Устройство для определения теплопроводности текстильных материалов Советский патент 1976 года по МПК G01N25/20 

1

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для определения коэффициента теплопередачи текстильных материалов и пакетов из них, характеризующего их теплозащитные свойства.

Известны приборы для определения теплозащитных свойств текстильных материалов и пакетов из них методом стационарного теплового режима, содержащие нагреватель и холодильник, между которыми располагается исследуемый материал. Вычисление коэффициента теплопередачи в таких приборах производится по известной формуле, исходя из показаний приборов, измеряющих количество электроэнергии, затраченной на нагрев нагревателя.

Недостатком известных приборов, реализующих метод стационарного теплового режима, является длительность испытания одного образца (3-4 ч), неравномерность, а также громоздкость устройства теплового потока в нагревателе, вызывающая погрешности измерений.

Для повышения точности и быстродействия измерений предлагаемое устройство снабжено вычислительным блоком, содержащим формирователь импульсов, связанный через первый элемент «И-НЕ со входом делителя частоты, два электрически связанных триггера Шмитта, цифровой индикатор, элемент сигна2

лизации циклов измерений и второй элемент «И-НЕ, входы которого подключены соответственно к одному из выходов делителя частоты, к выходу первого триггера Шмитта и

выходу блока регулирования температуры основного нагревательного элемента, а выход- к цифровому индикатору. Выход второго триггера Шмитта подсоединен ко входу элемента сигнализации циклов измерений и ко входу

первого элемента «И-НЕ, а второй выход делителя частоты подсоединен ко входу первого триггера, третий к другому входу элемента сигнализации циклов измерений. Блок регулирования выполнен в виде трех независимых каналов, соединенных соответственно с датчиками температуры холодильника, основного и дополнительного нагревательного элемента.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, на фиг. 2 термокамера с элементами, вид спереди в разрезе.

Блок-схема устройства состоит из термокамеры 1, блока регулирования 2 и измерительного блока 3. Термокамера 1 состоит из основания 4 квадратной формы, выполненного из стеклотекстолита, на котором закреплена квадратная коробка 5 из пенопласта.

В основание камеры ввернуты четыре шпильки 6, на которые свободно надеваются

остальные узлы камеры: теплозащитная пенопластовая прокладка 7, охранный нагревательный элемент 8, теплозащитная пенопластовая прокладка 9, рабочий нагревательный элемент 10 по конструкции одинаковый с охранным, холодильник И. Между рабочим нагревательпым элементом и холодильником помещается образец испытуемого материала 12. На поверхностях нагревательных элементов и холодильника закреплены датчики температуры (термопары и термометр сонротивления).

Нагревательный элемент 10 для получения равномерного температурного поля состоит из основного нагревателя, охранного нагревателя и подложки. Основной и охранный нагреватели выполнены в виде печатной платы неразъемной жесткой конструкции из константановой фольги.

В приборе применено полупроводниковое охлаждение. Холодильник 11 представляет собой медную плиту, на одну сторону которой холодными спаями приклеены девять последовательно соединенных термоэлектрических батарей 13. Термоэлектрические батареи равномерно распределены на поверхности плиты от ее центра.

В целях уменьшения термического сопротивления электроизолирующего теплоперехода между медными пластинами термоэлектрических батарей и медпой плитой в клей добавлен порошок окиси бериллия, которая имеет теплопроводность такого же порядка, как металлы.

Отвод тепла от горячих спаев термоэлектрических батарей производится с помощью радиаторов 14 из дюралюминия с пластинчатыми ребрами, которые также приклеены к поверхности горячих спаев термоэлектрических батарей клеем с добавкой порошка окиси бериллия. На медной плите закреплены две ручки 15.

Для интенсификации отвода тепла с ребер радиаторов в приборе применен малогабаритный вентилятор.

Датчики температуры 16, 17 и 18 соответственно холодильника 11, рабочего нагревательного элемента 10 и охранного нагревательного элемента 8 показаны на фиг. 1.

Величина коэффициента теплопередачи исследуемого материала определяется исходя из расхода мощности электрической энергии в основном нагревателе рабочего нагревательного элемента 10 и его величина выводится на цифровую индикацию.

Расчет ведется по известной формуле:

P(

где Р - мощность электрической энергии, потребляемая основным нагревателем;

F - площадь поверхности основного нагревателя;

/1 - температура на поверхности медной пластины основного нагревателя;

/2 - температура на плите холодильника.

Блок регулирования 2, вычислительный блок 3, а также блок питания прибора выполнены в отдельном корпусе.

Блок регулирования 2 представляет собой три самостоятельных бесконтактных двухпозиционных регулятора и содержит два задатчика температуры 19 и 20, задающих определенную температуру соответственно холодильнику И и нагревательному элементу 10, два блока сравнения 21 я 22, три усилителя 23, 24 и 25, выходные каскады которых выполнены по схеме триггера Шмитта. Нагрузкой триггеров являются светодиоды тиристорных оптропов, управляющих тиристорными ключами (выходные блоки 26, 27 и 28).

Вычислительный блок 3 состоит из формирователя импульсов 29, электронного пересчетного устройства - делителя частоты 30 на 13-ти триггерах, задающего время установления теплового режима термокамеры и время измерения и синхронизованного частотой сети, схемы цифровой индикации 31 на трех счетных декадах, схемы управления на триггерах 32, 33 и схемах «И-НЕ 34, 35 и схемы сигнализации хода и окончания цикла измерения 36.

Прибор работает следующим образом.

После включения питания прибора происходит установление определенного температурного режима термокамеры 1. Сигналы от датчиков температуры 16, 17 и 18 поступают в блок регулирования 2.

