Изобретение относится к технической физике, в частности к теплофизическим измерениям. Область применения - определение теплофизических характеристик твердых и дисперсных материалов в виде стержней.
Известен способ определения теплофизических свойств материалов (ТФС), основанный на принципе квазистационарного режима, в котором неограниченную пластину толщиной 2R нагревают с обеих сторон тепловым потоком постоянной мощности Q и регистрируют значения температур на поверхности и в центре пластины. (Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов). - М.: Физматгиз, 1962, с.177-182).
Недостатком этого способа является длительное время наступления квазистационарного теплового режима для неограниченной пластины и необходимость внедрения датчика температуры в центр исследуемого материала.
Известен также способ определения коэффициента теплопроводности тонких труб и стержней, наиболее близкий к данному техническому решению, заключающийся в том, что исследуемый образец нагревают постоянным тепловым потоком так, что в трех точках контроля измеряют значения температур, удовлетворяющих заранее заданному соотношению (авторское свидетельство СССР 1782320, кл. G 01 N 25/18, 1992).
Недостатком способа является низкая точность измерений.
Техническим результатом предполагаемого изобретения является повышение точности теплофизических измерений.
Сущность изобретения заключается в том, что используют источники тепла постоянной мощности, которыми воздействуют на теплоизолированные эталонный и испытуемый материалы в виде ограниченных стержней равной длины, источники тепла имеют одинаковую мощность и прикладываются к одному из торцов каждого стержня, при наступлении квазистационарного теплового режима измеряют значения температур датчиком температуры в фиксированной точке контроля испытуемого материала и подвижным датчиком температуры в точке контроля эталонного материала, подвижный датчик перемещают вдоль стержня в точку, где выполняется условие определяют отношение скоростей изменения температур и координату подвижного датчика температуры, ТФС испытуемого материала определяют по формулам:
где а2 - коэффициент температуропроводности испытуемого материала, λ2 - коэффициент теплопроводности испытуемого материала, а1 - коэффициент температуропроводности эталона, λ1 - коэффициент теплопроводности эталона, R - длина стержней, х1 - координата точки контроля подвижного датчика, х2 - координата фиксированной точки контроля испытуемого материала, Т1 - значение температуры в точке х1, Т2 - значение температуры в точке х2.
Приведенные формулы получают на основании следующих рассуждений. При действии на теплоизолированный стержень ограниченной длины с одного из торцов источником тепла постоянной мощности и при наступлении квазистационарного теплового режима, наступающего при значениях имеет место линейная функция относительно τ, которая для эталонного и испытуемого материалов имеет вид:
На основании (3) угловой коэффициент для каждой линейной функции рассчитывают как:
Из полученных пропорций получают следующее равенство:
анализ которого показывает, что если функцию Т1 умножить на отношение угловых коэффициентов, а именно то график новой функции будет параллелен функции Т2, фиг.1.
Таким образом, графики линейной функции T'1 для эталонного материала и Т2 для испытуемого материала совпадают, если соотношение их угловых коэффициентов будет удовлетворять условию (4), а значения начальных ординат равны, т.е.:
Составив систему уравнений:
ТФС испытуемого материала определяют по формулам (1), (2).
На фиг. 2 показана схема устройства, реализующая предлагаемый способ определения ТФС.
Устройство содержит эталонный 1 и испытуемый 2 материалы в виде стержней длиной R, на торцах которых устанавливают одинаковые нагреватели 3, стабилизированный источник питания 4, подвижный датчик температуры 5, устанавливаемый и перемещаемый вдоль стержня эталонного материала, датчик температуры 6, устанавливаемый на испытуемом материале. Сигнал от термопар поступает на вход дифференцирующего блока 7, вычисляющего производную функции Т2 при изменении аргумента Т1, выход дифференцирующего блока соединен со входом умножителя 8, на второй вход которого поступает сигнал от датчика температуры 5, таким образом, на выходе умножителя получают функцию T'1. Сигнал от датчика температуры 6 и с выхода умножителя 8 поступает на вход операционного усилителя с дифференциальным входом 9, управляющего реверсивным двигателем 10, который обеспечивает через винтовую передачу перемещение подвижного датчика температуры 5.
