Способ теплового неразрушающего контроля сопротивления теплопередаче строительной конструкции

Авторы патента:

G01N25/72 - обнаружение локальных дефектов (путем определения коэффициента теплопроводности G01N 25/18)

Владельцы патента RU 2480739:

Соколов Александр Николаевич (RU)
Походун Анатолий Иванович (RU)
Соколов Николай Александрович (RU)

Использование: для теплового неразрушающего контроля сопротивления теплопередаче строительной конструкции. Сущность: заключается в том, что устанавливают на обеих сторонах строительной конструкции один напротив другого плоские теплоизолированные коробы с плоскими термостатами, имеющими линейные размеры от трех до пяти толщин строительной конструкции, расположенными на заданном расстоянии параллельно ее поверхностям и нагревающими их до неравных между собой температур, измеряют через заданный интервал времени плотность теплового потока, проходящего через строительную конструкцию, а также температуры на обеих поверхностях строительной конструкции. Способ отличается тем, что контролируют сопротивление теплопередаче по отношению разности температур термостатов к плотности теплового потока после установления заданной теплоотдачи поверхностей ограждающей конструкции регулировкой скорости воздушных потоков внутри коробов. Технический результат: обеспечение возможности контролировать сопротивление теплопередаче в условиях равенства нормируемым значениям коэффициентов теплоотдачи поверхностей испытуемой строительной конструкции. 1 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тепловому неразрушающему контролю объектов, и может быть использовано для технической диагностики неоднородных конструкций, например зданий и сооружений, по сопротивлению теплопередаче.

Известен способ теплового неразрушающего контроля неоднородных многослойных объектов, каковыми, в частности, являются ограждающие конструкции зданий и сооружений (см. патент РФ №2219534). Для осуществления известного способа определяют временной интервал, необходимый для получения достоверного результата. В течение этого времени периодически измеряют температуру и плотность теплового потока на наружной и внутренней поверхностях объекта. Задают значение теплопроводности нужного слоя. Используя модель, определяют возможную температуру и плотность для каждого заданного значения теплопроводности. Проводят тепловизионное обследование, измеряют температуры внутренних и наружных поверхностей. Сравнивают теоретические и полученные измерением результаты. Выбирают для дальнейших расчетов значение теплопроводности из числа заданных, которое может обеспечить условия сравнения. Способ позволяет определить локальные сопротивления теплопередаче обследуемых участков и найти более рациональное решение по обеспечению требуемого сопротивления, если оно окажется не соответствующим нормативному.

В патенте Японии №9113473 раскрыт способ теплового неразрушающего контроля материалов и определения местоположения дефектов, которые приводят к тепловым потерям. Согласно этому способу облучают участок исследуемой поверхности, измеряют теплопроводность материала, информацию о распределении температурного поля объекта передают для анализа на устройство термографического контроля и затем на устройство отображения, которое показывает изменения в распределении температурного поля.

Известен способ неразрушающего теплового контроля по патенту США №5292195, согласно которому выбранное количество энергии подается на первый объект, имеющий известную поверхностную структуру. Изображение его запоминается. Затем выбранное количество энергии подается на второй объект и изображение второго объекта также запоминается. Затем производится сравнение изображений для определения различий в поверхностной структуре этих двух объектов.

Все известные способы позволяют определить состояние конструкций и их тепловые потери, однако они не применимы для исследования нестационарных процессов, имеющих место в реальных условиях эксплуатации зданий и сооружений.

Известен способ определения качества объектов по анализу их сопротивления теплопередаче (см. ГОСТ 31166-2003. Конструкции ограждающие зданий и сооружений. Метод калориметрического определения коэффициента теплопередачи). Согласно известному способу устанавливают на одной стороне строительной конструкции плоский теплоизолированный короб с плоским нагревательным элементом, расположенным на заданном расстоянии от ее поверхности и нагревают контролируемую конструкцию. Через заданный интервал времени производят измерение плотности теплового потока q, проходящего через строительную конструкцию, и температуры с внутренней (t_в) и наружной (t_н) стороны конструкции, на расстоянии не менее чем в 100 мм от ее поверхности. Затем определяют искомое сопротивление теплопередаче R_o по формуле

Недостаток известного способа состоит в том, что формула (1) применима только для условий стационарного процесса теплопередачи, который не обеспечивается согласно известному способу. Действительно, строительная конструкция приводится к стационарному режиму теплопередачи ориентировочно через 7-14 суток после установления на обеих ее поверхностях (наружной и внутренней) постоянной температуры. Разработчики известного способа предполагали (см. пп.8.1, 8.2 указанного источника), что при проведении измерений выбирают время суток со стабильным уровнем температуры наружного воздуха в ночное время. При этом теплоизолированный короб устанавливают на внутренней поверхности ограждающей конструкции. Однако за одни сутки даже при этих условиях в типовых конструкциях стационарный процесс теплопередачи не установится. Поэтому известный способ на практике не обеспечивает достоверность определения сопротивления теплопередаче.

