Способ измерения удельного теплового сопротивления и устройство для его осуществления Российский патент 2020 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для исследования теплофизических характеристик теплоизоляционных материалов с большой величиной удельного теплового сопротивления, преимущественно вакуумных теплоизоляционных изделий.

Известен способ для идентификации комплекса теплофизических свойств твердых материалов, включающий воздействие тепловыми импульсами от линейного источника на плоскую поверхность исследуемого и эталонного образцов, измерение избыточных температур в моменты подачи тепловых импульсов в точках, расположенных на фиксированных расстояниях от линии нагрева на поверхности образцов, отличающийся тем, что к измеренным температурам приближают с минимальной погрешностью рассчитанные значения температур за счет программного изменения параметров теплофизических характеристик, по идентифицированным параметрам теплофизических характеристик образцов и действительным значениям теплофизических характеристик эталона находят искомые характеристики [см. патент РФ №2125258, кл. G01N 25/18, опубл. 20.01.1999. Бюл. №2, «Способ и устройство для идентификации комплекса теплофизических свойств твердых материалов», авторы: А.Е. Бояринов и др.].

Известно устройство для идентификации комплекса теплофизических свойств твердых материалов, включающее последовательно включенные демультиплексор, управляемый блок питания, измерительный зонд, усилитель постоянного тока, аналого-импульсный преобразователь, программируемые таймеры, регистр и селектор адреса, выходная шина селектора адреса подключена к адресным входам демультиплексора, первого и второго программируемых таймеров и регистра, соединенного первым и вторым входами соответственно с синхронизирующим входом и выходом первого программируемого таймера, управляющий вход первого таймера объединен одноименной шиной с соответствующими входами второго программируемого таймера, селектора адреса регистра и выходом микроЭВМ, адресный выход микроЭВМ через одноименную шину связан с соответствующим входом селектора адреса, а вход-выход данных микроЭВМ подключен через одноименную шину к соответствующим входу демультиплексора и выходу регистра [см. патент РФ №2125258, кл. G01N 25/18, опубл. 20.01.1999. Бюл. №2, «Способ и устройство для идентификации комплекса теплофизических свойств твердых материалов», авторы: А.Е. Бояринов и др.].

Недостаток данного способа и устройства реализации этого способа заключается в низких потребительских свойствах из-за низкой точности и достоверности исследования твердых тел с большой внутренней неоднородностью, так как импульсный метод нагрева с помощью линейного источника дает равномерный нагрев только для однородных твердых тел, к которым нельзя отнести вакуумные теплоизоляционные изделия в силу их большой внутренней неоднородности [см. патент РФ на изобретение № RU 2571834, B61D 17/18, В60Р 3/20, F16L 59/065, Е04В 1/80, опубл. 20.12.15 Бюл. №35, «Вакуумное теплоизоляционное изделие (варианты)», авторы: А.Н. Балалаев и др.].

Наиболее близким техническим решением является способ измерения удельного теплового сопротивления, заключающийся в формировании теплового потока, пропускании теплового потока через первый эталонный объект, затем от внутренней поверхности исследуемого объекта к наружной поверхности исследуемого объекта, измерении зависимости от времени температуры внутренней поверхности исследуемого объекта в области прохождения теплового потока, измерении зависимости от времени температуры наружной поверхности исследуемого объекта в области прохождения теплового потока, пропускании теплового потока после исследуемого объекта через второй эталонный объект, измерении зависимости от времени температуры поверхности первого эталонного объекта в области входа теплового потока в первый эталонный объект и измерении зависимости от времени температуры поверхности второго эталонного объекта в области выхода теплового потока из второго эталонного объекта, определении перепадов температур с использованием первого эталонного объекта и второго эталонного объекта, с учетом которых определяют тепловые потери и величину удельного теплового сопротивления [см. патент РФ №2330270, кл. G01N 25/18, опубл. 27.07.2008 Бюл. №21, «Способ измерения удельного теплового сопротивления и устройство для его осуществления», авторы: Е.В. Абрамова и др.].

