Устройство для определения коэффициента теплопроводности изоляционных и строительных материалов Советский патент 1984 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к тегшофиэй ческим измерениям, в частности к уст ройствам для определения теплофизических свойств изоляционных и строительных материалов, и можетбыть использовано в приборостроительной, строительной, химической и других от раслях прО иышленности. Известно устройство для измерения коэффициента теплопроводности в ста ционарном тепловом режиме, состоящее из верхнего и нижнего теплопроводящих блоков с испытуемым образцом между ними, датчиков перепада температур на образце, датчика теплового потока, тепломера,двух усилителей, схемы определения стационарного режима, функционального преобразовател и устройства индикации lH. Однако известное устройство обеспечивает измерение коэффициента теплопроводности в узком диапазоне изменения температур только малодиспер сных материалов, т.е. материалов име щих высокую чистоту обработки поверх ности . Известно также устройство для определения коэффициента теплопроводно ти в стационарном тепловом режиме, состоящее из двух параллельно включенных теплообменников, между .которы ми размещен испытуемой образец, двух термопар, двух тепломеров, двух тепловыравнивающих пластин и нагревателей, осуществляющих регулирование температуры образца и плотности пронизывающего его теплового потока L21 Недостаток этого устройства заклю чается в том, что выход на стационар ный режим и фиксация моментй установ ления стационарного режима осуществл ется путем подбора напряжения питания соответствующего нагревателя. Врезультате чего для получения достоверного результата с каждым образцом необходимо многократно проводить опыты. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достригаемому результату является устройство для определения коэффициента теплопровод ности изоляционных и строительных ма териалов в стационарном тепловом режиме, состоящее из теплового блока, включающего в себя теплоизолированный корпус, два идентичных калоримет рических блока, расположенных с зазо ром для размещения плоского испытуемого .образца, каждый из которых содержит теплообменник, в пазах которого размещен нагреватель, датчик перепада температур на образце, два датчика тепловых потоков, тепловырав нивающие пластины, размещенные между датчиком перепада температур и теплообменником и между датчиками тепловых потоков и зазором для размещения образца, и тепломер, расположенный между датчиками тепловых потоков и датчиком перепада температур на образце, подключенных к тепловому блоку двух регуляторов температуры граней образца и двух блоков нормирующих усилителей, один из которых входами подключен к датчикам тепловых потоков, а другой - к датчикам перепада температур на образце схемы определения стационарного режима, распределителя, подключенного.к коммутатору, выход которого связан с измерительным блоком 3. Основным недостатком данного устройства является то, что в процессе регулирования температуры верхней и нижней поверхностей образца возникают помехи, обусловленные большими токами, протекающими через 1нагреватель и влияющими на низкосигнальные измерительные цепи датчиков перепада температур и тепловых-потоков. Это влечет к увеличению погрешности измерения. Цель изобретения - повышение точности измерения коэффициента теплопроводности . Цель достигается тем, -что в устройство для определения коэффициента теплопроводности изоляционных и строительных материалов в стационарном тепловом режиме, состоящее из теплового блхэка, включающего в себя теплоизолированный корпус, два иденг тичных калориметрических блока, расположенных с зазором для размещения плоского образца, каждый из которых содержит теплообменник, в пазах которого размещен нагреватель, датчик перепада температур на образце, два датчика тепловых потоков, тепловыравнивающие пластины, размещенные между датчиком перепада температур и теплообменником и между датчиками тепловых потоков и зазором для размещения образца, и тепломер, расположенный между датчиками тепловых потоков и датчиком перепада температур на образце, подключенных к тепловому блоку двух регуляторов темпера ;уры граней образца и двух блоков нормирующих усилителей, один из которых входами подключен к датчикам тепловых -потоков, а другой - к датчикам перепада температур на образце, схемы определения стационарного режима, распределителя, подключенно.