Известен также способ теплового неразрушающего контроля сопротивления теплопередаче строительной конструкции (см. патент РФ №2323435), который по совокупности признаков является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения.

Согласно этому способу устанавливают на обеих сторонах строительной конструкции один напротив другого плоские теплоизолированные коробы с плоскими нагревательными элементами, расположенными на заданном расстоянии от ее поверхностей и нагревающими их до неравных между собой температур, измеряют через заданный интервал времени плотность теплового потока, проходящего через строительную конструкцию, а также температуры на обеих поверхностях строительной конструкции и контролируют сопротивление теплопередаче строительной конструкции по формуле

где R_оп - сопротивление теплопередаче строительной конструкции, определенное согласно способу-прототипу;

τ_в - температура внутренней поверхности строительной конструкции;

τ_н - температура наружной поверхности строительной конструкции.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного решения, относится недопустимо большая систематическая погрешность, возникающая при контроле сопротивления теплопередаче в условиях пренебрежения теплоотдачей поверхностей ограждающей конструкции.

Действительно, согласно ГОСТ 26254, ГОСТ 26602.1 и ГОСТ 31166 сопротивление теплопередаче R_o для термически однородной зоны строительной конструкции, как в рассматриваемом случае, вычисляют по формуле (1), или, более подробно

где

- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности строительной конструкции;

- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности строительной конструкции.

Сопоставляя формулы (2) и (3), получим, что прототип имеет относительную систематическую погрешность ΔR_о/R_о, равную

В нормальных условиях, при которых для сопоставимости результатов следует контролировать сопротивление теплопередаче строительных конструкций, значения указанных коэффициентов должны быть равны следующим нормируемым значениям:

В соответствии с ГОСТ 31166 диапазон сопротивления теплопередаче наиболее распространенных строительных конструкций составляет (0,5÷4,5) м²·К/Вт. Подставляя численные данные в формулу (6), получим, что погрешность прототипа может доходить до минус 34%, что более чем в 2 раза превышает значение погрешности, допускаемое по ГОСТ 31166 для натурных условий, и более чем в 6 раз - при измерениях в климатической камере.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности контроля сопротивления теплопередаче строительной конструкции.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в том, что сопротивление теплопередаче контролируют в условиях равенства нормируемым значениям коэффициентов теплоотдачи поверхностей испытуемой строительной конструкции.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что устанавливают на обеих сторонах испытуемой строительной конструкции один напротив другого плоские теплоизолированные коробы с плоскими термостатами, имеющими линейные размеры от трех до пяти толщин строительной конструкции, расположенными на заданном расстоянии параллельно ее поверхностям и нагревающими их до неравных между собой температур, измеряют через заданный интервал времени плотность теплового потока, проходящего через строительную конструкцию, а также температуры на обеих поверхностях строительной конструкции, но в отличие от известного способа, контролируют сопротивление теплопередаче по отношению разности температур термостатов к плотности теплового потока после установления заданной теплоотдачи поверхностей ограждающей конструкции регулировкой скорости воздушных потоков внутри коробов.

На фиг. показана схема реализации заявляемого способа.

В устройстве для реализации заявляемого способа с наружной стороны строительной конструкции 1 установлен теплоизолированный короб 2, внутри которого находится плоский термостат 3, термометр 4 и регулируемый вентилятор 5. Напротив него, с внутренней стороны строительной конструкции 1 установлен теплоизолированный короб 6, внутри которого находится плоский термостат 7, тепломер 8, термометр 9 и регулируемый вентилятор 10. Плоские термостаты 3 и 7 имеют линейные размеры от трех до пяти толщин строительной конструкции 1 и расположены на заданном расстоянии параллельно ее поверхностям (согласно ГОСТ 26254 и ГОСТ 31166 - на расстоянии 10 см).

Заявляемый способ реализуется следующим образом.

