Устройство для определения теплофизических характеристик строительных материалов Советский патент 1988 года по МПК G01N25/18 

4

СО

Изобретение относится к области определения теплофизических характеристик твердых, например, строительных материалов.

Целью изобретения является повышение точности и снижение трудоемкости определения теплофизических характеристик влажных строительных материалов при наличии криофазы.

Наличие блока коммутации температурных датчиков позволяет испытывать один образец-пластину исследуемого материала, фиксируя в нем изменение перепада температуры по времени после подачи теплового импульса путем воздействия обратной связи: блок управления - распределитель, блок управления - блок коммутации, при этом точность определения теплофизических характеристик по сравнению с извест- ным устройством, в котором испытывают два образца исследуемого материала, повышается за счет устранения систематических ошибок, поскольку очевидно, что из совокупности образцов материала невозможно выбрать два

1идентичньгх, как это требуется в известном устройстве.

Расчетная формула для определения например, тепловой активности при использовании известного устройства основана на решении симметричной задачи и имеет вид

(,r;FF). С)

где Ъ - тепловая активность;

Q - кол1гчество тепла, вьщеляемое единицей площади нагревателя utij - избыточная температура нагревателя;€ - текущее время, Поскольку тепловые активности дву образцов-пластин исследуемого матег . риала не равны между собой, т.е. . b ibb или , , где и , и - систематические ошибки определения тепловой активности исследуемого материала b для первого и второго образцов, соответствующую расчетную формулу, основанную на решении уже несимметричной задачи, можно записат в вид: . (fi +u )Q/(&tHTftr) или

b+( u +.u)( 2bt.,ia),

J jj4( fcl у 5 /

т.е. искомая величина тепловой активности, определенная на известном устройстве, будет содержать системати

0 5

0

5

0 j

0

5

ческую ошибку, которая имеет сложную физическую основу, поскольку неоднородность свойств обусловлена не только наличием матрицы материала, но и содержанием в нем жидкой влаги и криофазы,

Наличие приборного комплекса, включающего информационно-вычислительный блок, в который через соответствующие согласователи и распределитель поступает информация от регистраторов электрического параметра и температуры, и блок управления, который через автономные каналы связи соединен с блоком формирования импульсного нагрева, позволяет создавать оптимальный тепловой импульс, т.е. тепловой импульс, который не вызывает появления источников (стоков) тепла, обусловленных фазовыми превращениями влаги, и получить наибольший по величине (из всех возможных) полезньй сигнал, по которому устанавливают значение искомых характеристик .

На фиг, схематически представлено изменение фазового состава поро- вой влаги (вода :5: лед) в цикле охлаждения нагрева капиллярно-пористого-строительного материала с опре- деленньгм исходным влагосодержанием; на фиг, 2 - структурная схема предлагаемого устройства,

Влага, находящаяся в поровом пространстве, -представляет собой раствор диссоциированных компонентов. Криогенные фазовые превращения для таких ненасыщенных многокомпонентных растворов ионного типа осуществляют- ся в широком температурном диапазоне: от температуры начала замерзания до наиболее низкой из эвтектических температур водорастворенных компонентов (при понижении температуры): и до температуры конца оттаивания при ее повышении, при этом имее место явление гистерезиса криогенных превращений, который обусловлен тем, что при нагревании рассматриваемой среды изменение количества криофазы будет происходить только за счет плавления . кристаллогидратов, что отображено соответствующими ломаными линиями, и . при Тц будет происходить таяние чистого льда. Если темнература образца во время опыта будет изменяться в пре- пределах от исходной до ближайшей более высокой эвтектической, яо- не

достигает последней, фазовых превращений происходить не будет. Тогда величину оптимального теплового им- |пульса можно о ценить по формуле ( 1 ),

Таким образом, создание оптимального импульса позволяет определять теплофизические характеристики влажных строительных материалов при наличии криофазы с наименьшими погрешностями и исключением источников (стоков) тепла, кроме того, существенно снижается трудоемкость.

