Способ определения теплофизических характеристик сред Советский патент 1984 года по МПК G01N25/18 

ЛВнясс Изобретение относится к способам определения теплопроводности и температуропроводности различных физических, сред и может быть использовано при полевых, натурных исследова нияхг а,также в лабораторных уелоИзвестен нестационарный способ цилиндрического зонда постоянной мощ ности для определения коэффициента теплопроводности, заключающийся в из мерении скорости нагрева зондаг поме щенного в исследуемую среду, при пропускании через него тока постоянной мощности 11. Однако по известному способу можно определить только коэффициент теп лопроводности. . Наиболее близким техническим реши нием к изобретению является способ . измерения теплопроводности, включающий введение в исследуемую среду зонда в виде кольца, нагрев его током : постоянной мощности, определение скорости изменения температурад среды с последующим вычислением искомых характеристик t23. Для определения коэффициента теплопроводности среды в прототипе проводят нагрев зонда током постоянной мощности и судят о величине коэффициента теплопроводности по скорости изменения температуры зонда в процессе его нагрева. При этом время измерениями нагрева выбирается достаточно малым, т.е.таким, чтобы можно было считать распространяющуюся тепловую волну квазицилиндрической и пренебрегать влиянием кольцевой геометрии зонда. Данный способ характеризуется малой информативностью в процессе измерении (определяется только коэффициент те плопроводности) и наличием погрешности в определении коэффициента тгеплопроводности за счет отклонения тепловой волны от цилиндрической формы. Учесть эту погрешность сложно, так как ее величина зависит от теплового контакта со средой и от неизвестной величины коэффициента ..температуропроводности ереды. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей способа за счет измерения температуропроводности и повышение точности измерений Поставленная цель достигается тем что согласно способу определения теплофизических характеристик сред, включающему введение в исследуемую среду зонда в виде кольца, нагрев его током постоянной мощности, определение скорости изменения температуры среды с последующим вычислением значений искомых характеристик, до полни1 ельно регистрируют, момент вре мени от начала нагрева, соответствую щий достижению максимальной скорости изменения температуры среды, а величины коэффициентов теплопроводности ОС и температуропроводности Q определяются по формулам . п - г, g где 31 и Q -коэффициенты теплопроводности и температуропроводности среды соответственно;А -постоянная, зависящая от мощности нагрева; дОмА.х -величина максимальной скорости изменения температуры среды; R -радиус кольцевого нагревателя зонда; -время достижения максимума от начала нагрева. Из решения уравнения для температуры среда у поверхности кольцевого зонда, нагреваемого током постоянной мощности, следует, что максимальная скорость изменения температуЕЯл среды, равная достигает0, в момент времени где Л и Q - коэффициенты теплопроводности и температуропроводности. исследуемой среды- соответогвенно; -В- - температура среды у поверхности зонда; R - радиуо кольцевого зонда; А 0,935 Q - коэффициент, зависящий от величины подводимой к зонду мощности Q при его нагреве. Следовательно, по измеренной максимальной скорости изменения температуры среды A&MAfcc и зафиксированному моменту времени достижения этого максимума от начала нагрева величины коэффициентов теплопроводности и температуропроводности определяются по формулам : 0, фиг. 1 изображен типичный ход скорости изменения температуры среды у поверхности зонда постоянной мощности при его нагреве от логарифма времени; на фиг. 2 - блок-схема устройства, на котором реализуется, предлагаелый способ. Устройство содержит Кольцевой зонд 1, включенный в одно из плеч измерительного моста 2, цифровой вольтметр 3, подключаемый в измерительную диагональ моста 2, цифропечатаюЩее устройство 4 для регистра ции результатов измерений, источник постоянной мсидности 5 для нагрева зонда и таймер 6, управляющий работой устройства по требуемой программе и обеспечивающий синхронизацию работы всех функциональных элементов устройства. Кольцевой зонд 1 помещают в исследуемую среду и нагревают током постоянной мощности. При этом изменя ется температура зонда 1 и его сопротивление, а следовательно, напряжение в измерительной диагонали моста 2. Момент начала нагрева эонда определяется схемой таймера 6, который затем через равные промежутки вр мени подает сигналы на управляющий вход вольтметра 3, рабртающего в жду щем режиме, для измерения напряжения на выходе моста 2, пропорционального температуре зонда 1. Величина изм ренной температуры зонда 1 регистрируется цифропечатающим устройством 4 Одновременно регистрируется порядковый номер проведенного измерения с момента начала нагрева или время измерения. Скорость изменения температуры зонда 1д д определяется как раз ность температур зонда для двух текущих моментов : времени. tv и t . : (tj/t, n const) . Определяется мак симальная величина разности . л МА«: t, при к6и величины времени Величина в торых она получена, соответствии с применяемым алгоритмом определяется как . Затем по формулам определяются величины Л и Q исследуемой среды. Возможность одновременного определения указанных двух основных тептлофизических характеристик исследуемой среды позволяет существенно сократить суммарное время их измерения, уменьшить составляющую суммарной погрешность измерений, обусловленную влиянием изменяющихся внешних условий (особенно в Полевых условиях) и анизотропии исследуемой среды, так как определение обеих характеристик производится одновременно, в одной и той же точке (в одной и том же измерительном объеме) среды. Для дисперсных сред суммарная погрешность; ополнительно уменьшается, так как измерения производятся без изменения структуры дисперсной среды, что неизбежно при последовательном определении этих характеристик разными датчиками .

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СРЕД, включающий введение в исследуемую среду зонда в виде кольца, нагрев его током постоянной мощности, определение скорости изменения температуры среды с последующим вычислением значений искомых характеристик, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей способа за счет измерения температуропроводности и повышения точности измерений, дополнительно реги.стрируют время достижения «максималь-, ной скорости изменения температуры среды, а величины коэффициентов теплопроводности л и температуропроводности Q определяют по формулам о - А Q Л 4Q -Млко SIAKC где А -постоянная, зависящая от мощности нагрева; QMAtC.C R -максимальная скорость изме нения температуры среды; -радиус кольцевого нагревателя зонда;2 -время достижения aQMivkc мАке от начала нагрева.