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является устройство, содержащее источник тепловой энергии, вырабатывающий тепловой поток, первый измеритель температуры, второй измеритель температуры, третий измеритель температуры, четвертый измеритель температуры, электронный блок обработки, выход первого измерителя температуры соединен с первым входом электронного блока обработки, выход второго измерителя температуры соединен с вторым входом электронного блока обработки, выход третьего измерителя температуры соединен с третьим входом электронного блока обработки, выход четвертого измерителя температуры соединен с четвертым входом электронного блока обработки, первый эталонный объект и второй эталонный объект, при этом обеспечивается прохождение теплового потока последовательно через первый эталонный объект, исследуемый объект и второй эталонный объект, первый измеритель температуры размещен между наружной поверхностью источника тепловой энергии и наружной поверхностью первого эталонного объекта в области прохождения теплового потока, второй измеритель температуры размещен между наружной поверхностью первого эталонного объекта и внутренней поверхностью исследуемого объекта в области прохождения теплового потока, третий измеритель температуры размещен между наружной поверхностью исследуемого объекта и примыкающей к ней наружной поверхностью второго эталонного объекта в области прохождения теплового потока, четвертый измеритель температуры размещен на наружной поверхности второго эталонного объекта в области выхода теплового потока из второго эталонного объекта, причем электронный блок обработки обеспечивает возможность вычисления удельного теплового сопротивления по сигналам от первого, второго, третьего и четвертого измерителей температуры [см. патент РФ №2330270, кл. G01N 25/18, опубл. 27.07.2008 Бюл. №21, «Способ измерения удельного теплового сопротивления и устройство для его осуществления», авторы: Е.В. Абрамова и др.].

Недостаток данного способа и устройства заключается в низких потребительских свойствах при испытаниях исследуемого объекта с очень большой величиной удельного теплового сопротивления, например, вакуумного теплоизоляционного изделия, из-за большого времени эксперимента, вызванного необходимостью достижения стационарного теплового режима при измерении температуры во втором эталонном объекте, размещенном после исследуемого объекта по ходу прохождения теплового потока.

Техническим результатом предлагаемого способа измерения удельного теплового сопротивления и устройства для его осуществления является повышение потребительских свойств за счет уменьшения времени проведения эксперимента при испытаниях исследуемого объекта с очень большой величиной удельного теплового сопротивления, например, вакуумного теплоизоляционного изделия.

Технический результат достигается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что тепловой поток формируют и пропускают последовательно через первый эталонный объект и исследуемый объект, измеряют зависимость температуры первого эталонного объекта от времени в области прохождения теплового потока, тепловой поток также пропускают через второй эталонный объект и измеряют зависимость температуры второго эталонного объекта от времени в области прохождения теплового потока, согласно изобретению, тепловой поток разделяют на два потока, один из которых пропускают последовательно через первый эталонный объект с малой величиной удельного теплового сопротивления, и исследуемый объект, а другой поток пропускают последовательно через второй эталонный объект с малой величиной удельного теплового сопротивления и третий эталонный объект с большой величиной удельного теплового сопротивления, определяют интервалы времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на заданную величину, по разности этих интервалов времени определяют величину отношения удельного теплового сопротивления исследуемого объекта к известному удельному тепловому сопротивлению третьего эталонного объекта из графика зависимости между этими величинами, который получают предварительно путем замены исследуемого объекта на варианты четвертого эталонного объекта с различной известной величиной удельного теплового сопротивления и одинаковой с исследуемым объектом теплоемкостью.

Такой вариант реализации заявленного способа измерения удельного теплового сопротивления позволяет повысить потребительские свойства за счет уменьшения времени эксперимента, обеспечиваемого тем, что вместо стационарного теплового режима исследуют нестационарный тепловой режим первого и второго эталонных объектов, для которых достаточно установления регулярного теплового режима первого рода с граничными условиями четвертого рода на границах «первый эталонный объект - исследуемый объект» и «второй эталонный объект - третий эталонный объект» и с граничными условиями третьего рода на границах «исследуемый объект - окружающая среда» и «третий эталонный объект - окружающая среда» [Суслов В.А. Тепломассообмен: учеб. пособие / СПбГУПТД ВШ ТиЭ. СПб., 2016. Часть 1. - 98 с: ил. 58.].