Предлагаемое устройство содержит два электрода I, расположенных по обеим сторонам образда-пластины исследуемого материала, которые в совокупности образуют датчик электрического параметр.а, на каждом электроде размещено по датчику 2 температуры, кроме того, один из электродов находится в тепловом контакте с плоским нагревателем 3, Датчик электрического параметра fэлектроды 1) соединен с регистратором 4, который в свою очередь через согласователь 5 и распределитель 6 присоединен к информационно-вычислительному блоку 7. Датчики 2 температуры через блок 8 коммутации присоединены к регистрато ру 9 температуры, который через согласователь 10 и распределитель 6 также соединен с цнформационно-вычисли- тельным .блоком 7. Блок 11 управления через автономные каналы связи соединен с блоком 8 коммутации датчиков температуры распределителем 6 и блоком 12 формирования импульсного нагрева, который соединен с плоским нагревателем 3,.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый образец-пластина с размещенными по обе его стороны элек тродами 1, датчиками 2 температуры и плоским нагревателем 3, имеющим тепловой контакт с одним из электродов 1, помещают в термостат, в котором в широком диапазоне положительных и от- рицательных температур задается требуемая температура воздушной среды. При достижении образцов требуемой температуры, что устанавливается и фиксируется информационно-вычислительным блоком 7 путем анализа информации о температуре, поступающей последовательно от датчиков 2 температуры, через блок 8 коммутации, ре гистратор 9 температуры, согласова36043

тель 10 и распределитель 6, и о электрическом параметре, поступающем.последовательно от датчика-электродов 1, регистратора 4 согласователя 5 и распределителя 6, фиксируют эначение электрического параметра и температуры при исходном влагосодержании образца.

10 По результатам этих измерений для области положительных температур в информационно-вычислительном блоке 7 по специальной программе вычисляются: параметры математической модели, опи15 сывающей зависимость измеряемого

электрического параметра от состояния системы - влажньш исследуемый материал, при отрицательньпс температу-,х pax - количества незамерзшей воды

20 и льда крнофазы , используя при этом ранее полученную математическую модель .

Далее в этом же информационно-вычислительном блоке 7 определяется -

25 величина оптимального теплового импульса, которая выбирается таким образом, чтобы обеспечить наибольшую точность искомых -теплофизических характеристик и для области отрицатель- 30 ных температур одновременно исключить изменение кол1«ества криофазы в испыт тываемом образце. С помощью блока П управления по автономным каналам связи подаются сигналы: на блок 12 фор35

мирования импульсного нагрева, по ;средством которого в нагревателе 3 создается оптимальный тепловой им пульс, на блок 8 коммутации и распределитель 6 с тем, чтобы в информа40 ционно-вычислительный блок 7 комплекса после задачи теплового импульса поступала информация об изменении перепада температуры в исследуемом материале-пластине во времени,

Ig На основе поступающей информации в информационно-вычислительном бло- ке 7 по специальной программе вычисляются искомые теплофизические характеристики.

go Устройство может быть использовано при исследовании влажных капиллярно-пористых в том числе строительных материалов при наличии криофазы.

55

Формула изобретения Устройство для определения тепло-, физических характеристик строительных материалов, содержащее электроды-датчики электрического параметра, датчики температуры и плоский нагреватель , подключенные соответственно к регист- раторамГ электрического параметра, температуры и блоку формирования имг йульсного нагрева, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и снижения трудоемкости определения искомых характеристик влажных строительных материалов при наличии криофазы, оно снабжено блоком коммутации температурных датчиков, распределителем, согласователями и

приборным .комплексом, включающим информационно-вычислительный блок и . блок управления, при этом регистраторы электрического параметра и температуры через соответствующие согласо- ватели и распределитель присоединены: к информационно-вычислительному бло- ,ку комплекса, а его блок управления через автономные каналы связи соединен с блоком формирования импульсного нагрева, распределителем и блоком коммутации датчиков температуры.

Изобретение относится к средст- комплексного определения тепловам физических характеристик влажных строительных материалов при наличии криофазы. Цель - повышение точности и снижение трудоемкости определения характеристик при наличии криофазы. Устройство снабжено блоком коммутации температурных датчиков, распределителем, согласователями и приборным комплексом, включающим информационно-вычислительный блок и блок управления. Регистраторы электрического параметра и температуры через соответствующие согласователи и распределитель присоединены к информационно-вычислительному блоку комплекса, а его блок управления через автономные каналы связи соединен с блоком формирования импульсного нагрева, распределителем и блоком коммутации датчиков температуры . 2 ил. а iS (Л

1 Ъ TKO Гад

ъ

9аг,1

T ftiiff

11

/

d-j

IbriL.

9

10

9и.2