Дифференциальный способ измерения теплопроводности материала

 

И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Соввтскик

Социалистическик

Республик

< 651236

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 10.01.77(21) 2452036/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 05.03.795юллетень № g

Дата опубликования описания 08 03 79 (511 M. Кл, G 01 М 25/18

Гееударственный квинтет СССР па делам нзебретеннй н аткрытнй (53} УДК 536.2 (088.8) (72) Авторы изобретения

Ю. A. Емельянов, Л. B. Храмов и М. В. Ефимкина (71) Заявитель (54) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛA

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерению теплопроводности материала и конструкций и может быть использовано в измерительной технике, радиотехнике, приборостроении и автоматике, 5

Известен способ измерения теплопроводности, основанный, например, на создании в образце нестационарного температурного поля и определении резонансных частот механических колебаний об раэца во времени 11) .

Недостатками этого способа являются сложность, недостаточная точность и невозможность проведения измерений теплопроводности материалов и конструкций на различных участках. Это снижает эффективность этого способа и не позволяет автоматизировать процесс измерения тЮплопроводности материалов и конструкций.

Ближайшим техническим решением является способ определения теплопроводности материалов, основанный на

2 сравнении теплопроводности образца и эталона, например, с помощью пьезоэлектрического датчика, вычислении по температурному перепаду на эталонном образце теплового потока, затем, без изменения мощности излучателя, установлении на том же расстоянии от него испытуемого образца и измерении на нем температурного перепада, и определении по известной величине теплового потока коэффициента теплопроводности материала (2) .

Недостатками такого способа являются относительно большие инструментальные погрешности измерения температурного пере :ада эа счет ошибок, возникающих изза неточности поддержания и измерения мощности излучателя теплового потока, а также разнесение во времени измерений образцов.

Цель предлагаемого изобретенияповышение точности, упрощение и автоматизация процесса измерения теплопроводности материала.

В качестве устройства равномерного . распределения сигналов тепла или холода по площади эквивалентных активизируемых поверхностей образцов могут быть использованы, например, тепловые трубки, зеркальные излучатели, оптические преобразователи, лазерные кван20 товые устройства и т. д.

В качестве преобразователей 4, 5 и 6 изменения температур в сигналы изменения частот могут быть использованы, например, пьезоэлектрические или

25 квантовые управляемые температурой цах тепловые потоки, изменение которых

35 лы разностных частот поступают для регистрации на счетчики "".àñòîò, содер50 жвщих компвраторы экстремумов зна3

65 12

Она достигается тем, что измеряют начальную температуру образца и эталона, нагревают или. охлаждают одну из эквивалентных поверхностей образца и эталона, пэ изменению частоты реги 5 стрируют изменение температуры во времени контролируемых эквивалентных поверхностей образца и эталона, измеряют времена экстремальных значений разностей частот, по которым 10 определяют теплопроводность.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, представляющего один из вариантов реализации предлагаемсго способа определения теплопроводности материала, где 1 — эталонный образец; 2 - измеряемый образец;

Э вЂ” излучатель энергии, содержащий преобразователь энергии в изменение температуры и устройство равномерного распределения изменения температуры по эквивалентным активизируемым поверхностям образцов 1 и 2;

4, 5 и 6 — преобразователи изменения температур, на контролируемых поверхностях образцов, в сигналы изменения резонансной частотьц 7 и 8 — смесители сигналов изменения резонансных частот; 9 и 10 — счетчики частоты, содержащие компарвторы частот", 1 1 и 12, - счетчики интервалов времени", 13 - сумматор сигналов интервалов времени; 14-кварцевые часы спрограммным устройством, регламентирующим процесс измерения.

На фиг. 2 представлена временная диаграмма определения положений экстремальных значений сигналов разиостных частот относительно момента

40 начала процесса измерения теплонровод.ности материала на шкале времени.

Устройство измерения теплопроводности материала работает следующим образом.

В начальный момент процесса измерения теплопроводности материала включают кварцевые часы 14, которые одновременно включают излучатель 3 энергии, преобразователи 4, 5 и 6 изменения температур в сигналы изменения резонансной частоты, гмесители 7 и 8, частот, счетчики 9 и 10 частоты счетчики 11 и 12 интервалов времени, сумматор 13 интервалов времени.

Сигнал кванте энергии, например, электрического тока, света, стабилизиро ванных колебаний частоты, электромагни1ного поля, давления, удара, взры-.