Технический результат достигается по п. 2 формулы изобретения тем, что в устройство, содержащее источник тепловой энергии, вырабатывающий тепловой поток, прибор измерения электрической мощности, первый эталонный объект, второй эталонный объект, первый измеритель температуры, второй измеритель температуры, третий измеритель температуры, электронный блок обработки, выход первого измерителя температуры соединен с первым входом электронного блока обработки, выход второго измерителя температуры соединен с вторым входом электронного блока обработки, выход третьего измерителя температуры соединен с третьим входом электронного блока обработки, дополнительно введены третий эталонный объект с большой известной величиной удельного теплового сопротивления и геометрически подобные с измеряемым объектом варианты четвертого эталонного объекта с различными известными величинами удельного теплового сопротивления, первый и второй эталонные объекты, имеющие малую величину удельного теплового сопротивления, размещены с двух противоположных сторон источника тепловой энергии, при этом обеспечивается прохождение одной части теплового потока последовательно через первый эталонный объект и исследуемый объект или один из вариантов четвертого эталонного объекта, а другой части теплового потока последовательно через второй эталонный объект и третий эталонный объект, первый измеритель температуры размещен в пазу первого эталонного объекта, который расположен на равном расстоянии от его противоположных граней и на равном расстоянии от кромок противоположных граней, второй измеритель температуры размещен в пазу второго эталонного объекта, который расположен на равном расстоянии от его противоположных граней и на равном расстоянии от кромок противоположных граней, третий измеритель температуры размещен в окружающей среде.

Такой вариант выполнения заявленного устройства для измерения удельного теплового сопротивления позволяет повысить потребительские свойства за счет уменьшения времени эксперимента, обеспечиваемого размещением первого и второго эталонных объектов по разные стороны от источника теплоты, их исполнением из материалов с малой величиной удельного теплового сопротивления, размещением после первого эталонного объекта по ходу переноса тепла исследуемого объекта, размещением после второго эталонного объекта по ходу переноса тепла третьего эталонного объекта с большой известной величиной удельного теплового сопротивления и обеспечением возможности замены исследуемого объекта на геометрически подобные ему варианты четвертого эталонного объекта с различной известной величиной удельного теплового сопротивления и одинаковой с исследуемым объектом теплоемкостью. Такое размещение первого, второго, третьего и четвертого эталонных объектов позволяет выявить отличие удельного теплового сопротивления исследуемого объекта от удельных тепловых сопротивлений третьего и четвертого эталонных объектов по разности скоростей нагрева первого и второго эталонных объектов на регулярном тепловом режиме, что не требует ожидания наступления стационарного теплового режима.

То, что поставленная задача изобретения действительно решается в заявленном способе и устройстве, можно проиллюстрировать следующим образом.

В качестве источника тепловой энергии в заявленном способе и устройстве используется плоский преобразователь электрической энергии в тепловую энергию. При этом, в прилегающие к нему с двух сторон первый и второй эталонные объекты с преобразователя электрической энергии, поступают удельные тепловые потоки, соответственно q₁, и q₂. Так как первый и второй измерители температуры размещены в геометрических центрах первого и второго эталонных объектов, а коэффициенты теплопроводности этих объектов велики (например, для алюминиевого сплава коэффициент теплопроводности равен 200 Вт/(м К)), то измеряемые температуры в геометрических центрах этих объектов при небольшой их толщине в 2…5 мм можно принять за среднемассовые. В этом случае для нестационарного теплового режима нагрева первого и второго эталонных объектов уравнения теплового баланса принимает вид обыкновенных дифференциальных уравнений первого порядка:

- для первого эталонного объекта:

