Устройство для измерения теплофизических коэффициентов веществ Советский патент 1983 года по МПК G01N25/18 

Изоб11етение относится к области измерений тегтлофизических характеристик твердмх и сыпучих материалов в мерзлом и талом состоянии и может быть использовано в геокриологических или просто мерзлотных исследованиях. Известно устройство для измерени коэффициента теплопроводности, температуропроводности, содержащее источник теплового импульса,, измерительную ячейку, преобразователь, устройство управления, блок индикации ij Однако устройство требует дополнительных измерени) и вычислений дл определения всех трех коэффициентов т.е. имеет достаточно большое врем исследования образца Кроме того, оно предназначено для теплофизических исследований в области положительных температур. Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для экспресс-анализа теплофизических характеристик мерзлого грунта, содержащее измерительную ячейку с вмонтированными микротермосопротивлениями в качестве датчиков температуры, источник теплового импульса, выход которого сое динен с входом измерительной ячейки преобразователь напряжения в частот информационный вход которого подклю чей к выходу измерительной ячейки, устройство управления, выходы которого соединены с вторым входом прег образователя напряжения в частоту и входом арифметического устройства и блока индикации, вход которого че рез арифметическое устройство соеди нен с выходом преобразователя напря жения в частоту. В устройстве использован нестационарный метод одиночного теплового импульса, в ко TODOM должны быть измерены равновес ные температуры до и после нагрева и интеграл разности температуры двух сторон плоского образца Т,( и Т С) . По указанным измеренном величинам расчетным путем определяютея коэффициенты теплопроводности, температуропроводности и удельная теплоемкость д . Однако это устройство отличается узким диапазоном температур образца от -5 до +5-С и недостаточной произ водительностью, так как в нем использованы микротермосопротивления, имеющие недостаточную чувствительность и надежность, и для получения коэффициентовтеплопроводности, температуропроводности, теплоемкоети необходимы дополнительные вычисления, учитывающие тепловой поток и геометрию образца. Цель изобретения - расширение ди апазона температур, при которых определяются теплофизические циенты образца при сохранении прежних метологических характеристик, и сокращение времени измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство, .содержа1аее измеритульную ячейку и источник опорного напряжения, подключенные к входу преобразователя напряжения в частоту, источник теплового импульса, выход которого соединен с входом измерительной ячейки, устрой ство управления, соединенное с блоком индикации, вводятся коммутатор, бескорпусные транзисторы в качестве датчиков температуры, информационные выходы которых параллельно с выходом истсчника опорного напряжения через коммутатор подсоединены с преобразователю напряжения в частоту, процессор и запоминающее устройство, причем два информационных и два упра-вляющих входа процессора подключены к информационным выходам преобразователя напряжения в частоту и запоминающего устройства и упоавляющим выходам устройства управления и започинаюгпего устройства соответственно, второй выход последнего соединен с входом устройства управления, а информационные выходы процессора - с входами блока индикации и запоминающего устройства. Введение процессора и постоянного запоминающего устройства (ЗУ) позволяет автоматически программныг/i путем производить корректировку характеристик измерительных преобразователей и все необходимые расчеты с учетом теплового потока и геометрии образца. На черте;г.:е приведена структурная схема предлагаемого устройства. Схема включает измерительную ячейку 1 с дифференциально включенными бескорпусш-п ш транзисторами Т 1 и Т 2 в качестве датчиков температуры, с образцом (о) и нагревателем, источник теплового импульса 2, источник опорного йапряжения 3, коммутатор 4, преобразователь напряжения в частоту 5, устройство управления (УУ) 6, процессор 7, ЗУ 8, блок индикации 9 и устройство ручного ввода и управления 10. Информационные входы обозначены индексом И. Устройство работает следующим образом. Оператор запускает прибор через блок ручного, управления 10, по сигналу которого УУ 6 считывает первую команду с ЗУ 8 и подает сигнал на KpaTKOBpei eHHoe включение источника теплового импульса. 2 . Тепловой импульс создает в исследуемом образце перепад температуры между нагреваемой и изолированной его поверхностями, Одновременно УУ 6 подает очередную команду начала работы на коммутатор 4 и процессор 7, которые после операции самокалиб-ровки замеряют начальную равновесн то температупу Тне и пересылают ее значение в ПЗУ 8 и блок индикации 9. Очередная команда с ЗУ 8 передается через УУ б для коммутатор 4 и преобразователя 5 и процессора 7 на выполнение интегрирования в реальном масштабе времени, и в момент достижения значения дифференциала

т(1) ) 6 2% от максимума

происходит остановка интегрирования и пересылка результата в блок индикации 9 и ЗУ В. Следующая команда повторяет процесс измерения равновесной температуры изолированной поверхности образца Тиг. и пересылает ее значение на блок индикации

9 и ПЗУ 8. После окончания процесса измерения УУ 6 инициирует мерцающиР. сигнал на передней панели прибора. После чего оператор через устройство ручного управления 10 подает

команду на УУ 6, которое запускает программу расчета Д г Л г С с учетом геометрии образца, теплового потока . Q и последовательную выдачу результатов измерения всех трех коэффициентов в размерности системы СИ. Предлагаемого устройства имеет диапазон температур исследования образца +30с при сохранении значения погрешности измерения и повторяемости в пределах 4-5%. Кроме того, в приборе исключены операции ручного расчета, что позволяет сократить время измерения почти в два раза по сравнению с прототипом

и в раз по сравнению с промышленными приборами.

УСТРОПСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ КОЭФФИЦИЕНТОВ ВЕ;цЕСТВ, содержащее измерительную ячейку и источник опорного напряжения, подключенные ко вхоДУ преобразователя напряжения в частоту, источник теплового импульса, вчход которого соединен с входом измери- . тельной ячейки, устройство управления, соединенное с блоком индикации; отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона температур, при которых проводятся измерения, и сокращения времени измерения, в него введены коммутатор, бескорпуснне транзисторы в качестве датчиков температуры, информат;ионные выходы которых параллельно с вмходом источника опорного напряжения через ког/1мутатор подсоединены к преобразователю напряжения в частоту,, процессор и запоминающее устройство, причем два информационных и два управляющих входа процессора подключены к информационным выходам преобразователя напряжения в частоту и запоминаюшего . устройства и управляющим выходам устройства управления и запоминающего устройства соответственно, второй выход последнего соединен с входом устройства управления, а. информационные выходы процессора с входами блока индикации и запоминающего устройства. :п iti :л :л 10