го к комк татору, выход, которого связная с измерительным блоком, дополнительно введены элемент ИЛИ-НЕ, арифметический блок и последовательно соединенные элемент И-НЕ, счетчик и элемент НЕ, причем вход арифметического блока соединен с выходом первого блока нормирующих усилителей, а выход - с входом схемы определения стационарного режима, первый вход элемента И-НЕ связан с выходом схемы определения стационарного режима, второй- с выходом элемента НЕ, выход счетчика - с управляющим входом распределителя, выходы которого через элемент ИЛИ-НЕ подключены к регуляторам температуры. На фиг. 1 показана структурная сх ма предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирую щие принцип его работы. Устройство (фиг, 1) содержит тепл вой блок 1, состоящий из верхнего и нижнего калориметрических блоков, : размещенных внутри теппоизолированно го корпуса 2. Между калориметрически ми блоками размещен испытуемый образец 3. Калориметрические блоки включают т-ешюобменники 4 и 5 с патрубками для подвода и отвода хладоагента, в пазах которых размещены электрические нагреватели 6 и 7, а на поверхности - тепловыравнивающие пластины 8 и 9 с вмонтированными в них датчиками 10 и 11 регулирования температуры, датчики 12 и 13 перепада температур, тепломеры 14 и 15, центральные датчики 16 и 17 и периферийные датчики 18 и 19 теплового потока тепловыравнивающие пластины 20 и 21. В состав устройства также входят регуляторы 22 и 23 температуры поверхностей образца, блок 24 нормирующих усилителей, подключенный к датчикам 16-19 тепловых потоков, блок 25 нормирующих усилителей/ подключенный к датчикам 12 и 13 перепада температур арифметический блок 26, распределиТ€лъ 27, коммутатор 28, схема 29 определения стационарного режима, подключенная к выходу арифметического блока 26, элемент И-НЕ 30, счетчик 31, элементы НЕ 32, ИЛИ-НЕ 33, измерительный блок 34. I „ Устройство работает следующим образом. Образец 3 в виде пластины размера ми 250 X 250 X (10-50) мм устанавливают в устройство. В теплообменники 4. и 5 или только в 5 (в зависимости от необходимого диапазона изменения температур) подают хладоагент. Источ ник хладоагента на фиг. 1 условно не показан. Пары хладоагента охлаждают стенки теплообменников 4 и 5, в паза которых размещены электронагреватели 6 и 7, являющиеся исполнительным эле ментом автоматических регуляторов 22 и 23 температуры. Выравнивание те ператур электрических нагревателей 6 и 7 осуществляется тепловыравнива ощими пластинами 8 и 9. Системой охлаждения и регуляторами 22 и 23 температуры обеспечивается создание и поддержание с необходимой точностью заданных уровней температур на граня образца 3. Тепломеры 14 и 15 на основе фольгированного стеклотекстолит используются в качестве датчиков 12 и 13 перепада температур, центральных датчиков 16 и 17 и периферийных датчиков 18 и 19 теплового потока, пронизывающего испытуемый образец 3. Сигналы датчиков тепловых потоков через центральные верхнюю и нижнюю, периферийные верхнюю и нижнюю зоны испытуемого образца, усиленные блоком 24 нормирующих усилителей, поступают на вход арифметического блока 26, который производит вычисление среднего арифметического значения теп-, лового потока. Этот тепловой поток Ьоступает на вход схемы 29 определет ния стационарного режима и одновременно на один из измерительных входов коммутатора 28. На два других измерительных входа Коммутатора 28поступают сигналы с датчиков 12 и 13 перепада температур, усиленные блоком 25 нормирующих усилителей. Сигналы управления с выходов распределителя 27 (фиг. 2 е,ж,з) поступают на управляющие входы коммутатора 28 и одновременно на входы элемента ИЛИ-НЕ 33. От нулевого значения результатирующего теплового потока и вплоть до момента наступления стационарного режима на выходе схемы 29 определения стационарного режима присутст вует сигнал логического О (фиг.2а). На выходе счетчика 31 присутствует также сигнсШ логического О , который (фиг. 2г) накладывает запрет на работу распределителя 27. При этом коммутатор 28 находится а разомкнутом состоянии и на измерительный блок 34 информация не поступает., Одновременно с выхода элемента ИЛИ-НЕ 33 поступает сигнал логической , который разрииает работу регуляторов 22 и 23 (фиг. 2и). Как только наступает стационарный режим, то схема 29 онрелеления стационарного режима начинает переключаться из одного состояния в другое (фиг. 2а) и сигналы через элемент И-НЕ 30 (фиг.2в) поступают на вход счетчика 31, который, отсчитав N импульсов, вырабатывает на своем выходе сигнал логической 1 (. 2г) и через элемент НЕ 32 блокирует схему. В рез1Гльтате распределитель 27 получает сигнал Разрешение и начинает Вырабатывать на каждом выходе импульсы управления коммутатором 28 (фиг. 2 е, ж,з). При наличии импульса на управляющем входе коммутатора 28 на его выходе появляется информация, которая регистрируется измерительным блоком 34, а. на работу регуляторов 22, 23 температуЕял накладывается запрет, и ток через электронагреватели 6 н 7 не протекает. Коэффициент теплопроводности образца в стационарном режиме определяют по формуле д (QH -«-«чд +QnB ,-,

