Устройство для измерения теплопроводности



Устройство для измерения теплопроводности
Устройство для измерения теплопроводности

 


Владельцы патента RU 2564697:

Общество с ограниченной ответственностью "Внедрение, научное исследование, испытание строительных материалов-Новый Век" (ООО ВНИИСТРОМ-НВ) (RU)

Изобретение относится к области технической физики и предназначено для измерения теплопроводности строительных и теплоизоляционных и иных материалов. Устройство для измерения теплопроводности включает тепловой блок, состоящий из малого измерительного нагревателя, малого охранного нагревательного элемента, выполняющего охранную функцию в случае измерения образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции или выполняющего функцию большого измерительного нагревателя в случае измерения образцов больших размеров, большого охранного нагревательного элемента и двух охранных пластин, холодильный блок, состоящий из основания и охранной пластины, установленной под основанием, и измерительную зону, расположенную между тепловым и холодильным блоками. Причем на основании и на каждой из охранных пластин теплового и холодильного блока закреплены трубы, составляющие змеевидный контур, по которым течет теплоноситель в случае теплового блока и хладоноситель в случае холодильного блока. При этом на каждой из двух торцевых сторон устройства дополнительно размещена боковая охранная зона в виде системы по меньшей мере двух труб с теплоносителем. При этом устройство выполнено с возможностью поворота, обеспечивающего поворот измеряемого образца, находящегося в нем. Технический результат - повышение точности проводимых измерений. 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения теплопроводности строительных, теплоизоляционных и иных материалов с повышенной точностью, в том числе нестандартных (единичный крупноформатный камень, кровельное покрытие) и особо больших размеров (например, большие каменные блоки с разнородной внутренней структурой, кладка из керамических камней, кровля) в области строительной индустрии, в научно-исследовательских и строительных лабораториях.

Уровень техники

Известны устройства для измерения теплопроводности, каждый из которых содержит измерительный блок, включающий верхнюю пластину-нагреватель, нижнюю пластину-холодильник. В пластинах размещены термопары, подключенные к измерительному блоку [патент RU 2096773, опубл. 20.11.1997; патент RU 2124717, опубл. 10.01.1999].

Недостатками устройства являются невозможность измерения образцов больших габаритов и наличие больших погрешностей при измерениях.

Известно устройство для измерения теплопроводности, содержащее тепловую пластину, холодную пластину и измерительный блок. Тепловая и холодная пластина выполнены с помощью модулей Пельтье [http://www.taurus-instmments.de/en/products/thermal-conductivity/taurus/tlp-900-zs-guarded-hot-plate.html?cat=16&cHash=b4514135e71784c59518e36f4d20abe2].

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является устройство для измерения теплопроводности, содержащее тепловой блок, состоящий из малого измерительного нагревателя, большого охранного нагревательного элемента и одной охранной пластины теплового блока, холодильный блок и измерительную зону, расположенную между тепловым и холодильным блоками [http://www.iztech.ru/goods/26/].

Основными недостатком известных устройств является возникновение трудностей равномерного распределения температуры при применении термоэлектрических модулей Пельтье для холодных пластин больших размеров и наличие больших энергозатрат за счет применения вышеуказанных модулей Пельтье.

Сущность изобретения

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании устройства для измерения теплопроводности нестандартных образцов больших размеров с разнородной внутренней структурой, не подвергая их процессу разрезания, с повышенной точностью.

Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении точности проводимых измерений, наличии возможности измерения образцов больших размеров и образцов малых размеров при большой толщине, когда толщина образца превышает его высоту-ширину за счет габаритов установки и снижении энергозатрат, а также приближении проводимых измерений к реальным условиям (возможность поворота измерительной зоны на любой угол и поддержания температуры со стороны холодильного блока до -80, со стороны теплового блока до +60).

