Способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области теплофизических измерений. Пелью изобретения является уменьшение времени проведения теплофизическог о зксперимента и повышение точности определения искомых характеристик. Способ состоит в тепловом воздействии на поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела от линейного источника тепла импульсами постоянной мощности. Избыточную тем.пературу измеряют в двух точках поверхности, равноотстоящих от линии Действия источника. Тепловые импульсы наносят на поверхность исследуемого тела в моменты времени, определяемые заданной зависимостью. В заданный момент времени измеряют избыточную температуру в точках контроля, расстояние до которых от линии действия источника тепла задают в соответствии с определенным условием, искомые характеристики рассчитывают по формулам. Регулирование интервалов между тепловьми импульсами и стабилизация энергии каждог о теплового импульса осуществляется за счет введения в устройство реверсивног о счетчика, второго и третьег О элементов 2И-НЕ, тиристора , формирователя амплитуды, соединенных соответствующим образом. 2 с.п.ф-лы, 1 ил. § (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (И) А1 (504 С О1 N 25 18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOIVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

Г)О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3935272/31-25; 3942600/31-25 (22) 30.07.85 (46) 30.05.87. Бюл. У 20 (71) Тамбовский институт химического машиностроения (72) )O.Л.Муромцев, В.Н.Чернышев, Е.И.Глинкин, В.А.Попов, В.Н.Казаков, Б.И.Герасимов и В.В.Обухов (53) 536.6(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 834480, кл. G 01 N 25/18, 198 1.

Авторское свидетельство СССР

У 1122955 кл. С 01 N 25/18, 1981.

Авторское свидетельство СССР, У !236355, кл. G 01 N 25/18, 1985. (54) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области теплофизических измерений. Нелью изобретения является уменьшение времени проведения теплофизического экс- перимента и повышение точности определения искомых характеристик. Способ состоит в тепловом воздействии на поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела от линейного источника тепла импульсами постоянной мощности. Избыточную температуру измеряют в двух точках поверхности, разноотстоящих от линии действия источника. Тепловые импульсы наносят на поверхность исследуемого тела в моменты времени, определяемые заданной зависимостью.

В заданный момент времени измеряют избыточную температуру в точках контроля, расстояние до которых от линии действия источника тепла задают в соответствии с определенным условием, искомые характеристики рассчитывают по формулам. Регулирование интервалов между тепловыми . импульсами и стабилизация энергии каждого теплового импульса осуществляется за счет введения в устройство реверсивного счетчика, второго и третьего элементов 2И-НЕ, тиристора, формирователя амплитуды, соединенных соответствующим образом.

2 с.п.ф-лы, 1 ил.

131 г х, () а exp (- 4 а „ ) х 2

2а Л.-, (— exp (- — 4 )

4(ЗМ . 4 а7„,„ хг

С „ехр (- 4 а". ) г 2 "(4зм ) хг 2 г г) Л ;.„, 1 р ( а "изм хг

I нне Т„ и определяем теплопроводность исследуемого материала по формуле г () е ехр 4а

4а»;>

Изобретение относится к техничес1 кой физике, в частности к теплофизическим измерениям, и может найти широкое применение в народном хозяйстве при производстве синтетических материалов и изделий из них.

Целью изобретения является уменьшение времени проведения теплофизического эксперимента и повышение точности определения искомых теплофизических характеристик.

На чертеже представлена измерительная схема устройства.

Сущность способа заключается в следующем.

На теплоизолированную поверхность исследуемого тела помещают линейный источник тепла и в моменты

Поделив эти температуры, получаем

22 (х, Х „) / Та(х,, i„„) = exp("

Выбрав точки контроля так, что

Полученный коэффициент температуропроводности подставляем в выражеТаким образом, измерив температуру в заданный момент времени в двух точках поверхности исследуемого те4236 2 времени <т2 = 4»4 42(м li, где — момент времени измерения тем 4(ЗМ пературы в точках контроля, i 1,.