На обеих сторонах строительной конструкции 1 устанавливают один напротив другого плоские теплоизолированные коробы 2 и 6 с плоскими термостатами 3 и 7. Термостат 3 поддерживает температуру t_н, термостат 7 - неравную ей температуру t_в (для определенности примем t_н<t_в). Через заданный интервал времени, определяемый инерционностью строительной конструкции 1, измеряют температуры поверхностей строительной конструкции 1 предварительно установленными термометрами 4 и 9 (соответственно τ_н и τ_в). Также предварительно установленным тепломером 8 измеряют плотность теплового потока q, проходящего через строительную конструкцию 1. С помощью регулируемого вентилятора 5 регулируют скорость воздушного потока в коробе 2, изменяя теплоотдачу поверхности строительной конструкции 1 таким образом, чтобы выполнялись формулы (5), (8). С помощью регулируемого вентилятора 10 регулируют скорость воздушного потока в коробе 6, изменяя теплоотдачу поверхности строительной конструкции 1 таким образом, чтобы выполнялись формулы (4), (7). После установления заданной теплоотдачи поверхностей строительной конструкции 1 контролируют сопротивление теплопередаче по формуле (1).

В результате выполнения перечисленных выше действий погрешность, обусловленная использованием в прототипе уравнения измерения (2) в условиях неравенства коэффициентов теплоотдачи поверхности строительной конструкции нормируемым значениям (7) и (8), полностью устранена.

Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления заявляемого изобретения, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.

Способ теплового неразрушающего контроля сопротивления теплопередаче строительной конструкции, согласно которому устанавливают на обеих ее сторонах один напротив другого плоские теплоизолированные коробы с плоскими термостатами, имеющими линейные размеры от трех до пяти толщин строительной конструкции, расположенными на заданном расстоянии параллельно ее поверхностям и нагревающими их до неравных между собой температур, измеряют через заданный интервал времени плотность теплового потока, проходящего через строительную конструкцию, а также температуры на обеих поверхностях строительной конструкции, отличающийся тем, что контролируют сопротивление теплопередаче по отношению разности температур термостатов к плотности теплового потока после установления заданной теплоотдачи поверхностей ограждающей конструкции регулировкой скорости воздушных потоков внутри коробов.

Способ неразрушающего теплового контроля состояния арматуры в протяженных железобетонных изделиях // 2473892

Изобретение относится к неразрушающему тепловому контролю и может быть использовано для контроля состояния протяженных железобетонных изделий, имеющих основную металлическую продольную несущую арматуру (например: опоры линий электропередач, балки, сваи, трубы и т.п.), применяемых в различных отраслях хозяйства в процессе производства, строительства и эксплуатации.

Способ контроля технического состояния токоведущих частей электрооборудования // 2467338

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для контроля технического состояния токоведущих частей электрооборудования, находящихся под токовой нагрузкой.

Способ прогнозирования осадкообразования в энергоустановках многоразового использования на жидких углеводородных горючих и охладителях // 2467195

Изобретение относится к области энергетики, в частности к тепловым измерениям и измерениям расхода углероводородных горючих и теплоносителей. .

Способ автоматизированной дефектоскопии сварного шва методом термографии // 2464551

Изобретение относится к неразрушающему контролю (дефектоскопии) и может быть использовано для контроля качества сварочных соединений. .

Способ автоматизированной дефектоскопии соединения материалов // 2456585

Способ теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов // 2456568

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на головную часть (обтекатель) ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов.

Устройство и способ контроля лучистых потоков при наземных тепловакуумных испытаниях космических объектов // 2449263

Изобретение относится к космической технике, а именно к контролю теплообмена космических объектов с имитируемой в наземных тепловакуумных камерах (ТВК) космической средой при тепловакуумных испытаниях (ТВИ).

Устройство неразрушающего контроля путем анализа рассеяния излучения // 2439545

Способ повышения достоверности и информативности результатов неразрушающего контроля // 2434228

Изобретение относится к области неразрушающего контроля, в частности к тепловому неразрушающему контролю объектов, и может быть использовано для повышения качества результатов при технической диагностике неоднородных конструкций, например, зданий и сооружений, оценки технического состояния потенциально опасных объектов и т.п.