Поставленный технический результат достигается за счет того, что устройство для измерения теплопроводности включает тепловой блок, состоящий из малого измерительного нагревателя, служащего для измерения образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции, большого охранного нагревательного элемента и одной охранной пластины теплового блока, и холодильный блок, причем тепловой блок дополнительно содержит малый охранный нагревательный элемент, выполняющий охранную функцию в случае измерения образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции или выполняющий функцию большого измерительного нагревателя в случае измерения образцов больших размеров, причем малый измерительный нагреватель и малый охранный нагревательный элемент выполнены в виде пластин, вложенных одна в другую, а большой охранный нагревательный элемент выполнен в виде прямоугольной рамки, при этом малый измерительный нагреватель, малый охранный нагревательный элемент и большой охранный нагревательный элемент образуют единую измерительную систему нагревателей, вторую охранную пластину теплового блока, установленную над первой охранной пластиной теплового блока, при этом холодильный блок состоит из основания холодильного блока прямоугольной формы и охранной пластины холодильного блока, установленного под основанием, причем на основании холодильного блока и на каждой из охранных пластин теплового и холодильного блока закреплены трубы, составляющие змеевидный контур, по которым течет теплоноситель в случае теплового блока и хладоноситель в случае холодильного блока, между единой измерительной системой нагревателей, первой охранной пластиной и второй охранной пластиной теплового блока, а также между основанием холодильного блока и охранной пластиной холодильного блока находится теплоизоляция, причем на каждой из двух торцевых сторон устройства дополнительно размещена боковая охранная зона в виде системы, по меньшей мере, двух труб с теплоносителем, при этом температура в каждой трубе измеряется и регулируется в зависимости от температуры в тепловом и холодильном блоке, причем устройство выполнено с возможностью поворота, обеспечивающего поворот измеряемого образца, находящегося в нем. Кроме того, в частном случае реализации изобретения минимальный размер измерительной зоны составляет 219×250 мм, при минимальном размере малого измерительного нагревателя 219×250 мм.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения при выполнении малым охранным нагревательным элементом функции большого измерительного нагревателя максимальный размер измерительной зоны составляет 1700×1700 мм, при размере малого охранного нагревательного элемента 1500×1500 мм. Кроме того, в частном случае реализации изобретения на малом измерительном нагревателе, малом охранном нагревательном элементе, большом охранном нагревательном элементе установлены эталонные платиновые датчики температуры.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения эталонные платиновые датчики температуры установлены с возможностью их периодического съема для повторной проверки.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения в качестве теплоизоляции между единой измерительной системой нагревателей и первой охранной пластиной теплового блока используется жесткая теплоизоляция. Кроме того, в частном случае реализации изобретения в качестве теплоизоляции между первой и второй охранной пластиной теплового блока и между основанием холодильного блока и охранной пластиной холодильного блока используется насыпная теплоизоляция.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения тепловой и холодильный блоки закреплены на четырех направляющих, которые движутся внутри линейных подшипников, для соблюдения параллельности всех элементов вышеуказанных блоков между собой.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения устройство дополнительно содержит домкраты, расположенные сверху и снизу, обеспечивающие автоматическое прижимание и фиксацию теплового и холодильного блока к измеряемому образцу с целью повышения точности измерения.

Кроме того, в частном случае реализации изобретения устройство дополнительно содержит системы орошения и излучающие лампы, моделирующие солнечный свет и дождь.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг. 1 изображен общий вид устройства для измерения теплопроводности, где:

1 - малый измерительный нагреватель,

2 - малый охранный нагревательный элемент,

3 - большой охранный нагревательный элемент,

4 - жесткая теплоизоляция,

5 - насыпная теплоизоляция,

6 - трубы в виде змеевидного контура, закрепленные на первой охранной пластине теплового блока,

7 - трубы в виде змеевидного контура, закрепленные на второй охранной пластине теплового блока,

8 - вторая охранная пластина теплового блока,

9 - первая охранная пластина теплового блока,

10 - направляющая,

11 - линейный подшипник,

12 - боковая охранная зона,

13 - вал,

14 - большая цепная звездочка,

15 - подшипник,

16 - основание холодильного блока,

17 - трубы в виде змеевидного контура, закрепленные на основании холодильного блока,

18 - охранная пластина холодильного блока,

19 - трубы в виде змеевидного контура, закрепленные на охранной пластине холодильного блока,

20 - домкрат,

21 - ось,

22 - измерительная зона.

На фиг. 2 изображен фронтальный разрез единой измерительной системы нагревателей, где:

1 - малый измерительный нагреватель,

2 - малый охранный нагревательный элемент,

3 - большой охранный нагревательный элемент.