2,3,... - натуральный ряд чисел, осуществляют тепловое воздействие на тело импульсами постоянной мощностн 0О.ЗатЕМ В МОМЕНТ ВрЕ21ЕНИ 444ум ИЗ" меряют значение избыточной температуры в точках контроля, расположенII0 ных на расстояниях х, и х от линии действия источника, удовлетворяющих условию х = 2 х,,после чего искомые теплофизические характеристики определяют по формулам.

15 Температура в момент времени Г„ „ в точках контроля, расположенных на расстоянии х, и хг от линии действия источника, будет выражаться как, 2 а ха — х .)(1 — ех (- 4 а «аа) )2 гх х

4 а ь (— ехр (- 4 a»„) х = 2 х „, находим искомые коэффициенты а и Л

I ла, расположенных на фиксированных расстояниях от линии действия источника, и зная мощность тепловых им131 ×23á 4 пульсов, можно определить значения коэффициентов тепло- и температуро-, проводности исследуемых тел.

Для повышения точности способа возможно проведение эталонирования путем проведения предварительного эксперимента на эталонном, образце с известными коэффиЦиентами теплои температуропроводности, в котором определяется уточненное значение мощности теплового поток" используемое при проведении эксперимента на исследуе ых телах.

Устройства для осуществления способа состоит из зонда-термоприемника 1, включающего теплоизоляционный материал, на поверхности которого расположены линсйный нагреватель и термоприемник. Выход термоприемника через блок 2 аналого-цифрового преобразования подключен к первым информационным входам блока 3 вводавывода, который содержит интерфейс, входные шины управления соединены с блоком клавиатуры, à выходные шины управления подключены к блоку индикации. Информационные входы и выходы блока 3 соединены с соответствующими первы:..ч шинами микропроцессора 4, вторые и третьи информационные входы л выходы которого связаны с соответствующими выходами и входами первого 5 и второго б управляемых делителей частоты, выполненных на основе регистров. Четвертые информационные входы и выходы микропроцессора 4 соединены с информационными выходами л входами реверсивного счетчика 7. Устройство содержит также три логических элемента

И-HE 8, 9 и АО и формирователь 11 амплитуды. Вьход формирователя соединен через первый элемент И-НЕ 8, второй элемент И-НЕ 10 с суммирующим входам, а через первый делитель и третий элемент И-HE 9 с вычитающим входом реверсивного счетчика 7.

Первый вход формлрователя 11 подключен к выходу блока 12 электропитания.

В цепь нагрузки б.пока 12 подключен через тиристор !3 линейный нагреватель зонда, Второй вход 14 формирователя является входом установки опорного напряжения., а вход 15 управления соединен с вьходом управления микропроцессора 4. Тактовые выходы

16, 17 и 18 микропроцессора подключены к соответствующим входам эле5

55 ментов И-HE 8, 9 и 10, Управляющий вход 19 тиристора 13 соединен с саот ветствующим выходом блока 3 ввода-вывода.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерений оператором через блок 3 ввода-вывода в постоянную память микропроцессора вводятся константы х, х, О, Т„.. . а

z также программы расчета искомых теплофизических характеристик, программа управления моментами подачи тепловых импульсов на нагреватели.

Зочд-термоприемник, включающий эталонный материал., приводится г. контакт с исследуемым материалом.

С пульта управления блока ввода-вывода подается команда Пуск", по которой микропроцессор переводит устройство в режим контроля текущей температуры в плоскости контакта эталонного и исследуемого образцов .

При этом непрерывно регистриру;=-гся температура образца, преобразуется в электрический сигнал и через блок аналого-цифрового преобразования и блок ввода-вывода поступает в стековую память микропроцессора, Одновременно аналогичный контроль температуры осуществляется в плос кости контакта эталон — эталон,который расположен в зонде-термоприемнике.

В шине 15 появляется разрешающий потенциал, вырабатываемый микропроцессором 4. Этот сигнал открывает формирователь амплитуды и по режиму стабилизации и управления на линейные нагреватели зонда поступают стабилизированные по мощности импульсы через заданное время. Количество импульсов определяется в микропроцессоре в соответствии с алгоритмом выражения для количества тепловых импульсов с учетом погрешности их расчета.