Способ оценки газосодержания материалов с покрытиями // 2481569

Изобретение относится к области исследования качества деталей с гальваническими покрытиями, в частности к оценке степени газосодержания поверхностей деталей с защитными гальваническими покрытиями

Способ управления промышленной безопасностью и диагностики эксплуатационного состояния промышленного объекта // 2494434

Изобретение относится к области управления промышленной безопасностью и технической диагностики, в частности к контролю напряженно-деформированного состояния таких объектов, как сосуды, аппараты, печи, строительные конструкции, трубопроводы, находящихся под действием механических и/или термомеханических нагрузок, с использованием анализа распределения температурных полей на поверхности объекта и связанного с ними распределения механических напряжений. Технический результат - повышение достоверности определения напряженно-деформированного состояния объекта. Сущность: на поверхность объекта наносят термочувствительное вещество, изменяющее свой цвет при изменении температуры объекта, с помощью оптических средств регистрируют изменение цвета термочувствительного вещества и, используя предварительно полученные номограммы, регистрируют распределение температур, после чего выполняют расчет напряженно-деформированного состояния, выделяют зоны повышенных напряжений и деформаций для дальнейшего мониторинга указанных зон. Регистрацию температур дополнительно производят с использованием тепловизионных измерителей, усредняют результаты оптической и тепловизионной регистрации и выполняют расчет напряженно-деформированного состояния объекта. Расчет осуществляют с применением метода конечных элементов. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Термоэлектрический способ неразрушающего контроля качества поверхностного слоя металла // 2498281

Использование: для неразрушающего контроля качества поверхностного слоя металла. Сущность: заключается в том, что используют две группы одинаково нагретых электродов из одного материала, устанавливают одну группу нагреваемых электродов на контролируемое изделие, а другую па эталонный образец, измеряют разностную термоЭДС, возникающую при контакте первой группы нагреваемых электродов с контролируемым изделием и второй группы нагреваемых электродов с эталоном, о качестве поверхностного слоя судят по ее величине, при этом сначала измеряют температуру контролируемого изделия, используя которую изменяют температуру групп нагреваемых электродов таким образом, чтобы используемая при измерении термоЭДС разностная температура между первой группой нагреваемых электродов и контролируемым изделием, а также между второй группой нагреваемых электродов и эталоном оставалась одинаковой при любых колебаниях температуры контролируемого изделия и эталона, после чего измеряют разностную термоЭДС. Технический результат: устранение влияния температуры контролируемого изделия на величину разностной термоЭДС. 1 ил., 2 табл.

Способ теплового контроля надежности конструкций из полимерных композиционных материалов по анализу внутренних напряжений и устройство для его осуществления // 2506575

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки надежностей конструкций из полимерных композиционных материалов. Способ включает силовое воздействие на поверхность конструкции и регистрацию обусловленных им изменений. До приложения нагрузок измеряют начальную температуру контролируемой конструкции. В процессе проведения контроля измеряют температуру воздуха вблизи наружной поверхности контролируемой конструкции. Силовое воздействие на поверхность конструкции осуществляют путем воздействия на исследуемую конструкцию возрастающей статической нагрузкой Р. В процессе приложения динамической нагрузки непрерывно осуществляют регистрацию температурного поля Т. Анализ температурного поля с заданным периодом изменения нагрузки проводят непрерывно. По результатам анализа формируют информационный сигнал для обнаружения участков пониженной прочности или обнаружения дефектов. По анализу температурного поля определяют наличие внутренних остаточных напряжений исследуемой конструкции и наличие в ней внутренних дефектов. Представлено устройство для осуществления способа. Технический результат: повышение достоверности результатов оценки технического и эксплуатационного состояния конструкций и их элементов из ПКМ. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 табл., 17 ил.

Способ активного одностороннего теплового контроля скрытых дефектов в твердых телах // 2509300

Изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов и может быть использовано для контроля скрытых дефектов. Согласно заявленному способу активного одностороннего теплового контроля скрытых дефектов в твердых телах нагревают одну из поверхностей объекта контроля в течение фиксированного времени оптическим излучением источника нагрева и регистрируют нестационарное температурное поле этой поверхности в виде последовательности термограмм. После окончания нагрева остаточное излучение нагревателя перекрывают для устранения отраженного излучения. Также дополнительно перекрывают излучение нагрева при регистрации опорной термограммы в начале нагрева. Скрытые дефекты обнаруживают по отношению двух термограмм, которые выбирают из зарегистрированной последовательности термограмм. Технический результат: повышение достоверности обнаружения дефектов. 2 ил.