Для измерения теплопроводности материалов с повышенной точностью нестандартных и особо больших размеров предлагается устройство, создающее стационарный тепловой поток в образце, на основании которого измеряется теплопроводность. Стационарный тепловой поток через исследуемый образец создается с помощью теплового блока за счет наличия в нем малого измерительного нагревателя 1, предназначенного для измерения образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции, малого охранного нагревательного элемента 2, который помимо охранной функции, заключающейся в исключении тепловых потерь из малого измерительного нагревателя 1 в случае измерения образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции, может выполнять функцию большого измерительного нагревателя в случае измерения образцов больших размеров, большого охранного нагревательного элемента 3 и холодильного блока. Тепловой поток создается из-за разницы температур между тепловым и холодильным блоками. Большой охранный нагревательный элемент 3 представляет собой прямоугольную рамку и предназначен для предотвращения тепловых потерь из измерительного нагревателя 1 и охранного нагревательного элемента 2. Охранные пластины теплового блока 9, 8 предназначены для исключения тепловых потерь из единой измерительной системы нагревателей 1-3. На первой и второй охранной пластине теплового блока 9, 8 закреплены трубы в виде змеевидного контура 6 и 7 соответственно, по которым течет теплоноситель. Наличие труб в виде змеевидного контура, по которым течет теплоноситель, позволяет поддерживать равномерное распределение температуры на всех измерительных нагревателях 1-3 с повышенной точностью, за счет чего создается однонаправленный тепловой поток от измерительной системы нагревателей 1-3 в сторону образца. Также повышению точности измерений и равномерности поддержания температуры способствует наличие второй охранной пластины 8 в тепловом блоке. Холодильный блок состоит из алюминиевого основания 16 холодильного блока прямоугольной формы, на котором закреплены трубы в виде змеевидного контура 17, по которым течет хладоноситель (например, спирт). Под основанием холодильного блока 16 размещена охранная пластина холодильного блока 18, выполненная из алюминия, на которой закреплены трубы в виде змеевидного контура 19, по которому также течет хладоноситель. Охранная пластина холодильного блока 18 воспринимает на себя основной поток тепла из окружающей среды, минимизируя тем самым приток тепла от наружного воздуха к основанию холодильного блока 16 и обеспечивая тем самым необходимое для проведения измерений равномерное поддержание температуры по всей длине основания холодильного блока 16. На основании холодильного блока 16 возможно осуществить поддержание температуры до -80 С. Малый измерительный нагреватель 1, малый охранный нагревательный элемент 2, большой охранный нагревательный элемент 3 оснащаются эталонными платиновыми датчиками температуры (на чертежах не показаны) и автоматизированной аппаратурой для ее поддержания с целью минимизирования возможных разнонаправленных тепловых потоков от системы измерительных нагревателей. В качестве датчиков температуры применяются эталонные платиновые термометры, поверенные в установленном порядке. Причем предусмотрена возможность периодического съема этих датчиков для их повторной поверки. Между единой измерительной системой нагревателей 1-3 и первой охранной пластиной теплового блока 9 находится теплоизоляция 4, преимущественно жесткая - полистирольный пенопласт ПС-1-150, а между первой 9 и второй 8 охранными пластинами теплового блока и между основанием холодильного блока 16 и охранной пластиной холодильного блока 18 - теплоизоляция 5, преимущественно насыпная - круглые гранулы пенополистирола диаметром 1-2 мм. Назначение теплоизоляции - снижение возможного разнонаправленного движения тепловых потоков от единой системы измерительных нагревателей 1-3. При этом размеры малого измерительного нагревателя 1, малого охранного нагревательного элемента 2 и большого охранного нагревательного контура 3 могут быть изменены под конкретные измерения путем замены элементов вышеуказанной единой измерительной системы нагревателей 1-3 на новые других размеров в короткие сроки (сутки-двое).

Минимальный размер малого измерительного нагревателя составляет 219×250 мм, что таким образом задает соответствующий минимальный размер измерительной зоны 22 - 219×250 мм. Именно такие размеры измерительной зоны 22 предпочтительны при проведении измерений теплопроводности камня керамического крупноформатного со стандартными размерами лицевой и задней стороны 250×219 мм. Кроме того, при таких размерах измерительной зоны 22 возможно проводить измерения теплопроводности любых других материалов, в частности образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции (например, единичного образца кладки из керамических камней).

При выполнении малым охранным нагревательным элементом 2 функции большого измерительного нагревателя максимальный размер измерительной зоны составляет 1700×1700 мм, при размере малого охранного нагревательного элемента 2 - 1500×1500 мм, что позволяет измерять исследуемый образец со следующими максимальными габаритами: 1700×1700×700 мм. Измерительная зона 22 с такими размерами дает возможность измерять тепловой поток, а как следствие теплопроводность и термическое сопротивление больших неоднородных конструкций, например оконных проемов (сам стеклопакет имеет одно сопротивление теплопередаче, а рама, которая держит стеклопакет, а далее стена имеют другое значение). Можно установить конструкцию стены с окном и померить сопротивление теплопередаче всех этой конструкции. Таким образом наличие измерительной зоны таких размеров позволяет измерять большие неоднородные конструкции.

Таким образом за счет наличия в заявляемом устройстве дополнительного малого охранного нагревательного элемента 2, выполняющего помимо охранной функции еще и функцию большого измерительного нагревателя возможно проведение мультикомплексных измерений образцов как малых размеров, так и крупногабаритных образцов большой толщины.