- для второго эталонного объекта:

Уравнения теплового баланса дополняются выражениями для удельных тепловых потоков от источника тепловой энергии:

граничными условиями:

- для границы между первым эталонным объектом и исследуемым объектом:

- для границы между исследуемым объектом и окружающей средой:

- для границы между вторым эталонным объектом и третьим эталонным объектом:

- для границы между третьим эталонным объектом и окружающей средой:

выражениями для среднемассовых температур, определяемых по температурам на границах объектов:

- для исследуемого объекта:

- для третьего эталонного объекта:

выражениями для тепловых сопротивлений:

- для первого эталонного объекта:

- для второго эталонного объекта:

- для объекта измерения:

- для третьего эталонного объекта:

- для окружающей среды со стороны исследуемого объекта:

- для окружающей среды со стороны третьего эталонного объекта:

Дифференциальные уравнения тепловых балансов могут быть разрешены относительно промежутков времени, за которые температуры первого и второго эталонных объектов повышается на заданную величину:

где

Известными величинами в выражениях (1)-(24) являются:

M_s1, M_s2, M_s3, M_u - масса первого, второго, третьего эталонных объектов и исследуемого объекта;

c_s1, c_s2, c_s3, c_u - удельная теплоемкость первого, второго, третьего эталонных объектов и исследуемого объекта;

δ_s1, δ_s2, δ_s3, δ_u - толщина первого, второго, третьего эталонных объектов и исследуемого объекта;

λ_s1, λ_s2, λ_s3, - коэффициент теплопроводности первого, второго и третьего эталонных объектов;

W - электрическая мощность источника тепловой энергии;

T_h - температура окружающей среды;

F_ts1, F_ts2, F_ts3, F_u - площадь торцевой поверхности первого, второго, третьего эталонных объектов и исследуемого объекта;

F - площадь поверхности контакта всех объектов между собой.

Задаваемыми величинами являются:

T_s1^нaч, Т_s2^нач - температура начала замера времени;

T_s1^кон, T_s2^кон - температура окончания замера времени.

Неизвестными величинами являются:

λ_u - коэффициент теплопроводности исследуемого объекта;

α_h1, α_h2 - коэффициенты теплоотдачи окружающей среды вблизи поверхностей исследуемого объекта и третьего эталонного объекта;

α₁, α₂ - коэффициенты пропорциональности среднемассовой температуры исследуемого объекта и третьего эталонного объекта температурам на границах этих объектов;

χ - отношение теплового потока через границу первого эталонного объекта с источником тепловой энергии к суммарному тепловому потоку через границы первого и второго эталонных объектов с источником тепловой энергии;

η - коэффициент потерь электрической энергии при преобразовании в тепловую энергию и переносе потоков тепла через объекты.

Если сделать допущение о постоянстве величин α_h1, α_h2, α₁, α₂, χ, η для любых теплоизоляционных материалов при одинаковых условиях испытаний, то между величиной удельного теплового сопротивления исследуемого объекта R_u и разностью между интервалами времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на ΔT градусов, существует зависимость. В математическом виде зависимость выражается уравнением:

где i - номер эксперимента.

Если во всех экспериментах Т_s1^начi - постоянная величина и Т_s2^начi - постоянная величина, то уравнение (25) - однозначно определяемая зависимость.

Эту зависимость можно найти экспериментально, если заменить исследуемый объект на геометрически подобные варианты четвертого эталонного объекта с различными известными величинами удельного теплового сопротивления R_s4 и одинаковыми с исследуемым объектом теплоемкостями, что означает одинаковые значения произведения массы на удельную теплоемкость. Однозначность и одинаковость зависимости (25) для различных вариантов четвертого эталонного объекта и исследуемого объекта обеспечивается равенством площади торцевых поверхностей этих объектов F_u и F_ts4, которую трудно точно обеспечить при одновременном обеспечении одинаковых значений теплоемкости. Поэтому толщины вариантов четвертого эталонного объекта δ_s4 могут отличаться друг от друга и от δ_u. Однако, минимизировать возникающую погрешность при неравенстве величин F_u и F_ts4 можно при условиях F много больше F_u и F много больше F_ts4.

