Устройство для определения теплопроводности текстильных материалов

 

111 506793

ОП ИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВЙДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 20.06.74 (21) 2035674 28"12 с 1Ipècoc иIt ниtì заявки u¹ (51) М. Кл 2 б 01N 25/20

Государственный комитет (23) Приоритет

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.03,76. Бюллетень № 10

Дата опубликования описани"; 26.05.76 (53) УДК 536.21(088.8) (72) Авторы изобретения

Л, K. Таточенко, H. H. 1Цибилкин и H. М, Башкиров (71) Заявитель Московский ордена Трудового Красного Знамени текстильный институт (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

ТЕКСТИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для определения коэффициента теплопередачи текстильных материалов и пакетов из них, характеризующего их теплозащитные свойства.

Известны приборы для определения теплозащитных свойств текстильных материалов и пакетов из них методом стационарного теплового режима, содержащие нагреватель и холодильник, между которыми располагается исследуемый материал. Вычисление коэффициента теплопередачи в таких приборах производится по известной формуле, исходя из показаний приборов, измеряющих количество электроэнергии, затраченной на нагрев нагревателя.

Недостатком известных приборов, реализующих метод стационарного теплового режима, является длительность испытания одного образца (3 — 4 ч), неравномерность, а также громоздкость устройства теплового потока в нагревателе, вызывающая погрешности измерений.

Для повышения точности и быстродействия измерений предлагаемое устройство снабжено вычислительным блоком, содержащим формирователь импульсов, связанный через первый элемент «И — НЕ» со входом делителя частоты, два электрически связанных триггера

Шмитта, цифровой индикатор, элемент сигнализации циклов измерений и второй элемент

«И — HE», входы которого подключены соответственно к одному из выходов делителя частоты, к выходу первого триггера Шмитта и

5 выходу блока регулирования температуры основного нагревательного элемента, а выход— к цифровому индикатору. Выход второго триггера Шмитта подсоединен ко входу элемента сигнализации циклов измерений и ко входу

10 первого элемента «И вЂ” НЕ», а второй выход делителя частоты подсоединен ко входу первого триггера, третий к другому входу элемента сигнализации циклов измерений. Блок регулирования выполнен в виде трех незави15 симых каналов, соединенных соответственно с датчиками температуры холодильника, основного и дополнительного нагревательного элемента.

На фиг. 1 представлена блок-схема устрой20 ства, на фиг. 2 термокамера с элементами, вид спереди в разрезе.

Блок-схема устройства состоит из термокамеры 1, блока регулирования 2 и измерительного блока 3. Термокамера 1 состоит из осно25 вания 4 квадратной формы, выполненного из стеклотекстолита, на котором закреплена квадратная коробка 5 из пенопласта.

В основание камеры ввернуты четыре шпильки 6, на которые свободно надеваются

30 остальные узлы камеры: теплозащитная пе506?93 нопластовая прокладка 7, охранный нагревательный элемент 8, теплозащитная пенопластовая прокладка 9, рабочий нагревательный элемент 10 по конструкции одинаковый с охранным, холодильник 11. Между рабочим нагревательным элементом и холодильником помещается образец испытуемого материала

12. На поверхностях нагревательных элементов и холодильника закреплены датчики температуры (термопары и термометр сопротивления).

Нагревательный элемент 10 для получения равномерного температурного поля состоит из основного нагревателя, охранного нагревателя и подложки. Основной и охранный нагреватели выполнены в виде печатной платы неразъемной жесткой конструкции из константановой фольги.

В приборе применено полупроводниковое охлаждение. Холодильник 11 представляет собой медную плиту, на одну сторону которой холодными спаями приклеены девять последовательно соединенных термоэлектрических батарей 13. Термоэлектрические батареи равномерно распределены на поверхности плиты от ее центра.

В целях уменьшения термического сопротивления электроизолирующего теплоперехода между медными пластинами термоэлектрических батарей и медной плитой в клей добавлен порошок окиси бериллия, которая имеет теплопроводность такого же порядка, как металлы.