Для отсечения боковых теплопритоков в исследуемый образец на каждой из двух торцевых сторон заявляемого устройства дополнительно размещена боковая охранная зона 12 в виде системы, по меньшей мере, двух труб с теплоносителем, температура в каждой трубе измеряется и регулируется в зависимости от температуры в тепловом и холодильном блоке и конструкции измеряемого образца. При наличии только одной трубы в боковой охранной зоне 12 не удается достигнуть большой точности измерений. Максимальное количество труб в системе предпочтительно выполнять не более 100. Размещение большего количества труб в боковой охранной зоне 12 является экономически неоправданным и трудоемким. Причем система труб боковой охранной зоны 12 выполняет как защитную функцию от боковых теплопритоков к образцу, так и защитную функцию от боковых теплопритоков в тепловой и холодильный блоки.

Также с помощью боковой охранной зоны 12 представляется возможным моделировать неравномерность приращения температуры от плоскости к плоскости, что актуально при измерении слоистых конструкций с несущей частью и теплоизолирующей. Наличие боковой охранной зоны 12 с возможностью регулирования и распределения температуры в ней за счет наличия системы, по меньшей мере, двух труб позволяет отсекать боковые теплопритоки как к исследуемому образцу, так и к тепловому и холодильному блокам, что приводит к повышению точности измерения при большой толщине исследуемого образца малого размера (например, камня крупноформатного 14,3 НФ) и слоистых конструкций больших толщин. Например, двуслойная стена из несущего бетона и теплоизоляции. В бетоне будет примерно одна температура, соответственно в боковой охранной зоне 12 напротив бетона тоже будет такая же температура, а в сечении теплоизоляции температура будет значительно разниться, следовательно, в боковой охранной зоне 12 напротив теплоизоляции температура будет примерно соответствовать температуре в теплоизоляции в каждом сечении. Также наличие боковой охранной зоны приводит к повышению точности измерений при низкотемпературных испытаниях, например, когда температура в холодильном блоке - 60°C.

Тепловой и холодильный блоки закреплены на четырех направляющих 10, которые ходят внутри линейных подшипников 11. Наличие 4-х линейных направляющих позволяет соблюдать параллельность всех элементов теплового и холодильного блоков между собой (отсутствует перекос при сжатии) и приводит к повышению надежности и точности (обеспечивается более плотное прилегание теплового и холодильного блоков).

Домкраты 20, установленные на противоположных сторонах заявляемого устройства, предназначены для регулирования положения теплового и холодильного блоков с целью измерения материалов и конструкций разной толщины. Также домкраты 20 позволяют прижимать тепловой и холодильный блок друг к другу или к образцу с усилием 40000 Ньютонов. Такое усилие гарантирует плотный контакт между образцом и блоками. Также это усилие может быть использовано для подпрессовки засыпок. Например, более четкое моделирование ситуации с засыпкой полов гравием из пеностекла. Нет необходимости предварительной утрамбовки перед испытанием.

Тепловой и холодильный блок могут открываться с помощью поворота относительно оси 21. Вся установка может вращаться на 180 градусов (90 градусов от вертикали в одну сторону и 90 градусов от вертикали в другую сторону) с помощью вала 13, закрепленного в подшипниках 15. Вращение производиться путем подключения двигателя с малой цепной звездочкой к большой цепной звездочке 14. Устройство поворота дает возможность моделирования различных углов наклона конструкции (например, крыш) и изучения конвективных составляющих теплопередачи. Возможность поворота установки и, следовательно, возможность поворота исследуемого образца в ней повышает правильность проведения испытания по отношению к реальным условиям и точность измерения. Так, например, воздушный зазор в 5 см при направлении тепла сверху-вниз имеет теплопроводность в 2 раза меньше, чем при направлении тепла справа-налево (или слева-направо), т.е. при повороте на 90 градусов. Это актуально при проведении измерений теплопроводности щелевого кирпича, конструкций кровель, которые в реальных условиях располагаются под углом, а не параллельно или перпендикулярно.