Устройство определения сопротивления теплопередачи многослойной конструкции в реальных условиях эксплуатации // 2512663

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для технической диагностики неоднородных конструкций. Устройство для определения сопротивления теплопередачи многослойной конструкции включает датчики температуры и теплового потока и тепловизионное устройство. Согласно изобретению включены счетчик времени измерения, блоки вычисления сопротивления теплопередачи, блок вычисления изменения сопротивления теплопередачи, блок сравнения изменения сопротивления теплопередачи и максимального изменения сопротивления теплопередачи, блок присвоения сопротивления теплопередачи, счетчик периодов времени и блок вычисления приведенного сопротивления теплопередачи. Технический результат - повышение точности результатов исследования. 1 з.п. ф-лы, 14 ил., 2 табл.

Способ контроля качества неразъемных соединений // 2515425

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при диагностике неразъемных соединений, в частности для контроля качества паяных соединений камер сгорания и сопел жидкостных ракетных двигателей. Способ контроля качества неразъемных соединений заключается в том, что первоначально на минимальном удалении от бездефектного участка неразъемного соединения размещают устройство нагрева и вихретоковый преобразователь. Включают нагрев и фиксируют показания вихретокового преобразователя. Затем переставляют устройство нагрева и вихретоковый преобразователь на контролируемый участок неразъемного соединения. Положения нагревательного устройства и вихретокового преобразователя относительно паяного соединения должны быть идентичны их положениям относительно бездефектного участка. Включают нагрев и фиксируют показания вихретокового преобразователя. После чего производят сравнение показаний вихретокового преобразователя, полученных на бездефектном участке и на контролируемом участке, и по разности показателей судят о качестве неразъемного соединения. Технический результат - повышение точности диагностирования качества паяных соединений изделий. 1 ил.

Способ теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов // 2517790

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на обтекатель ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов. Заявленный способ включает нагрев наружной поверхности обтекателя за счет пропускания электрического тока через эквидистантный этой поверхности нагреватель в виде токопроводящей тонкостенной оболочки переменной толщины по высоте, контактирующей с ограничителем из теплоизоляционного материала, также эквидистантным наружной поверхности обтекателя, и измерение температуры. Токопроводящая тонкостенная оболочка расположена к наружной поверхности обтекателя с зазором, в который нагнетают инертный газ под давлением, а ограничитель из теплоизоляционного материала выполнен пористым. Технический результат - расширение температурного диапазона воспроизведения теплового поля на наружной поверхности обтекателей из неметаллических материалов при наземной отработке конструкции. 1 ил.

Способ теплового контроля герметичности крупногабаритного сосуда // 2520952

Изобретение относится к способам теплового контроля герметичности и может быть использовано для контроля герметичности крупногабаритных сосудов, например котлов железнодорожных цистерн. Сущность: непрерывно подают в сосуд водяной пар (рабочее тело), поддерживая постоянство уровней внутреннего давления и температуры рабочего тела. Сканируют поверхность сосуда с регистрацией температурного контраста теплочувствительным устройством. Причем ось визирования теплочувствительного устройства устанавливают наклонно к контролируемой поверхности. Рассчитывают изменение температуры в зависимости от установленного допустимого размера течи. Сравнивают значения изменений измеренной температуры контролируемой поверхности с расчетным значением изменения температуры. При превышении расчетного значения температуры над измеренным значением судят о наличии дефекта и его местоположении на поверхности. Технический результат: повышение достоверности обнаружения течи. 2 ил.

Способ определения степени повреждения силосного корпуса элеватора из сборного железобетона // 2525313

Изобретение относится к пищевой и мукомольно-элеваторной промышленности и используется для оценки степени повреждения швов наружного силоса элеватора из сборного железобетона. Согласно заявленному способу устанавливают тепловизионное устройство с чувствительностью ±0,1°С и длиной волны 2-12 мкм на расстоянии 1-100 м от поверхности элеватора под углом не более 20° при положительной температуре наружного воздуха и разности температур внутри и снаружи силоса не менее 4°С. Далее осуществляют тепловизионную съемку наружной поверхности силосного корпуса. Затем результаты тепловизионной съемки обрабатывают на компьютере и получают термографический отчет, по которому устанавливают максимальную и минимальную температуру на поверхности наружных стен силосного корпуса элеватора и вычисляют разность указанных температур. Устанавливают место и степень повреждения швов наружного силоса элеватора по приведенной методике. Технический результат: повышение точности и информативности получаемой информации о дефектах швов наружного силоса элеватора из сборного железобетона.