Согласно сделанным расчетам, при величине F_ts4, равной одной десятой F, различие F_u и F_ts4 в 10% приводит к возникновению погрешности в определении R_u тоже в 10%, которая снижается пропорционально при уменьшении различий между F_u и F_ts4.

Величина ΔT принимается такой, чтобы в экспериментах обеспечивалось различие в величинах Δτ_s2 и Δτ_s1, достаточное для обеспечения относительной погрешности измерения времени не более 5%. Для абсолютной погрешности измерения времени в 1 секунду разность величин Δτ_s2 и Δτ_s1 в 20 секунд, обеспечивающая относительную погрешность измерения времени 5%, достигается при величине ΔT в 20 градусов. Согласно сделанным расчетам, повышение температуры первого и второго эталонных объектов относительно температуры окружающей среды на 30 градусов наступает не более, чем через 10 минут.

При исследовании нескольких вариантов четвертого эталонного объекта строится экспериментальный график зависимости разности между Δτ_s2 и Δτ_s1 от отношения R_s4 к R_s3. Для определения удельного теплового сопротивления исследуемого объекта R_u, вместо четвертого эталонного объекта устанавливается объект измерения, проводится эксперимент по определению величины разности между Δτ_s2 и Δτ_s1, по которой из графика зависимости разности между Δτ_s2 и Δτ_s1 от отношения R_s4 к R_s3 определяется отношение R_s4 к R_s3, а из него величина R_u.

Итак, задача изобретения действительно решается в заявленных способе измерения удельного теплового сопротивления и устройстве для его осуществления.

На фиг. 1 представлен местный вид конструктивного исполнения заявленного устройства с исследуемым объектом.

На фиг. 2 показан разрез А-А первого эталонного объекта с соотношениями размеров.

На фиг. 3 представлена аксонометрическая проекция конструктивного исполнения заявленного устройства с четвертым эталонным объектом.