Заявляемое изобретение при необходимости оснащается дополнительно системами орошения и излучающими лампами, моделирующими солнечный свет и дождь.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Открываем заявляемое устройство для измерения теплопроводности и устанавливаем исследуемый образец в измерительной зоне 22 между тепловым и холодильным блоками. При необходимости оставшееся пространство заполняем теплоизоляционным материалом. Далее закрываем заявляемое устройство и с помощью домкратов 20 придавливаем холодильный и нагревательный блоки к исследуемому образцу. Поворачиваем на заданный угол установку в зависимости от исследуемого образца, находящегося в нем, и осуществляем включение установки. Задаем параметры температуры в холодильном блоке, а именно температуру основания холодильного блока 16, путем подачи хладоносителя в трубы змеевидного контура 17, на выходе из 17 хладоноситель поступает сразу в трубы змеевидного контура 19, закрепленные на охранной плите холодильного блока 18. Задаем параметры температуры в тепловом блоке, а именно температуры в единой измерительной системе нагревателей 1-3 и на первой охранной пластине теплового блока 9 (все температуры должны быть одинаковые), путем подачи теплоносителя в трубы змеевидного контура 6, закрепленные на первой охранной пластине теплового блока 9, на выходе из 6 теплоноситель поступает сразу в трубы змеевидного контура 7, закрепленные на второй охранной пластине теплового блока 8. Задаем температуру в боковой охранной зоне 12 путем подачи теплоносителя в систему, по меньшей мере, двух труб, в зависимости от исследуемой конструкции. В случае однородной конструкции осуществляется равномерное распределение температуры по слоям. В случае неоднородной (слоистой) конструкции осуществляется неравномерное распределение температуры по слоям, исходя из приблизительных расчетов распределения температуры (данные для расчета берутся по плотности и названию материала из общепринятых Стандартов и ГОСТов). Далее ждем стабилизации всех параметров, в том числе и температур внутри исследуемого образца. В заявляемом устройстве создается стационарный тепловой поток, проходящий через исследуемый образец, из-за разницы температур между единой измерительной системой нагревателей 1-3 и холодильным блоком 16-19. В случае измерения образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции у измерительного нагревателя 1 измеряется мощность, необходимая для поддержания его температуры постоянной. В случае измерения образцов больших размеров измеряется дополнительно мощность у малого охранного нагревательного элемента 2, выполняющего в данном случае функцию большого измерительного нагревателя, необходимая для поддержания его температуры постоянной. Исходя из мощности измерительного нагревателя 1 и его площади или из суммарной мощности малого измерительного нагревателя 1 и малого охранного нагревательного элемента 2 и их суммарной площади, с помощью известных формул рассчитывается тепловой поток через исследуемый образец, который необходим для расчета термического сопротивления либо теплопроводности.

Тепловой поток=потребляемая мощность нагревателя / площадь нагревателя q=Q/S, (Вт/мм2)

теплопроводность=тепловой поток × толщина образца / разница температур между основанием (16) и единой измерительной системой нагревателей (1-3) λ=q×δ/Δt (Вт/(мм×°C))

Вычисления теплового потока и соответственно теплопроводности осуществляются автоматизированно с помощью заданной программы в контроллере (на чертежах не показан). После проведенных вычислений и получения значения теплопроводности исследуемого образца выключаем заявляемое устройство и вынимаем из него образец.

Использование заявляемого устройства для измерения теплопроводности позволяет просто, надежно и с большой точностью проводить исследования как малых образцов большой толщины, не разрезая их, так и образцов больших габаритов. Кроме того, применение теплоносителя в трубах змеевидного контура 6, 7 по всех длине первой и второй охранных пластин теплового блока 9, 8 и хладоносителя в трубах змеевидного контура 17 по всей длине основания холодильного блока 16 и охранной пластины холодильного блока 18 существенно снижает энергозатраты по сравнению с применением модулей Пельтье, как в известных устройствах. Кроме того, такое устройство холодильного и теплового блоков приводит к повышению точности измерений за счет равномерного поддержания температуры, а наличие именно единой измерительной системы нагревателей 1-3 позволяет измерять как малые образцы большой толщины, так и, например, кладку в целом. При этом наличие большого количества охранных элементов (малого охранного измерительного элемента 2, охранных пластин теплового блока 9, 8) позволяет с большей вероятностью избежать тепловых потерь из единой измерительной системы нагревателей 1-3, приводя тем самым к повышению точности проводимых измерений. Кроме того, заявляемое устройство позволяет измерять образцы с размерами до 1700×1700×700 мм, т.е. позволяет измерять полноценные большие неоднородные конструкции, а не отдельно элементы, например крупноформатные камни, также возможно осуществить измерение теплопроводности толстых изделий (до 700 мм) целиком, не разрезая их на слои. Также наличие боковой охранной зоны 12 в заявляемом устройстве приводит к повышению точности измерения при большой толщине исследуемого образца и неравномерному температурному распределению внутри образца.

Предложение соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку его изготовление возможно при использовании существующих средств производства с применением известных технологий.

