепловой волны от цилиндричес- 45 кой Формы, учесть эту погрешность сложно, так как ее величина зависит от теплового контакта зонда co средой и от неизвестной величины коэфФициента..температуропроводности сре- 50 ды °
Цель изобретения - расширение функциональных воэможностей способа
3а счет измерения температуропроводности и повышение точности измерений. 5
Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения теплофиэических характеристик сред, включающему введение в исследуемую среду зонда в виде кольца, нагрев егo током постоянной мощности, определение скбрости изменения температуры среды с последующим вычислением значений искомых характеристик, до."полнительно регистрируют, момент времени от начала нагрева, соответствую-б5 щнй достижению максимальной скорости изменения температуры среды, а величины коэффициентов теплопроводности
3 и температуропроводности Q опреде ляются по формулам
А, 0 632А
QMAIIC tMAVe где и Q -коэффициенты теплопроводности и температуропроводности среды соответственно
A -постоянная, зависящая от мощности нагрева ьQ„щ,к -величина максимальной скорости изменения температуры средыр
R -радиус кольцевого нагревателя зонда;
-время достижения максимума от начала нагрева.
Из решения уравнения для температуры среды у поверхности кольцевого зонда, нагреваемого током постоянной мощности, следует, что максимальная скорость изменения температуры среды, равная ьЯ«х, достигает0,632R ся в момент времени „„3, =
Р где 6. и Q - коэффициенты теплопроводности и температуропроводности исследуемой среды. соответственно;
6 - температура среды у поверхности зонда
R — радиус кольцевого зонда
A 0,935 Q - коэффициент, зависящий от величины подводимой к зонду мощности Q при его нагреве.
Следовательно, по измеренной максимальной скорости изменения температуры среды Н00Акс и зафиксированному моменту времени достижения этого максимума от начала нагрева t величины коэффициентов теплопроводности и температуропроводности определяются по формулам
А, 0 6320
АВмАА„6ммА
На фиг. l изображен типичный ход скорости изменения температуры среды у поверхности зонда постоянной мощности при его нагреве от логарифма временир на фиг. 2 - блок-схема устройства, на котором реализуется. предлагаемый способ.
Устройство содержит кольцевой зонд 1, включенный в одно из плеч измерительного моста 2, цифровой вольтметр 3, подключаемый в измерительную диагональ моста 2, цифропечатающее устройство 4 для регистра ции результатов измерений, источник .постоянной мощности 5 для нагрева
1 зонда и таймер 6, управляющий работой устройства по требуемой програм4
1111082 и1. 2
СоставиФель В.Зайченко
Редактор М.Келемеш Техред Л.Коцюбняк Корректор В.Синицкая
Заказ 6302/35 Тираж 822 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ме и обеспечивающий синхронизацию работы всех функциональных элементов устрой ст ва.
Кольцевой зонд 1 помещают в исследуемую среду и нагревают током постоянной мощности. При этом изменя- 5 ется температура зонда 1 и его сопротивление, а следовательно, напряжение в измерительной диагонали моста 2. Момент начала нагрева зонда определяется схемой таймера 6, кото- 10 рый затем через равные промежутки времени подает сигналы на управляющий вход вольтметра 3, работающего в ждущем режиме, для измерения напряжения на выходе моста 2, пропорционального температуре зонда 1. Величина измеренной температуры зонда 1 регистри- руется цифропечатающим устройством 4.
Одновременно регистрируется порядковый номер проведенного измерения с момента начала нагрева или время измерения. Скорость изменения температуры зонда la6 определяется как разность температур зонда для двух текущих моментов времени tq и t< .
: (t< "t» n = const) . Определяется максимальная величина разности @мдкс и величины времени tP и t„, при которых она получена. Величина t, в соответствии с применяемым алгоритмом определяется как „„ =1 Р", t" Ãé. Затем по формулам определяются величины .1 и g исследуемой среды.
Возможность одновременного определения укаэанных двух основных теп лофизических характеристик исследуемой среды позволяет существенно сократить суммарное время их измерения, уменьшить составляющую суммарной погрешность измерений, обусловленную влиянием изменяющихся внешних условий (особенно в Полевых услОвиях) и анизотропни исследуемой среды, так как определЕние обеих характеристик производится одновременно, в одной и той же точке (в однои к том же измерительном объеме) среды. Для дисперсных сред суммарная погрешность
;ополнительно уменьшается, так как Н3мерения производятся без изменения структуры дисперсной среды, что неизбежно при последовательном определении этих характеристик разными датчиками.