Блоком регулирования 2 осуществляется поддержание постоянной температуры холодильника 11 и поддержание перепадов температуры между холодильником и нагревательным элементом 10, а также между нагревательными элементами 10 и 8.

Задатчик температуры 19 холодильпика, собранный на двух термометрах сопротивления, задает температуру холодильнику. Задание температуры при настройке регулятора осун.1ествляется изменением величины сопротивлений.

Блок сравнения 21, построенный по мостовой схеме, питаемой неременным током, с датчиком 16, термометром сопротивления и задатчиком 19 дает на выходе определенный сигнал. Сигнал разбаланса моста, полученный в блоке сравнения 21 от сравнения величин задатчика 19 и датчика 16, поступает на вход усилителя 25, выходной каскад которого управляет работой триггера Шмитта.

При увеличении температуры холодильни-. ка 1 i происходит разбаланс измерительного, моста. Сигнал разбаланса усиливается, вклю-. чается тиристорный ключ, управляемый оп-. тронами в выходном блоке 26, в результате чего происходит включение цепи питания хо-лодильника. Температура холодильника 11 начнет уменьшаться до момента балансировки моста, после чего происходит выключение цепи холодильника.

При разбалансировке моста в обратнук сторону напряжение на выход управляемого

выпрямителя не поступает, т. к. напряжение питания моста и опорное напряжение находятся в противофазе. Температура холодильника начинает увеличиваться, и процесс повторяется.

Датчик перепада температуры 17, выполненный из двух встречно включенных термопар, дает сигнал на схему сравнения (блок 22), построенную по схеме моста.

Сигнал разбаланса моста поступает на вход усилителя 23, где усиливается и подается на исполнительное устройство. Схема ис. волнительного устройства (выходной блок 27) .аналогична вышеизложенной и осуществляет , включение и отключение цепи питания нагре.вательного элемента 10.

Датчик 18 пулевого перепада температуры

:между рабочим 10 и охранным 8 нагреватель,ными элементами, состояш,ий из двух встреч,но включенных термопар, дает сигнал на вход

усилителя 24. Исполнительное устройство

(выходной блок 28) аналогично выше изло;женному и осуществляет включение я отключение охранного нагревательного элемента 8.

.При постоянных значениях подводимой .энергии к основному нагревателю элемента iO, площади поверхности нагревателя, перепада температуры между холодильником 11 и нагревателем и времени измерения коэффициент теплопередачи исследуемого материала определяется временем включения основного нагревателя, которое является и временем включения всего рабочего нагревательного элемента 10, т. к. основной и охранный нагреватели его соединены последовательно.

При включении основного нагревателя сигнал с выхода управляемого выпрямителя усилителя 23 поступает на вычислительный блок 3, который работает следующим образом.

При кнопки «Измерение, выведенной на нанель управления прибора, происходит установка триггеров в начальное состояние и сброс показания счетных декад. На вход делителя частоты 30 поступает через схему «И-НЕ импульсы прямоугольной формы с частотой сети (50 гц) с формирователя импульсов 29. Через 163, 84 секунды, в течение которых происходит вывод нагревательных элементов и холодильника в установившийся режим, происходит опрокидывание триггера 32, который включает схему «И- НЕ 35, чем подготавливает счетные декады 31 к счету импульсов.

На вход схемы «И-НЕ 35 поступают им- пульсы большой длительности с управляемого выпрямителя усилителя 23, соответствующие ;включению и отключению нагревателей рабочего нагревательного элемента 10 и импульсы малой длительности, поступащие с одного из триггеров делителя частоты 30.

Во время работы основного нагревателя счетные декады осуществляют счет импульсов малой длительности, которые могут быть взяты с любого триггера делителя частоты, чем достигается введение в формулу измерения коэффициента, кратного двум. Через 327, 68 секунды после начала цикла измерения триггер 32 опрокидывается второй раз, что вызывает опрокидывание триггера 33 и отключение делителя частоты 30 от формирователя .импульсов 29. На этом цикл измерения заканчивается.

Во время всего цикла измерения индикаторная лампочка схемы сигнализации 36 периодическим включением сигнализирует о ходе цикла измерения, а по окончании цикла она выключается.

Формула изобретения

1.Устройство для определения теплопроводности текстильных материалов, содержащее основной и охранный нагревательные элементы, расположенные в одной плоскости, дополнительный нагревательный элемент, расположенный под ними, холодильник и блок регулирования температуры, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерений, оно снабжено вычислительным блоком, содержащим формирователь импульсов, связанный через первый элемент «И-НЕ со входом делителя частоты, два электрически связанных триггера Шмитта, цифровой индикатор, элемент сигнализации циклов измерений и второй элемент «И-НЕ, входы которого подключены соответственно к одному из выходов делителя частоты, к выходу первого триггера Шмитта и выходу блока регулирования температуры основного нагревательного элемента, а выход - к цифровому индикатору, при этом выход второго триггера Шмитта подсоединен ко входу элемента сигнализации циклов измерений и ко входу первого элемента «И-НЕ, второй выход делителя частоты подсоединен к входу первого триггера Шмитта, третий - к другому входу элемента сигнализации циклов измерений.

2.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок регулирования выполнен в виде трех иезависимых каналов регулирования, электрически связанных соответственно с датчиками температуры холодильника, основного и дополнительного нагревательных элементов.

„ I I 1. ,

J 77 1-и е .7 -Г 2S h-I 2S „. I j L.I L-.j I.

::гг.::::гг::31

I

Iff1

r/ j-j /7 2 |--И Jjl-LL-II--J... . -.-- -:.IjL -.-« «V;l...uJ

P---JII

..,™I1I

R

t-.J , I---, II t-. I

27

a-f

I