1. Устройство для измерения теплопроводности, включающее тепловой блок, состоящий из малого измерительного нагревателя, служащего для измерения образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции, большого охранного нагревательного элемента и одной охранной пластины теплового блока, холодильный блок и измерительную зону, расположенную между тепловым и холодильным блоками, отличающееся тем, что тепловой блок дополнительно содержит малый охранный нагревательный элемент, выполняющий охранную функцию в случае измерения образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции или выполняющий функцию большого измерительного нагревателя в случае измерения образцов больших размеров, причем малый измерительный нагреватель и малый охранный нагревательный элемент выполнены в виде пластин, вложенных одна в другую, а большой охранный нагревательный элемент выполнен в виде прямоугольной рамки, при этом малый измерительный нагреватель, малый охранный нагревательный элемент и большой охранный нагревательный элемент образуют единую измерительную систему нагревателей, вторую охранную пластину теплового блока, установленную над первой охранной пластиной теплового блока, при этом холодильный блок состоит из основания холодильного блока прямоугольной формы и охранной пластины холодильного блока, установленной под основанием, причем на основании холодильного блока и на каждой из охранных пластин теплового и холодильного блока закреплены трубы, составляющие змеевидный контур, и по которым течет теплоноситель в случае теплового блока и хладоноситель в случае холодильного блока, между единой измерительной системой нагревателей, первой охранной пластиной и второй охранной пластиной теплового блока, а также между основанием холодильного блока и охранной пластиной холодильного блока находится теплоизоляция, при этом на каждой из двух торцевых сторон устройства дополнительно размещена боковая охранная зона в виде системы, по меньшей мере, двух труб с теплоносителем, причем температура в каждой трубе измеряется и регулируется в зависимости от температуры в тепловом и холодильном блоке, при этом устройство выполнено с возможностью поворота, обеспечивающего поворот измеряемого образца, находящегося в нем.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что минимальный размер измерительной зоны составляет 219×250 мм при минимальном размере малого измерительного нагревателя 219×250 мм.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что при выполнении малым охранным нагревательным элементом функции большого измерительного нагревателя максимальный размер измерительной зоны составляет 1700×1700 мм при размере малого охранного нагревательного элемента 1500×1500 мм.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на малом измерительном нагревателе, малом охранном нагревательном элементе, большом охранном нагревательном элементе установлены эталонные платиновые датчики температуры.

5. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что эталонные платиновые датчики температуры установлены с возможностью их периодического съема для повторной проверки.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве теплоизоляции между единой измерительной системой нагревателей и первой охранной пластиной теплового блока используется жесткая теплоизоляция.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве теплоизоляции между первой и второй охранной пластиной теплового блока и между основанием холодильного блока и охранной пластиной холодильного блока используется насыпная теплоизоляция.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что тепловой и холодильный блоки закреплены на четырех направляющих, которые движутся внутри линейных подшипников для соблюдения параллельности всех элементов вышеуказанных блоков между собой.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит домкраты, расположенные сверху и снизу, обеспечивающие автоматическое прижимание и фиксацию теплового и холодильного блока к измеряемому образцу.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит системы орошения и излучающие лампы, моделирующие солнечный свет и дождь.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области изучения теплофизических свойств материалов и может быть использовано для определения теплопроводности материалов. Способы характеристики неоднородности и определения теплопроводности материалов предусматривают нагрев поверхности образцов неоднородных материалов в процессе движения относительно друг друга образцов, источника нагрева и блока регистрации температуры.

Изобретение относится к способам определения теплофизических характеристик твердых тел и позволяет измерять теплопроводность образцов твердых тел, являющихся малыми во всех трех измерениях.

Изобретение относится к теплофизическим измерениям и может быть использовано в теплофизическом приборостроении. Способ заключается в нагревании одной из поверхностей образца или ее участка до максимальной температуры, которую поддерживают до момента времени, когда измеряемая разность температур на границах исследуемого участка уменьшится до заданного значения.

Изобретение относится к стационарным способам определения теплопроводности твердого тела и может быть использовано в строительстве и теплоэнергетике для проведения в натурных условиях теплофизических исследований теплоизоляционных материалов, установленных на трубопроводах круглого сечения.

Изобретение относится к области исследования теплофизических свойств материалов и может быть использовано в теплофизическом приборостроении. Способ осуществляют путем двух тепловых воздействий на двухслойную пластину с последующими охлаждениями, измерения разности температур и теплового потока.

Изобретение относится к способам измерений теплопроводности веществ, материалов и изделий и может быть использовано в теплофизическом приборостроении. Способ осуществляют путем теплового воздействие на образец с последующим охлаждением, измерения разности температур на границах исследуемого участка образца и количества тепла, поступившего в него за время интегрирования разности.

Изобретение относится к нефтегазовой промышленности и касается определения тепловых свойств пород, слагающих разрез скважины и пласт в целом. Техническим результатом является повышение точности измерения среднеинтегрального значения теплопроводности горных пород по разрезу скважины и определение коэффициентов теплопередачи через НКТ и через обсадную колонну, а также длины циркуляционной системы скважины.

Изобретение относится к бесконтактным методам исследований теплофизических характеристик твердых тел и может быть использовано для исследований теплофизических характеристик изделий, используемых в авиакосмической, машиностроительной и энергетической промышленности.