Позиции на фигурах: 1 - источник тепловой энергии; 2 - первый эталонный объект; 3 - паз в первом эталонном объекте; 4 - первый измеритель температуры; 5 - второй эталонный объект; 6 - паз во втором эталонном объекте; 7 - второй измеритель температуры; 8 - исследуемый объект; 9 - третий эталонный объект; 10 - третий измеритель температуры; 11 - электронный блок обработки измерения температуры; 12 - прибор измерения электрической мощности; 13 - четвертый эталонный объект.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что перед испытанием исследуемого объекта 8 (фиг 1) проводят предварительные испытания, в которых вместо исследуемого объекта 8 устанавливают один из нескольких вариантов четвертого эталонного объекта 13 (фиг. 3), на источник тепловой энергии 1 подают постоянную электрическую мощность, которую измеряют с помощью прибора измерения электрической мощности 12, тепловой поток разделяют на два потока, один из которых пропускают последовательно через первый эталонный объект 2 с большой величиной коэффициента теплопроводности (малой величиной удельного теплового сопротивления), и один из вариантов четвертого эталонного объекта 13 с известной величиной коэффициента теплопроводности (удельного теплового сопротивления), а другой поток пропускают последовательно через второй эталонный объект 5 с большой величиной коэффициента теплопроводности (малой величиной удельного теплового сопротивления) и третий эталонный объект 9 с малой величиной коэффициента теплопроводности (большой известной величиной удельного теплового сопротивления), с помощью измерителей температуры 4, 7, размещенных в пазах 3 и 6 таким образом, чтобы их рабочие органы находились в геометрических центрах первого эталонного объекта 2 и второго эталонного объекта 5 (фиг. 2), замеряют среднемассовые температуры первого эталонного объекта 2 и второго эталонного объекта 5, с помощью измерителя температуры 10, размещенного в окружающей среде, замеряют температуру окружающей среды. Электрические сигналы измерителей температуры 4, 7, 10 преобразуют с помощью электронного блока 11 в численные значения температуры, которые фиксируют на моменты времени измерения. По достижении значений температуры, определенных с помощью измерителей температуры 4 и 7, например, значению температуры окружающей среды, определенной с помощью измерителя температуры 10, плюс 10°С, эти значения температуры фиксируют на моменты времени τ_s1^нач и τ_s2^нач (обеспечение наступления регулярного теплового режима первого рода). По достижении значений температуры, определенных с помощью измерителей температуры 4 и 7, равных, например, значению температуры окружающей среды плюс 30°С, эти значения температуры фиксируют на моменты времени τ_s1^кон и τ_s2^кон. Далее рассчитывают величины интервалов времени нагрева эталонных объектов 2 и 5 на заданную величину, например, на 20°С - Δτ_s1 и Δτ_s2, равные разностям между τ_s1^кон и τ_s1^нач, τ_s2^кон и τ_s2^нач, соответственно, и вычисляют величину разности между Δτ_s2 и Δτ_s1. Повторяют все действия для других вариантов четвертого эталонного объекта 13 и строят графическую зависимость разности между интервалами времени Δτ_s2 и Δτ_s1 от отношения удельного теплового сопротивления четвертого эталонного объекта 13 к удельному тепловому сопротивлению третьего эталонного объекта 9. Затем в вместо четвертого эталонного объекта 13 устанавливают исследуемый объект 8 и проводят действия по нахождению величины разности между интервалами времени Δτ_s2 и Δτ_s1, по которой определяют величину отношения удельного теплового сопротивления исследуемого объекта 8 к удельному тепловому сопротивлению третьего эталонного объекта 9 из графика зависимости разности между интервалами времени Δτ_s2 и Δτ_si от отношения удельного теплового сопротивления четвертого эталонного объекта 13 к удельному тепловому сопротивлению третьего эталонного объекта Р. Затем умножают величину отношения удельного теплового сопротивления исследуемого объекта 8 к удельному тепловому сопротивлению третьего эталонного объекта 9 на удельное тепловое сопротивление третьего эталонного объекта 9 и получают удельное тепловое сопротивление исследуемого объекта 8.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами, показанными на фиг. 1, фиг - 2 и фиг - 3.

Устройство для реализации заявляемого способа измерения удельного теплового сопротивления содержит источник тепловой энергии 1, выполненный, например, в виде двух плоских керамических пластин со спиральным электрическим нагревателем между ними, первый эталонный объект 2 с пазом 3, первый измеритель температуры 4, второй эталонный объект 5, с пазом 6, второй измеритель температуры 7, третий эталонный объект 9, третий измеритель температуры 10, электронный блок обработки измерения температуры 11, прибор измерения электрической мощности 12, четвертый эталонный объект 13. Пазы 3 и 6 проходят по середине толщины соответственно первого эталонного объекта 2 и второго эталонного объекта 5 (фиг. 2). Первый измеритель температуры 4 и второй измеритель температуры 7 находятся, соответственно, в пазах 3 и 6, а рабочие органы первого измерителя температуры 4 и второго измерителя температуры 7 располагаются в геометрических центрах, соответственно, первого эталонного объекта 2 и второго эталонного объекта 5. Выходные клеммы источника тепловой энергии 1 соединены с внешним источником электроэнергии и прибором измерения электрической мощности 12, одна плоская поверхность источника тепловой энергии 1 совмещена с первой плоской поверхностью первого эталонного объекта 2, другая плоская поверхность источника тепловой энергии 1 совмещена с первой плоской поверхностью второго эталонного объекта 5, вторая плоская поверхность первого эталонного объекта 2 совмещена с плоской поверхностью исследуемого объекта 8, вторая плоская поверхность второго эталонного объекта 5 совмещена с плоской поверхностью третьего эталонного объекта 9, третий измеритель 10 температуры может быть размещен в окружающей среде вблизи предлагаемого устройства, выход первого измерителя температуры 4 соединен с первым входом электронного блока обработки измерения температуры 11, выход второго измерителя температуры 7 соединен с вторым входом электронного блока обработки измерения температуры 11, выход третьего измерителя 10 температуры соединен с третьим входом электронного блока обработки измерения температуры 11. Первый эталонный объект 2 и второй эталонный объект 5 обладают малой величиной удельного теплового сопротивления, что позволяет получать высокую скорость нагрева этих объектов и равномерную по объему температуру. Третий эталонный объект 9 обладают большой величиной удельного теплового сопротивления, что позволяет увеличить время выхода второго эталонного объекта 5 на стационарный тепловой режим, делая это время достаточным для проведения измерений на регулярном тепловом режиме. Исследуемый объект 8 (фиг. 1) допускает замену на четвертый эталонный объект 13 (фиг. 3), который имеет несколько различных вариантов исполнения, имеющие одинаковые с объектом измерения 8 габаритные геометрические размеры и теплоемкости, но отличающиеся друг от друга значениями удельного теплового сопротивления, что позволяет обеспечить однозначность и одинаковость зависимости (25) для различных вариантов четвертого эталонного объекта 13 и исследуемого объекта 8.