Способ осуществляют следующим образом. На эталонный и испытуемый материал воздействуют нагревателями заданной постоянной мощности 3, устанавливаемой источником питания 4. В момент времени регистрации квазистационарного теплового режима (т.е. отношение скоростей изменения температур, вычисляемое дифференцирующим блоком, постоянно) и в результате работы дифференцирующего блока, умножителя, операционного усилителя, реверсивного двигателя, сигналы от датчика температуры 6 и с выхода умножителя уравновешивают, а датчик температуры 5 автоматически устанавливают в точку х1, значение которой измеряют.
Применение предлагаемого способа позволяет повысить точность определения коэффициентов тепло- и температуропроводности твердых и дисперсных материалов по сравнению с прототипом в результате использования эталонного материала и автоматического выставления подвижного датчика температуры в заданную точку без использования априорной информации об предполагаемом значении коэффициента теплопроводности испытуемого материала.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ | 2002 |
|
RU2226271C2 |
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ МНОГОСЛОЙНЫХ КОНСТРУКЦИЙ | 2003 |
|
RU2245538C1 |
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ КОМПЛЕКСА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ | 2006 |
|
RU2324164C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПЛЕКСА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ | 2008 |
|
RU2374631C2 |
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ КОМПЛЕКСА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ | 2006 |
|
RU2324165C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КИНЕТИЧЕСКИХ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ | 2018 |
|
RU2701775C1 |
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ИЗДЕЛИЙ | 2005 |
|
RU2287807C1 |
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ КОМПЛЕКСА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ | 2006 |
|
RU2324166C1 |
СПОСОБ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МНОГОСЛОЙНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ | 2006 |
|
RU2327148C1 |
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ КОМПЛЕКСА ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ | 2006 |
|
RU2328724C1 |
Способ относится к измерительной технике. В способе используют два одинаковых источника тепла постоянной мощности, которыми воздействуют на теплоизолированные эталонный и испытуемый материалы в виде ограниченных стержней. В результате действия источников тепла и измерения температур в фиксированной и подвижной точках контроля определяют отношение скоростей изменения температур и координату подвижного датчика температуры. Технический результат - повышение точности определения. 2 ил.
Способ определения теплофизических свойств твердых и дисперсных материалов в виде стержней, заключающийся в нагреве испытуемого материала источником тепла постоянной мощности, измерении температуры в заданных точках контроля, отличающийся тем, что используют теплоизолированные эталонный и испытуемый материалы в виде ограниченных стержней равной длины, два источника тепла одинаковой мощности, которые прикладывают к одному из торцов каждого стержня, при наступлении квазистационарного теплового режима измеряют значения температур датчиком температуры в фиксированной точке контроля испытуемого материала и подвижным датчиком температуры в точке контроля эталонного материала, подвижный датчик перемещают вдоль стержня в точку, где выполняется условие
определяют отношение скоростей изменения температур и координату подвижного датчика температуры, а искомые теплофизические свойства испытуемого материала рассчитывают по формулам
где а2 - коэффициент температуропроводности испытуемого материала;
λ2 - коэффициент теплопроводности испытуемого материала;
а1 - коэффициент температуропроводности эталона;
λ1 - коэффициент теплопроводности эталона;
R - длина стержней;
х1 - координата точки контроля подвижного датчика;
х2 - координата фиксированной точки контроля испытуемого материала;
Т1 - значение температуры в точке х1;
Т2 - значение температуры в точке х2.
Способ определения коэффициента теплопроводности тонких труб и стержней | 1990 |
|
SU1782320A3 |
RU 94038545 А1, 10.07.1996 | |||
Способ определения теплопроводности материалов | 1989 |
|
SU1704051A1 |
СПОСОБ ЭКСПРЕССНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 1999 |
|
RU2153664C1 |
Авторы
Даты
2004-01-20—Публикация
2002-02-04—Подача