Изобретение относится к теплофизике и может быть использовано для определения степени черноты поверхности композитных и тонкопленочных материалов. Способ основан на применении нагрева поверхности образца и регистрации радиационной температуры от образца с покрытием известного значения степени черноты и от образца без покрытия.

Изобретение относится к способам определение теплопроводности и температуропроводности материалов. В соответствии с предлагаемым способом регистрируют электрические сигналы, соответствующие начальным температурам поверхностей исследуемого образца материала по меньшей мере двух эталонных образцов с известными теплопроводностью и температуропроводностью.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных материалов. Сущность заявленного способа заключается в определении измерителем теплопроводности эквивалентного коэффициента теплопроводности плоского трехслойного образца квадратного сечения, состоящего из двух одинаковых теплопроводных эталонов известной толщины с известным коэффициентом теплопроводности материала и слоя жидкой тепловой изоляции известной толщины, расположенного между эталонами. По известным значениям коэффициентов теплопроводности плоского трехслойного образца и теплопроводных эталонов, толщинам отдельных слоев плоского трехслойного образца (эталонов и жидкой тепловой изоляции) вычисляют по специальной расчетной формуле коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции. Технический результат - повышение точности определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции в лабораторных условиях. 1 ил.

Изобретение относится к области теплофизики и может быть использовано для определения тепловой проводимости контактов между прозрачными образцами или между прозрачным и высокотеплопроводным образцами. Систему, состоящую из двух прозрачных образцов либо двух прозрачных и закрепленного между ними высокотеплопроводного образца, где все образцы выполнены в форме прямоугольных параллелепипедов с одинаковыми основаниями, которыми образцы приведены в контакт, помещают в интерферометр. Световой пучок интерферометра направляют перпендикулярно одной из боковых граней каждого прозрачного образца. При создании в системе стационарного одномерного теплового потока, направленного перпендикулярно плоскости контакта, интерференционным методом измеряют изменение профиля фазы светового пучка интерферометра, проходящего через прозрачные образцы. Тепловую проводимость любого из контактов вычисляют из измеренного изменения профиля фазы светового пучка интерферометра, известной теплопроводности и геометрических размеров образцов. Технический результат - повышение достоверности получаемых результатов. 1 ил.

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения относительной теплопроводности материалов. Плоский исследуемый образец известной толщины помещают между двумя алмазными наковальнями с теплопроводностью, существенно превышающей теплопроводность образца, и подвергают высокому давлению, предварительно установив в верхнюю наковальню нагреватель. Затем изменяют величину внешнего воздействия давления. По изменению разности температур между верхней и нижней наковальнями рассчитывают относительное изменение теплопроводности образца при изменении давления. Мощность источника теплоты при этом постоянна. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 2 ил.

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано в строительной теплотехнике и различных отраслях промышленности. Согласно заявленному способу осуществляют нагрев исследуемого объекта воздействием импульса СВЧ-излучения, измерение в заданный момент времени после воздействия импульса СВЧ-излучения избыточной температуры на теплоизолированной от окружающей среды поверхности исследуемого изделия в двух точках, находящихся на расстояниях Х1 и Х2 от плоскости электромагнитного воздействия. Определяют зависимость затухания мощности теплового воздействия от глубины исследуемого тела. Затем осуществляют прямолинейную аппроксимацию участка полученной кривой, ограниченного поверхностью исследуемого объекта и точкой, расстояние до которой берется равным значению, превышающим на порядок расстояние до наиболее удаленной от линии теплового воздействия точки контроля х2 избыточной температуры. Измеряют угол α между аппроксимирующей прямой и поверхностью исследуемого тела. Устанавливают рупорную антенну СВЧ-излучения под углом α к поверхности исследуемого тела и осуществляют импульсное тепловое воздействие. Имея информацию о мощности теплового воздействия на исследуемое изделие и измеренных избыточных температур в точках контроля, искомые теплофизические характеристики определяют на основе полученных математических соотношений. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 5 ил., 3 табл.

Изобретение относится к наноэлектронике и наноэлектромеханике. Для нагрева пленочного образца и измерения его электрического сопротивления помещают образец в корпус кварцевого реактора. Внутри корпуса образец размещают в С-образных зажимах с плоскими губками, выполненными из вольфрамовой проволоки. Образец устанавливают в плоских губках с натягом, величина которого достаточна для удержания образца в заданном положении при нагреве С-образных зажимов. С-образные зажимы раскрепляют на растяжках, выполненных в виде пружин из вольфрамовой проволоки меньшего диаметра. При помощи резистивного подогревателя, размещенного на поверхности корпуса, производят нагрев образца до заданной температуры. Через С-образные зажимы и растяжки на образец подают измерительный ток и определяют напряжение. Измерение температуры образца осуществляют при помощи термопары, которую предварительно устанавливают в центральной части корпуса. Необходимое расстояние от поверхности образца до измерительного элемента термопары и его центрирование по отношению к термопаре осуществляют при помощи упомянутых растяжек. Обеспечивается стабильность электрического контакта и равномерный прогрев образцов. 1 ил.

