Способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к технической физике, в частности к теплофи- зическим измерениям, и может найти широкое применение в народном хозяйстве при производстве синтетических материалов и изделий из них.

Целью изобретения является уменьшение времени проведения теплофизи- ческого эксперимента и повышение точности определения искомых теплофизи- ческих характеристик.

На чертеже представлена измерительная схема устройства.

Сущность способа заключается в

следующем.

На теплоизолированную поверхность исследуемого тела помещают линейный источник тепла и в моменты

(х.

,)

Тд (х,

N -

Поделив эти температуры, получаем .) / Т(х .Тизм) ехр

Вы

рав точки контроля так, что

In

2 УТг (х,, Сизм)

U3M -- VT,(X, ;Г„,) - ГТ,(х,,Г„1д, ) - 4 .,)

Полученный коэффициент температу- кие Т и определяем теплопроводность ропроводности подставляем в выраже- 50 исследуемого материала по формуле

Таким,образом, измерив температуру в заданный момент времени в двух точках поверхности исследуемого те3U236

| ч-

времени ty. - Г /i, где момент времени измерения тем пературы в точках контроля, i 1,- 2,3,... - натуральный ряд чисел,

5 осуществляют тепловое воздействие на тело импульсами постоянной мощности Qp.Затем в момент измеряют значение избыточной температуры в точках контроля, расположен10 ных на расстояниях х, и х от линии действия источника, удовлетворяющих условию Хл 1 X, ,после чего искомые теплофизические характеристики определяют по формулам.

t5 Температура в момент времени в точках контроля, расположенных на расстоянии х г ° линии действия источника, будет выражаться как ;

г г г - X л

4/V а HiM

)(

х;

1 - ехр (- 4 ) 2

1 л. 7

ехр , ч (- .,,„)

МЗМ

х, VT X , находим искомые коэффициенты а

и ; .

ла, расположенных на фиксированных расстояниях от линии действия источника, и зная мощность тепловых им31

пульсов, можно определить значения коэффициентов тепло- и температуропроводности исследуемых тел.

Для повышения точности способа возможно проведение эталонирования путем проведения предварительного эксперимента на эталонном.образце с известныг ги коэффициентами тепло- и температуропроводности, в котором определяется уточненное значение мощности теплового потока, используемое при проведении эксперимента на исследуемых телах.

Устройство дпя осуществления способа состоит из зонда-термоприемника 1 5 включающего теплоизоляционный материал, на поверхности которого расположены линейный нагреватель и термоприемник. Выход термоприемника через блок 2 аналого-цифровог о преобразования подключен к первым информационным входам блока 3 вывода, который содержит интерфейс, входные шины управления соединены с блоком клавиатзфы, а выходные шины управления подключены к блоку индикации. Информационные входы и выходы блока 3 соединены с соответствующими первь ет шинами микропроцессора 4, вторые и третьи информационные входы я выходы которого связаны с соответствующими выходами и входами первого 5 и второго 6 управляемых делителей частоты, выполненных на основе регистров. Четвертые информационные входы и выходы микропроцессора А соединены с информационными выходами и входа:ми реверсивного счетчика 7, Устройство содержит также три логических элемента И-НЕ 8, 9 и .0 и формирователь 11 амплитуды формирователя соединен через первый элемент И-НЕ 8, второй элемент И-НЕ 10 с суммирую- ВХОДОМ; а через первый делитель и третий элемент И-НЕ 9 с вычитающим входом реверсивного счетчика 7 Первый вход формирователя 11 подключен к выходу блока 12 электропитани В цепь нагрузки б.гюка 12 подключен через тиристор 3 линейньм нагреватель зонда. Второй вход 14 формировтеля является входом установки опорного нагфяжения, а вход 15 управления соединен с выходом управления микропро15ессора 4, Тактовые-выходы 16J 17 и 18 микропроцессора подключены к соответствующим входам эле6... 4 .

.ментов И-НЕ 8, 9 и 10. Управляющий - вход 19 тиристора 13 соединен с соответствующим выходом блока 3 ввода-вывода.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом измерений оператором через блок 3 ввода-вывода в постоянную память микропроцессора вводятся константы х, х, Q, мэм-/ также программы расчета искомых теп- лофизических характеристик, программа управления моментами подачи тепловых импульсов на нагреватели,

Зонд-термоприемник,- -включающий эталонный материал, приводится Б контакт с исследуемым материалом. С пульта управления блока ввода-вывода подается команда Пуск, по которой микропроцессор переводит устройство в режим контроля текущей температуры в плоскости контакта эталонного и исследуемого образцов. При этом непрерывно регистркруется температура образца, преобразуется в электрический сиг нал и через блок аналого-цифрового преобразования и блок ввода-вывода поступает в стековую память микропроцессора,

О.дновременно аналогичный контроль температуры осуществляется в плоскости контакта эталон - эталон,который расположен в зонде-термоприемнике.

В шине 15 появляется разрешающий

потенциал, вырабатываемый микропроцессором 4. Этот сигнал открывает формирователь амплитуды и по режиму

стабилизации и управления на линейные нат реватели зонда поступают стабилизированные по мощности импульсы через заданное время. Количество импульсов определяется в микропроцессоре в соответствии с алгоритмом выражения для количества тепловых импульсов с учетом погрешности их расчета. . После окончания подачи п-го импульса на шине 15 появляется запрещающий

потенциал, вьфабатываемый микропроцессором, формирователь закрывается, а на линейные нагреватели не подается питание.