Устройство для реализации заявляемого способа измерения удельного теплового сопротивления работает следующим образом. Источник тепловой энергии 1 имеет на входе постоянную электрическую мощность, которая измеряется прибором измерения электрической мощности 12, преобразуется в тепловой поток и разделяется на два тепловых потока, первый из которых входит в первый эталонный объект 2, а второй тепловой поток входит во второй эталонный объект 5. Первый тепловой поток расходуется на нагрев первого эталонного объекта 2, исследуемого объекта 8 и выходит в окружающую среду через свободные поверхности первого эталонного объекта 2 и исследуемого объекта 8. Второй тепловой поток расходуется на нагрев второго эталонного объекта 5, третьего эталонного объекта 9 и выходит в окружающую среду через свободные поверхности второго эталонного объекта 5 и третьего эталонного объекта 9. Сигналы от измерителей температуры 4, 7, 10 обрабатываются электронным блоком обработки измерения температуры 11 в виде численных значений переменных T_s1, T_s2 и T_h на фиксируемый момент времени τ. Предложенное устройство допускает замену исследуемого объекта 8 на варианты четвертого эталонного объекта 13.

Предлагаемое изобретение позволяет повысить потребительские свойства за счет уменьшения времени проведения эксперимента над исследуемым объектом с очень большой величиной удельного теплового сопротивления с нескольких часов до 10 минут.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент РФ на изобретение №2125258, кл. G01N 25/18. Способ и устройство для идентификации комплекса теплофизических свойств твердых материалов / А.Е. Бояринов, М.Е. Власов, Б.И. Герасимов, Е.И. Глинкин, А.А. Назаров. - Заявка №95110077/25, Заявлено 14.06.1995; Опубл. 1999; Приоритет 14.06.1995 // Изобретения. Полезные модели. - 1999.

2. Патент РФ на изобретение №2571834, B61D 17/18, В60Р 3/20, F16L 59/065, Е04В 1/80. Вакуумное теплоизоляционное изделие (варианты) / А.Н. Балалаев, А.С. Мокшанов, Д.А. Попов. - Заявка №2013157470/11; Заявлено 24.12.2013; Опубл. 20.12.15; Приоритет 24.12.2013 // Изобретения. Полезные модели. - 2015. - №35.

3. Патент РФ на изобретение №2330270, кл. G01N 25/18. Способ измерения удельного теплового сопротивления и устройство для его осуществления / Е.В. Абрамова, А.И. Богоявленский, О.Н. Будадин, и др. - Заявка №2006120331/28, Заявлено 31.05.2006; Опубл. 27.07.2008; Приоритет 31.05.2006 // Изобретения. Полезные модели. - 2008. - Бюл. №21.