После окончания подачи и-го импульса на шине 15 появляется запрещающий потенциал, вырабатываемый микропроцессором, формирователь закрывается, а на линейные нагреватели не подается питание.

Через время Т„„„ осуществляется измерение суммарных температур в плоскости контактов теплоизолятор— исследуемый образец в точках х„, х „ зонда-термоприемника. Устройство работает так же, как и при подаче теп1314236 х2

2 2 ) 87н „ ln

2 а

4а 7„а,. х (нj ) где х, х>

Т„(х„, „, И Т (Х э И3м) значение избыточной

Л, а лового импульса на эталон — эталон.

Микропроцессор выдает данные искомых коэффициентов тепло- и температуропроводности.

Способ. позволяет определить искомые коэффициенты с погрешностью не выше 5-7Х за время не более 1 мин с прогревом исследуемого тела до сравнительно высоких температур,что обусловливает возможность его применения в практике теплофиэических исследований для полубесконечных массивов. Повышение точности измерения обусловлено полной адекватностью ма тема тич е ской модели физ ики тепл ового процесса в исследуемой теплофиэической системе, т.е. полностью исключается методическая погрешность.

Формула изобретения

1. Способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов без нарушения их целостности, состоящий в тепловом воздейрасстояния от линейноного источника до первой и второй точки контроля соответственно, ичем х2 12 х,; температуры в момент измерения 7„ „ в точках контроля х и х соответственно; соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводности исследуемого материала; мощность теплового импульса.

2. Устройство, содержащее блок электропитания, зонд-термоприемник, включающий линейный нагреватель н ствии на поверхность олубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела импульсами постоянной мощ-. ности от линейного источника тепла, измерении температуры в двух точках поверхности, разностоящих от линии действия источника, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения времени и повышения точности

10 определения теплофиэических характе-. ристик, тепловыми импульсами воз- . действуют на поверхность исследуемого тела в моменты времени, определяЕМЫЕ ЗаВИСИМОСтЬЮ i,. = 4 н - 4 „ /i, 1

15 где 4 — момент времени измерения сзл температуры в точках контроля, — f 2,3,... — натуральный ряд чисел, члены которого соответствуют последовательности чередования тепловых им20 пульсов, в заданный момент времени

7 44 измеряют избыточную температуру в двух точках контроля, а искомые теплофизические характеристики определяют по формулам: измерители температуры, которые сое40 динены с входами блока аналого-цифрового преобразования, первый и второй управляемые делители частоты, элемент 2И-НЕ, блок ввода-вывода и микропроцессор, первые, вторые и третьи информационные входы-выходы микропроцессора соединены с соответствующими информационными выходамивходами первого и второго управляемых делителей частоты и блока вводавывода, отличающееся тем, что, с целью уменьшения времени и повышения точности определения теплофизических характеристик, в него дополнитель; о введены реBppcBBHbIH счетчик, информапион.ые входы-выходы которого соединены с соответствующими выходами-входам.-. микропроцессора, второй и третий элементы 2ИНЕ, тиристор и формирователь амплиСоставитель В.Гусева

Техред В.Кадар Корректор Е.Рошко

Редактор А.Лежнина

Заказ 2205/44 Тираж 777 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-36, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7; ; 131 туды, выход которого соединен через первый элемент 2И-НЕ, второй управ-. ляемый делитель частоты, второй элемент 2И-НŠ— с суммирующим входом,а через первый управляемый делитель частоты, третий элемент 2И-НŠ— с . вычитающим входом реверсивного счетчика,:первый вход формирователя амплитуды является входом установки опорного напряжения, второй вход подключен к выходу блока электропитания, B цепь нагрузки которого подключен

4236 8 через тиристор линейный нагреватель зонда-термоприемника, а вход управления формирователя амплитуды соединен с выходом управления микропроцессора, тактовые выходы которого подключены к соответствующим входам элементов 2И-НЕ,причем управляющий вход тиристора соединен с управляющим выходом блока ввода-вывода,ин10 формационные. входы которого соедине-! ны с соответствующими выходами блока аналого-цифрового преобразования,