Отвод тепла от горячих спаев термоэлектрических батарей производится с помощью радиаторов 14 из дюралюминия с пластинчатыми ребрами, которые также приклеены к поверхности горячих спаев термоэлектрических батарей клеем с добавкой порошка окиси бериллия. На медной плите закреплены две ручки 15.

Для интенсификации отвода тепла с ребер радиаторов в приборе применен малогабаритный вентилятор.

Датчики температуры 16, 17 и 18 соответственно холодильника 11, рабочего нагревательного элемента 10 и охранного нагревательного элемента 8 показаны на фиг. 1.

Величина коэффициента теплопередачи исследуемого материала определяется исходя из расхода мощности электрической энергии в основном нагревателе рабочего нагревательного элемента 10 и его величина выводится на цифровую индикацию.

Расчет ведется по известной формуле:

К= (! 2) где P — мощность электрической энергии, потребляемая основным нагревателем;

Р— площадь поверхности основного нагревателя;

t> — температура на поверхности медной пластины основного нагревателя;

4 — температура на плите холодильника.

3О

50 г

4

Блок регулирования 2, вычислительный блок 3, а также блок питания прибора выполнены в отдельном корпусе.

Блок регулирования 2 представляет собой три самостоятельных бесконтактных двухпозиционных регулятора и содержит два задатчика температуры 19 и 20, задающих определенную температуру соответственно холодильнику 11 и нагревательному элементу 10, два блока сравнения 21 и 22, три усилителя 23, 24 и 25, выходные каскады которых выполнены по схеме триггера Шмитта. Нагрузкой триггеров являются светодиоды тиристорных оптронов, управляющих тиристорными ключами (выходные блоки 26, 27 и 28) .

Вычислительный блок 3 состоит из формирователя импульсов 29, электронного пересчетного устройства — делителя частоты 30 на 13-ти триггерах, задающего время установления теплового режима термокамеры и время измерения и синхронизованного частотой сети, схемы цифровой индикации 31 на трех счетных декадах, схемы управления на триггерах 32, 33 и схемах «И — НЕ» 34, 35 и схемы сигнализации хода и окончания цикла измерения 36.

Прибор работает следующим образом.

После включения питания прибора происходит установление определенного температурного режима термокамеры 1. Сигналы от датчиков температуры 16, 17 и 18 поступают в блок регулирования 2.

Блоком регулирования 2 осу ществляется поддержание постоянной температуры холодильника 11 и поддержание перепадов температуры между холодильником и нагревательным элементом 10, а также между нагревательными элементами 10 и 8.

Задатчик температуры 19 холодильника, собранный на двух термометрах сопротивления, задает температуру холодильнику. Задание температуры при настройке регулятора осуществляется изменением величины сопротивлений.

Блок сравнения 21, построенный по мостовой схеме, питаемой переменным током, с датчиком 16, термометром сопротивления и задатчиком 19 дает на выходе определенный сигнал. Сигнал разбаланса моста, полученный в блоке сравнения 21 от сравнения величин задатчика 19 и датчика 16, поступает на вход усилителя 25, выходной каскад которого управляет работой триггера Шмитта.

При увеличении температуры холодильника 11 происходит разбаланс измерительного. моста. Сигнал разбаланса усиливается, включается тиристорный ключ, управляемый оптронами в выходном блоке 26, в результате чего происходит включение цепи питания холодильника. Температура холодильника 11 начнет уменьшаться до момента балансировки моста, после чего происходит выключение цепи холодильника.

При разбалансировке моста в обратную сторону напряжение на выход управляемого

506793 выпрямителя йе поступает, т. к. напряжение питания моста и опорное напряжение находятся в противофазе. Температура холодильника начинает увеличиваться, и процесс повторр я ется.

Датчик перепада температуры 17, выполненный из двух встречно включенных термопар, дает сигнал на схему сравнения (блок 22), построенную по схеме моста.