36

4 вв, химической реакции и т. д., получаемый с выхода излучателя 3, преобразуют в преобразователе излучателя в сигнал тепла или холода, например, в нагревателе или холодильнике, и подводят его одновременно, через устройство равномерного его распределения по плошади, к эквивалентным активизируемым поверхностям образцов и к преобразователю 6 изменения температуры в изменение резонансной частоты. генераторы частоты.

Величина кванта энергии излучателя для повышения точности регламентируется, в частности, сигналами начала и конца эталонного интервала времени, формируемого кварцевыми часами 14.

Получаемый а выхода излучателя 3 сигнал тепла или холода создает в образприводит к изменению температур на их эквивалентных активизируемых и пассивных поверхностях. С помощью преобразователей 4, 5 и 6 сигналы изменения тепловых потоков, проходящих через сечения эталонного и измеряемого образцов, преобразуют в сигналы изменения частот.

Сформированные в преобразователях

4, 5 и 6 сигналы частот. поступвют нв входы смесителей 7 и 8 частот.

С выхода смесителей частот сигначений этих частот. Изменения значений этих частот характеризует процесс изменения температур нв соответствуюших контролируемых эквивалентных активизируемых и пассивных поверхностях образцов 1 и 2.

При достижении экстремумов значений соответствующих сигналов рвзностных частот в компараторах счетчи

651236 ков формируются сигналы выключения счетчиков 11 и 12 времени.

По полученным в счетчиках значениям устанавливают значение интервалов времени между моментом начала процесса измерения теплопроводности материала и моментами достижения экстремумов значений сигналов разностных частот.

По времени достижения акстремумов сигналов разностных частот в сумматоре 13 определяют знак расположения на шкале времени значения экСтремума разностной частоты измеряемого образца относительно экстремума сигнала разностной частоты эталонного образца (фиг.2).

Затем, зная коэффициент теплопроводности эталонного образца и коэффициенты эквивалентности активизируемых и пассивных контролируемых поверхностей, определяют величину теплопроводности материала измеряемого образца по значению отношения большей величины времени к меньшей величине времени, учитывая при этом знак расположения упомянутых экстремальных значений сигналов разностей частот на шкале времени.

Определение величины теплопроводности образца производят следующим образо. 1

Лоб КЛ эт, где Л, — теплопроводность образца;

Л т — теплопроводность эталона;

И вЂ” коэффициент, характеризующий отношение времен экстремальных значений разностей частот.

Предлагаемый способ определения теплопроводности материала обладает следуюшими технико-экономическими преимуществами.

1. Повышает точность измерения теплопроводности материалов, так квк и в предлагаемом способе используются наиболее перспективные преобразователи температура-частота". Термопреобрвзователи, например, на основе пьезоэлектрических устройств, имеют высокую линейнос1ь (около 0,02% на о, 100, дрейф нуля не превьппвет

+0,01, воспроизводимость при долговременной нестабильности генераторв по-т о рядка 10 соответствует 0,001

2. Упрощает процесс измерения, позволяет его автоматизировать и соот ветств енно удешевить.

3. Позволяет простыми методами с высокой точностью проводить исследование и измерение параметров конструкций, например, гермостагов.

4. Открывает воэможности проектирования ряда новых устройств измерения теплофизических параметров различных материалов.

5, Позволяет определить теплопроводность любых конкретных конструкций, находящихся в месте их эксплуатации.

Формула изобретения

Дифференциальный способ измерения теплопроводности материала, основанный нв сравнении теплопроводности образца и эталона, например, с помощью пьезоэлектрического датчика, о т л ич а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности, упрощения и автоматизации процесса измерения теплопроводности материала, измеряют на— чальную температуру образца и эталона, 35 нагревают или охлаждают одну иэ эквивалентных поверхностей образца и эта о лона, по изменению частоты регистрируют изменение температуры во време» ни контролируемых аквивалентных поверх40 ностей образца и эталона, измеряют времена акстрем альных значений разностей частот, по которым определяют тепл оп р оводн ос ть.

Источники информации, принятые во

45 внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 342117, кл. G 01 М 25/18, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

No. 211835, кл. S Ol И 25/18, 1965.

65 1236

Hue. f

Составитель А. Волков

Редактор Б. Павлов Техред С. Мигай Корректор А. Кравченко

Заказ 795/40 Тираж 1089 Подписное

UHHHl1H Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, r Ужгород, ул. Проектная, 4