где - толщина образца, м;

S - площадь поперечного сечения образца,

Оцб 0|4,ц тепловые потоки через центральные верхнюю и нижнюю зоны образца, Вт; пв тепловые потоки через периферийныё верхнюю и нижнюю зоны образца, Вт; Q - среднее арифметическое значение теплового потока, Вт; дТ Т -Т -перепад температур на образце, К;

Т,Tj - температуры верхней и нижней поверхностей образца,Ki В отличие от известных устройств Введение арифметического блока в предлагаемое устройство позволяет уменьшить время выхода в стационарный

режим с 4-4,5 ч до 2-2,5 ч во ш.ем диапазоне изменения температур, увеличить точность измерения за счет определения усредненного значения телового потока, пронизывающего испытуемый образец.

Метрологические исследования оптического кварцевого стекла марки КБ на макетных образцах предлагаемого устройства показали, что случайная составляющая погрешности, обусловленная влиянием регуляторов температуры, полностью отсутствует, а погрешность измерения коэффициента теплопроводности в диапазоне изменения температур 120-370 К нахоцится на уровне погрешности аттестации эталонных образцов органами Госстандарта СССР.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ИЗОЛЯЦИОННЫХ И СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В стационарном тепловом режиме, состоящее из теплового блока, включающего в себя теплоизолированный корпус, два идентичных калориметрических блока, расположенных с зазором для размещения плоского испытуемого образца, каждый из которых содержит теп,лообменник, в пазах которого размещен нагреватель, датчик перепада температур на образце, два датчика тегшовых потоков, тепловыравнивающие пластины, размещенные между датчиком перепада температур, и теплообменником и между датчиками тепловых потоков и зазором для размещения образца и тепломер, расположенный между датчиками тепловых потоков и датчиком перепада температур на образце, подключенных к тепловому блоку двух регуляторов температуры граней образца и двух блоков нормирующих усилителей, один из которых входами подключен к датчикам тепловых потоков, а другой к датчикам перепада температур на образце, схема определения стационар(Л ного режима, распределителя, подключенного к коммутатору, выход которого связан с измерительным блоком, отлич ающее с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство дополнительно введены (Элемент ИЛИ-НЕ,арифметический блок и последовательно соединенные элемент И-«Е, счетчик и элемент НЕ, причем вход арифметического блока соединен с выходом первого блока нормирующих усилителей, авыход - с уходом определения стационарного режима, 00 00 первый вход элемента И-НЕ связан с выходом схемы определения ;:тационарного режима, второй - с выходом элемента НЕ, выход счетчика - с управляющим входом распределителя, выходы .которого через элемент ИЛИ-НЕ подключены к регуляторам температуры.