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано в строительной теплотехнике и различных отраслях промышленности. Согласно заявленному способу на поверхность исследуемого твердого строительного материала воздействуют электромагнитным полем СВЧ-диапазона с частотой не менее 10 ГГц, осуществляя нагрев исследуемого полуограниченного в тепловом отношении тела. Имея информацию о мощности генератора СВЧ-излучения, воздействующего на исследуемый объект, информацию о тепловом потоке с поверхности круговой области, искомые теплофизические характеристики (ТФХ) определяют по математическим соотношениям, полученным на основании модельных представлений физических процессов, происходящих в исследуемых объектах при воздействии на их поверхность высокочастотным электромагнитным полем. Технический результат - повышение точности получаемых данных. 3 ил., 2 табл.

Изобретение относится к способам измерения теплофизических свойств веществ и может быть использовано в геофизике для оценки глубинных тепловых полей, условий образования и разрушения гидратов углеводородных газов в флюидонасыщенных породах пластовых резервуаров месторождений углеводородов, исследования анизотропии теплопроводности насыщенных горных пород. Заявлен способ измерения влияния давления до 100 МПа на теплопроводность флюидонасыщенных пористых тел, представляющий собой разновидность стационарного способа плоского слоя, в котором одинаковые образцы, расположенные симметрично относительно нагревателя, гидравлически изолированы друг от друга. Технический результат - повышение информативности за счет обеспечения возможности в одном опыте измерять влияние гидростатического давления на теплопроводность насыщенного пористого образца относительно теплопроводности такого же образца, находящегося при атмосферном давлении. 1 ил.

Изобретение относится к области измерения теплофизических характеристик физических сред и может быть использовано в морской биологии и химии для расчета температурных условий существования биологических объектов и течения химических реакций в верхнем слое донных осадков в условиях изменяющейся температуры водного слоя. Способ включает измерение и регистрацию температуры на двух горизонтах в донных осадках и температуры придонного слоя воды в течение 12-15 час, с последующим вычислением эквивалентного коэффициента температуропроводности (а экв) по формуле а э к в = ∂ T ∂ t ∂ 2 T ∂ z 2 , где ∂Т - изменение температуры; ∂t - изменение времени, ∂z - изменение глубины от поверхности осадка. Суть способа основана на использовании морских приливов в качестве естественного источника тепла, температура которого периодически изменяется во времени, доставляя в максимуме прилива более холодную придонную воду из больших глубин в менее глубокие районы акваторий. Технический результат - повышение точности измерений эквивалентной температуропроводности донного грунта. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для теплофизических исследований теплозащитных покрытий на днище поршня и наблюдения за распределением тепловых потоков в днище поршня по скорости повышения температуры его внутренней поверхности при нагреве с внешней стороны, и может быть использовано для исследования эффективности влияния теплозащитного покрытия на температуру поршня. Устройство наблюдения за распределением тепловых потоков в днище поршня для оценки эффективности теплозащитных покрытий на нем включает баллон сжиженного газа с насадкой, соединенный через регулировочный кран с ротаметром, соединенным шлангом с горелкой Бунзена, которая установлена под испытуемым поршнем, помещенным в цилиндре, имеющем отверстие в нижней части и закрепленном на штативе, на котором также закреплен тепловизор, расположенный над поршнем с его внутренней стороны, причем в нижней части цилиндра установлен защитный экран, а также подвижная заслонка с возможностью перекрытия отверстия в цилиндре. Применение заявляемого устройства позволяет повысить точность определения температуры внутренней поверхности днища поршня во всех ее точках и, соответственно, повысить эффективность оценки теплозащитных покрытий на днище поршня. 1 ил.

Изобретение относится к технологиям сушки и термовлажностной обработки пористых проницаемых материалов, в частности к способам определения коэффициентов тепло- и массопроводности пористых материалов. Данный способ заключается в определении значений физических констант (объемной плотности, удельной теплоемкости, массоемкости), разности температур или парциальных давлений, определении внутренней эффективной поверхности переноса субстанций (теплоты, влаги) и расчете коэффициентов тепло- и массопроводности по квантово-термодинамическим уравнениям, полученным аналитическим путем. Техническим результатом изобретения является упрощение процесса определения коэффициентов тепло- и массопроводности, а также обеспечение получения точных и однозначных результатов измерения указанных параметров. 4 ил., 1 табл.
Наверх