Устройство для определения теплофизических характеристик материалов Советский патент 1986 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к области теплофизических измерений, в частности к устройству для определения теплофизических характеристик материалов , и может быть использовано в химической, строительной и других отраслях народного хозяйства для контроля качества изделий в лабораторных и натурных условиях эксплуатации.

Цель изобретения - повышение точности определения теплофизических характеристик материала без нарушения целостности исследуемого образц

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства; на фиг. 2 - схема аналого-цифрового преобразователя.

Устройство (фиг. 1) содержит зон термоприемник I в виде материала с известными теплофизическими характеристиками (а , Л , ), на контактной поверхности зонда смонтирован линейный проволочнь1й нагреватель 2 и две термопары 3 и 4 на расстоянии Х( и

Xj от линии действия нагревателя, третья термопара 5, расположенная внутри материала термозонда 1 на расстоянии х от линии действия нагревателя 2. Зонд-термоприемник 1 приведен в контакт с материалом исследуемого образца с неизвестными характеристиками (а). Выходы термопар 3-5 и нагреватель 2 соединены соответственно через аналого-ци(})ро- вые преобразователи 6 и блок 7 электропитания с микропроцессором 8 и блоком 9 ввода-вывода. Устройство также содержит управляемые делители 10 и 1 частоты, делитель 12 частот и элемент t 3 2И-НЕ.

Ансшого-цифровой преобразователь (фиг. 2) содержит компаратор 14, элемент 15 задержки и счетчик 16.

В исходном состоянии делитель 12 частоты обнулен, элемент 13 закрыт нулевым потенциалом, поступающим с выхода делителя 12 частоты.

Устройство работает следующим образом.

Зонд-термоприемник 1 приводят в контакт с исследуемым материалом и выдерживают его до выравнивания температур в плоскости их контакта. При этом ЭДС термопар преобразуется аналого-цифровыми преобразователями 6 в код N;, где , 2, 3, и регистрируется в стековых регистрах микропроцессора 8. Измерения осуще

s

ствляют после выполнения условия N,, контроль температур Т(х,, г), T.,(x2,t), T,(x,,t) термопар 3-5 в коде NJ осуществляются оператором через устройство 9 ввода- вывода.

В момент равенства температур Ti оператором через устройство 9 ввода- вывода заводится в постоянную память микропроцессора 8 код N, который в позиционном виде поступает в делитель 12 частоты. Предварительно в управляемые делители 10 и 11 аналогично оператором вводится код Ng. Причем 6 момент равенства кодов, NC в делителях 10 и 11, т.е.

5 на

, тактовом выходе микропроцессора

8 формируется единичньй потенциал, в противном случае ( Nj) - нулевой. После введения кода М на выходе делителя 12 появляется единичный поте.нциал, элемент 13 открывается и на его выходе формируются тактовые импульсы. При этом через блок 9 ввода-вывода включается блок 7 нагрева и на линейный нагреватель 2 поступает в импульсе мощность Q, которая поглощается зондом-термоприемником 1 и исследуемым материалом. Избыточная температура Ti непрерывно преобразуется блоками 6 в код Nj и запоминается в стеках микропроцессора 8. Тактовые импульсы организуются поТ я

средством изменения кодов М N. (например, операция вычитания) в делителях 10 и 1 и сопоставлении их во времени микропроцессором 8. Запись кодов N; осуществляется с частотой Fg/NJ (где Fg - частота следования импульсов на тактовом выходе микропроцессора 8). Частота Fp/Ng. поступает на делитель 12 и уменьшает с каждым импульсом в нем код на единицу. В момент обнуления делителя 12 Г N,.,-N5 (где o /f o время переключения базовых элементов) элемент 13 закрывается, а в микропроцес-. соре 8 вычисляются теплофизические характеристики исследуемого материала а, .

Результаты вычислений хранятся в памяти микропроцессора 8 и вызываются оператором на блок 9 ввода- вывода.

Следующий цикл измерения осуще ствляется описанным образом при вве-, дении кода М в делитель 12.

.31

в устройстве аналого-цифровые преобразователи 6 работают в режиме следящей обратной связи, используют эффект переключения базовых элементов (насьпцения и рассасьгоания носителей транзисторов).

Погрешность определения теплофи- зических характеристик материалов в предлагаемом устройстве значительно меньше, чем в известном.

Формула изобрете н и я

Устройство для определения тепло- физических характеристик материалов, содержащее зонд-термоприемник в виде полуограниченного в тепловом отношении тела, на контактной поверхности .которого смонтированы линейный нагреватель и два измерителя температуры, равноотстоящие от линии действия нагревателя, и блок электропитания, соединенный с нагревателем, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введе ны третий измеритель температуры, расположенный внутри зонда-термоприемника на заданном расстоянии от линии действия нагревателя, аналого- цифровые преобразователи, подключенные к выходам измерителей температу ры, микропроцессор, первый и второй управляемые делители частоты и блок

363554

ввода-вьгоода, информационные входы и выходы которых соединены с соответствующими управляющими выходами и входами микропроцессора, делитель 5 частоты, соединенный информационными входами с управляющими выходами микропроцессора, элемент 2И-НЕ, входы которого объединены соответственно с тактовым выходом микропроцес10 сора и выходом делителя частоты,

а выход - с контрольным входом блока ввода-вывода и счетными входами первого и второго управляемых делителей частоты, выходы которых соот15 ветственно соединены с входами управления аналого-цифровых преобразователей и счетным входом делителя частоты., причем выход управления блока ввода-вьгоода подключен к входу

20 управления блока электропитания.

2. Устройство по п. 1, отличаю щеес я тем, что йналого- цифровые преобразователи включают последовательна соединенные компа- 25 ратор, элемент задержки и счетчик, установочный вход последнего служит входом управления, а выходы являются информационными выходами преобразователей, счетный вход счетчика соеди30 иен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к входу измерения аналого-цифровых преобразователей .

Изобретение относится к технической физике, в частности к тепловым испытаниям, и может найти широкое применение в народном хозяйстве при контроле качества.искусственных материалов и изделий из них. Изобретение позволяет повысить точность измерения теплофизических характеристик материалов без нарушения целостности исследуемого образца. Устройство для определения теплофизических характеристик материалов содержит зонд-термоприемник в виде полуограниченного в тепловом отношении тела, на контактной поверхности которого смонтированы линейный проволочный нагреватель и.две термопары, равноотстоящие от линии действия источника тепла, блока электропитания, соединенный с нагревателем. В устройство введены термопара, расположенная внутри материала термозонда на заданном расстоянии (l- 2 мм) от линии действия нагревателя, аналого-цифровые преобразователи, подсоединенные соответственно к выходам термопар, микропроцессор, первьш и, второй управляемые делители частоты, блок ввода-вывода, делитель частоты, элемент 2И-НЕ, причем-аналого- цифровые преобразователи включают последовательно соединенные компаратор, элемент задержки и счетчик. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. с (О (Л fo :А9 35 :о :л :д

ВНИИПИ Заказ 3082/45 Тираж 778 Подписное

Производстч.--полиграф, пред-е, г. Ужгород, ул. Проектная, 4