Сигнал разбаланса моста поступает на вход усилителя 23, где усиливается и подается на исполнительное устройство. Схема исполнительного устройства (выходной блок 27) .аналогична вышеизложенной и осуществляет включение и отключение цепи питания нагре. вательного элемента 10.

Датчик 18 нулевого перепада температуры между рабочим 10 и охранным 8 нагревательными элементами, состоящий из двух встречно включенных термопар, дает сигнал на вход усилителя 24. Исполнитсльное устройство (выходной блок 28) аналогично выше изло.женному и осуществляет включение и отключение охранного нагревательного элемента 8.

При постоянных значениях подводимой энергии к основному нагревателю элемента

10, площади поверхности нагревателя, перепада температуры между холодильником 11 и нагревателем и времени измерения коэффициент теплопередачи исследуемого материала определяется временем включения основного нагревателя, которое является и временем включения всего рабочего нагревательного элемента 10, т. к. основной и охранный нагреватели его соединены последовательно.

При включении основного нагревателя сигнал с выхода управляемого выпрямителя усилителя 23 поступает на вычислительный блок

3, который работает следующим образом.

При нажатии кнопки «Измерение», выведенной на панель управления прибора, происходит установка триггеров в начальное состояние и сброс показания счетных декад. На вход делителя частоты 30 посгупает через схему «И — HE» импульсы прямоугольной формы с частотой сети (50 гц) с формирователя импульсов 29. Через 163, 84 секунды, в течение которых происходит вывод нагревательных элементов и холодильника в установившийся режим, происходит опрокидывание триггера 32, который включает схему «И—

НЕ» 35, чем подготавливает счетные декады

31 к счету импульсов.

На вход схемы «И — HE» 35 поступают им- пульсы большой длительности с управляемого выпрямителя усилителя 23, соответствующие включению и отключению нагревателей рабо5

55 чего нагревательного элемента 10 и импульсы малой длительности, поступащие с одного из триггеров делителя частоты 30.

Во время работы основного нагревателя счетные декады осуществляют счет импульсов малой длительности, которые могут быть взяты с любого триггера делителя частоты, чем достигается введение в формулу измерения коэффициента, кратного двум. Через 327, 68 секунды после начала цикла измерения триггер 32 опрокидывается второй раз, что вызывает опрокидывание триггера 33 и отключение делителя частоты 30 от формирователя импульсов 29. На этом цикл измерения заканчивается.

Во время всего цикла измерения индикаторная лампочка схемы сигнализации 36 периодическим включением сигнализирует о ходе цикла измерения, а по окончании цикла она выключается.

Формула изобретения

1. Устройство для определения теплопроводности текстильных материалов, содержащее основной и охранный нагревательные элементы, расположенные в одной плоскости, дополнительный нагревательный элемент, расположенный под ними, холодильник и блок регулирования температуры, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений, оно снабжено вычислительным блоком, содержащим формирователь импульсов, связанный через первый элемент «И — НЕ» со входом делителя частоты, два электрически связанных триггера

Шмитта, цифровой индикатор, элемент сигнализации циклов измерений и второй элемент

«И — НЕ», входы которого подключены соответственно к одному из выходов делителя частоты, к выходу первого триггера Шмитта и выходу блока регулирования температуры основного нагревательного элемента, а выход — к цифровому индикатору, при этом выход второго триггера Шмитта подсоединен ко входу элемента сигнализации циклов измерений и ко входу первого элемента «И вЂ” НЕ», второй выход делителя частоты подсоединен к входу первого триггера Шмитта, третий— к другому входу элемента сигнализации циклов измерений.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок регулирования выполнен в виде трех независимых каналов регулирования, электрически связанных соответственно с датчиками температуры холодильника, основного и дополнительного нагревательных элементов.

506793 «уу» - Рйс. г

Составитель А. Козлов

Техред О. Кудинова

Редгктор Э. Иибаева

Корректор Е. Хмелева

Закгз 1048/9 Изд. № 1211 Тираж !029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комптега Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5

Типо-рафпя, пр. Са упова, д. 2

1ч !

I !

1! 1

"1 1 т !!

2!!

1 — т