4. Суслов В.А. Тепломассообмен: учеб. пособие / СПбГУПТД ВШ ТиЭ. СПб., 2016. Часть 1. - 98 с: ил. 58.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для исследования теплофизических характеристик теплоизоляционных материалов с большой величиной удельного теплового сопротивления, преимущественно вакуумных теплоизоляционных изделий. В изобретении тепловой поток разделяют на два потока, один из которых пропускают последовательно через первый эталонный объект с большой величиной удельного теплового сопротивления, и исследуемый объект, а другой поток пропускают последовательно через второй эталонный объект с большой величиной удельного теплового сопротивления и третий эталонный объект с малой величиной удельного теплового сопротивления, определяют интервалы времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на заданную величину, по разности этих интервалов времени определяют величину отношения удельного теплового сопротивления исследуемого объекта к удельному тепловому сопротивлению третьего эталонного объекта из графика зависимости между этими величинами, который получают предварительно путем замены исследуемого объекта на варианты четвертого эталонного объекта с различной величиной удельного теплового сопротивления и одинаковой с исследуемым объектом теплоемкостью. Технический результат - уменьшение времени проведения эксперимента над исследуемым объектом с очень большой величиной удельного теплового сопротивления с нескольких часов до 10 минут. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ измерения удельного теплового сопротивления, заключающийся в формировании теплового потока, пропускании теплового потока последовательно через первый эталонный объект и исследуемый объект, измерении зависимости температуры первого эталонного объекта от времени в области прохождения теплового потока, пропускании теплового потока через второй эталонный объект, измерении зависимости температуры второго эталонного объекта от времени в области прохождения теплового потока, отличающийся тем, что тепловой поток разделяют на два потока, один из которых пропускают последовательно через первый эталонный объект с малой величиной удельного теплового сопротивления, и исследуемый объект, а другой поток пропускают последовательно через второй эталонный объект с малой величиной удельного теплового сопротивления и третий эталонный объект с большой величиной удельного теплового сопротивления, определяют интервалы времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на заданную величину, по разности этих интервалов времени определяют величину отношения удельного теплового сопротивления исследуемого объекта к известному удельному тепловому сопротивлению третьего эталонного объекта из графика зависимости между этими величинами, который получают предварительно путем замены исследуемого объекта на варианты четвертого эталонного объекта с различной известной величиной удельного теплового сопротивления и одинаковой с исследуемым объектом теплоемкостью.

2. Устройство измерения удельного теплового сопротивления, содержащее источник тепловой энергии, вырабатывающий тепловой поток, прибор измерения электрической мощности, первый эталонный объект, второй эталонный объект, первый измеритель температуры, второй измеритель температуры, третий измеритель температуры, электронный блок обработки, позволяющий регистрировать значение температуры на текущий момент времени, выход первого измерителя температуры соединен с первым входом электронного блока обработки, выход второго измерителя температуры соединен с вторым входом электронного блока обработки, выход третьего измерителя температуры соединен с третьим входом электронного блока обработки, отличающееся тем, что в устройство дополнительно введены третий эталонный объект с большой известной величиной удельного теплового сопротивления и геометрически подобные с измеряемым объектом варианты четвертого эталонного объекта с различными известными величинами удельного теплового сопротивления, первый и второй эталонные объекты, имеющие малую величину удельного теплового сопротивления, размещены с двух противоположных сторон источника тепловой энергии, при этом обеспечивается прохождение одной части теплового потока последовательно через первый эталонный объект и исследуемый объект или один из вариантов четвертого эталонного объекта, а другой части теплового потока последовательно через второй эталонный объект и третий эталонный объект, первый измеритель температуры размещен в пазу первого эталонного объекта, который расположен на равном расстоянии от его противоположных граней и на равном расстоянии от кромок противоположных граней, второй измеритель температуры размещен в пазу второго эталонного объекта, который расположен на равном расстоянии от его противоположных граней и на равном расстоянии от кромок противоположных граней, третий измеритель температуры размещен в окружающей среде.