Через время T,,3 осуществляется

измерение суммарных температур в плоскости контактов теплоизолятор - исследуемый образец в точках х, х„ зонда-термоприемника. Устройство работает так же, как и при подаче теп5n

noBOi o импульса на эталон - эталон, Микропроцессор вьщает данные искомых крэффициентов тепло- и температуропроводности.

Способ, позволяет определить искомые коэффициенты с погрешностью не вьппё 5-7% за ВЕ|емя не более 1 мин с прогревом исследуемого тела до сравнительно высоких температур,что обусловливает возможность его применения в практике теплофизических исследований для полубесконечных массивов. Повышение точности измерения обусловлено полной адекватностью математической модели физики теплового процесса в исследуемой теплофи- зической системе, т.е. полностью исключается методическая погрешность.

Формула изобретения

I.. Способ комплексног о определения теплофизических характеристик материалов без нарушения их целостности, состоящий в тепловом воздейде х, xj

Т, (,х ) i(W иТ2(х2

- мЗм

4 Я- Т,(х,, Г«з,)

расстояния от линейно- ного источника до первой и второй точки контроля соответственно.

причем х

х„ /

i-1,1.)

значение избыточной температуры в момент измерения в точках контроля х и х соответственно;

д , а . - соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводности исследуемого материалаJ Q - мощность теплового импульса.

2, Устройство, содержащее блок лектропитания, зонд-термоприемник, ключающий линейный нагреватель и

O

2366

ствии на Поверхность полубесконечно- г о в тепловом отношении исследуемо- г о тела импульсами постоянной мощности от линейного источника тепла, 5 измерении температуры в двух точках поверхности, разностоящих от линии действия источника, отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени и повьшхения точности определения теплофизических характеристик, тепловыми импульсами воз-. действуют на поверхность исследуемого тела в моменты времени, определяемые зависимостью f. t -t,M/i , (5 к де - момент времени измерения температуры в точках контроля, i 1,2,3,,.. - натуральный ряд чисел, члены которого соответствуют последовательности чередования тепловых импульсов, в заданный момент времени I MjM измеряют избыточную температуру в двух точках контроля, а искомые теплофизические характеристики определяют по формулам:

0

4 а 7

(1 - е )

измерители температуры, которые сое- 0 динены с входами блока аналого-цифрового преобразования, первый и второй управляемые делители частоты, элемент 2И-НЕ, блок ввода-вывода и микропроцессор, первые, вторые и 5 третьи информационные входы-выходы микропроцессора соединены с соответствующими информационными выходами- входами первого и второго управляемых делителей частоты и блока ввода- вывода, о тлич ающе е с я тем, что, с целью уменьшения времени и повьш1ения точности определения теплофизических характеристик, в него дополнительно введены реверсивный счетчик, информаиион .ые входы-выходы KOTopoi o соединены с соответствующими выходами-входамк микропроцессора, второй и третий элементы 2И- НЕ, тиристор и формирователь ампли0

5

туды, выход которого соединен через первый элемент 2И-НЕ, второй управ- ляемый делитель частоты, второй элемент 2И-НЕ - с суммирующим входом,а через первый управляемый делитель частоты, третий элемент 2И-НЕ - с . вычитающим входом реверсивного счетчика, первый вход формирователя амплитуды является входом установки опорного напряжения, второй вход под- ключен к выходу блока электропитания в цепь нагрузки которого подключен

через тиристор линейный -нагреватель зонда-термоприемника, а вход управления формирователя амплитуды соеди- нен с выходом управления микропроцессора, тактовые выходы которого подключены к соответствухщим входам элементов 2И-НЕ,причем управляющий вход тиристора соединен с управляющим выходом блока ввода-вывода,информационные входы которого соединены с соответствующими выходами блока аналого-цифрового преобразования.

Изобретение относится к области теплофизических измерений. Пелью изобретения является уменьшение времени проведения теплофизическог о зкс- перимента и повышение точности определения искомых характеристик. Способ состоит в тепловом воздействии на поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела от линейного источника тепла импульсами постоянной мощности. Избыточную тем.пературу измеряют в двух точках поверхности, равноотстоящих от линии Действия источника. Тепловые импульсы наносят на поверхность исследуемого тела в моменты времени, определяемые заданной зависимостью. В заданный момент времени измеряют избыточную температуру в точках контроля, расстояние до которых от линии действия источника тепла задают в соответствии с определенным условием, искомые характеристики рассчитывают по формулам. Регулирование интервалов между тепловьми импульсами и стабилизация энергии каждог о теплового импульса осуществляется за счет введения в устройство реверсивног о счетчика, второго и третьег О элементов 2И-НЕ, тиристора, формирователя амплитуды, соединенных соответствующим образом. 2 с.п.ф-лы, 1 ил. § (Л

Редактор А.Лежнина

Составитель В.Гусева

Техред В.Кадар Корректор Е.Рошко

Заказ 2205/44Тираж 777Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-36, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4