Способ определения теплофизических характеристик сред

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНРЕСПУБЛИН 9) 6 01 й 25/1 ТЕНИЯ АНИ СКОМУ И АВТОР ТЕЛЬСТВ(2 (2 (4 юл. Р аучно-исследои Ф.К эова- ль- но- ой- биХоджаев й преобра очвы с ко в по агро ры и устр в среды о 980, с. 8 0 6322-- 0 = А 4 ОИдксзависяагрева;ая скороературыьцевого ща тоянная ности н снмальн ия темп диус кол я зонда мя до ст начала г сть измесреды;нагреваЯл, - ма не й -ра те мако - вр отДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОСТИК СРЕД, вклю следуемую сре нагрев его т сти, определе) СПОСОБ СКИХ ХАРА введение виде кол тоянной мТЕР в и ьца ощн ния Омл нагрев Магг ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ 1) 3522715/18-252) 20.12.826) 30.08,84. Б 32(7 Ц Агрофизический нвательский институт(56) 1. Чудновский А.Ф. Теплофипочв. гНаука, М., 1976, с, 25268.2. Могилевский Б.М.,Чудновский АФ. Тепловотель потенциала влаги пцевым зондом. СБ. трудомической Физике, Прибоства контроля параметротания растений. Л 189 (прототип). ние скорости изменения температуры среды с последующим вычислением значений искогых характеристик, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения Функциональных воэможностей способа за счет измерения температуропроводности и повышения точности измерений, дополнительно реги.стрируют время достижения максималь ной скорости изменения температуры среды, а величины коэффициентов теплопроводности 3 и температуропроводности 0 определяют по формуламИзобретение относится к способамопределения теплопроводности и температуропроводности различных физических сред и может быть использовано при полевых, натурных исследованиях, а также в лабораторных условиях.Известен нестационарный способцилиндрического зонда постоянной мощности для определения коэффициентатепло 11 роводности, .заключающийся в измерении скорости нагрева зонда, помещенного в исследуемую .среду, припропускании через него тока постоянной мощности Г 11,Однако по известному способу мож" 15но определить только коэффициент теплопроводности.Наиболее близким техническим решй- .нием к изобретению является способизмерения теплопроводности, включающий введение в исследуемую средуэойда в виде кольца, нагрев его током .постоянной мощности, определение скорости изменения температурысРеды с последующим вычислением искомых характеристик(23,Для определения коэффициента теплопроводиости среды в прототипе проводят нагрев зонда током постоянноймощности н судят о величине коэффициента теплопроводности по скорости изменения температуры зонда впроцессе его нагрева. При этом времяизмерения и нагрева выбирается достаточно малым, т.е.таким, чтобы мож"но было считать распространяющуюсятепловую волну квазицилиндрическойи пренебрегать влиянием кольцевойгеометрии зонда,Данный способ характеризуется малой информативностью в процессе измерений (определяется только коэффициент теплопроводности) и наличиемпогрешности в определении коэффициента теплопроводности за счет откло"нения тепловой волны от цилиндрической Формы, Учесть эту погрешностьсложно, так как ее величина зависитот теплового контакта зонда со средой и от неизвестной величины коэффициентатемпературопроводности средЫАЦель изобретения - расширениеФункциональных воэможностей способаза счет измерения температуропроводности и повышение точности измерений.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу определениятеплофиэических характеристик сред,включающему введение в исследуемуюсреду зонда в виде кольца, нагревего током постоянной мощности, определение скорости изменения температуры среды с последующим вычислениемзначений искомых характеристик, до."полниТельно регистрируют, момент времени от начала нагрева, соответствую-б 5 щнй достижению максимальной скорости изменения температуры среды, а вели" чины коэффициентов теплопроводности 3 и температуропроводности 0 определяются по ФормуламА , О б 322Омске бм 4 ксгде Х и Я -коэффициенты теплопроводности и температуропроводности среды соответственноА -постоянная, зависящая отмощности нагревадЯ,щ,к -величина максимальнойскорости изменения температуры средыВ -радиус кольцевого нагревателя зонда;-время достижения максимума от начала нагрева.Из решения уравнения для температуры среды у поверхности кольцевого зонда, нагреваемого током постоянной мощности, следует, что максимальная скорость изменения температуры среды, равная ьЯмдх, достигает 0,632 ВАся в момент времени пей ц3 где 3. и Ц - коэффициенты теплопроводности и температуропроводности. исследуемой среды. соответственно;8 - температура среды у поверхности зондаВ - радиус кольцевого зондаА 0,935 Я " коэффициент, зависящий от величины подводимой к зонду мощности Ц при его нагреве, Следовательно, по измеренной максимальной скорости изменения температуры среды НООАкс и зафиксированному моменту времени достижения этого максимума от начала нагрева Сноб величины коэффициентов теплопроводности и температуропроводности определяются по ФормуламА , О б 32 ЕАВмббб ммАНа Фиг, 1 изображен типичный ход скорости изменения температуры среды у поверхности зонда постоянной мощности при его нагреве от логарифма времени; на Фиг. 2 - блок-схема устройства, на котором реализуется. предлагаемый способ.Устройство содержит кольцевой зонд 1, включенный в одно из плеч измерительного моста 2, цифровой вольтметр 3, подключаемый в измерительную диагональ моста 2, цифропечатающее устройство 4 для регистраб" ции результатов измерений, источник .постоянной мощности 5 для нагрева 1зонда и таймер 6, управляющий работой устройства по требуемой програм4 1111082 СоставиФель В.ЗайченкоМ.Келемеш Техред Л.Коцюбняк Корректор В.Синицкая к 6302/35 Тира. ВНИИПИ Государствепо делам изобрет 113035, Москва, ЖЗака 822 ного коми ний и от 5, Раушс ПодписноССР тетакрыти ая н 4/5 ал ППППате г. Ужгор роект ме и обеспечивающий синхронизацию работы всех функциональных элементов устройства.Кольцевой зонд 1 помещают в ис" следуемую среду и нагревают током постоянной мощности. При этом изменя ется температура зонда 1 и его сопротивление, а следовательно, напряжение в измерительной диагонали моста 2, Момент начала нагрева зонда определяется схемой таймера 6, кото рый затем через равные промежутки вре" мени подает сигналы на управляющий вход вольтметра 3, работающего в ждущем режиме, для измерения напряжения на выходе моста 2, пропорционального температуре зонда 1. Величина измеренной температуры зонда 1 регистри- руется цифропечатающим устройством 4. Одновременно регистрируется порядковый номер проведенного измерения с момента начала нагрева или время измерения. Скорость изменения температуры зонда 1 ьВ определяется как разность температур зонда для двух текущих моментов времени 1 и й . : (й /С ф и = сопят), Определяется максимальная величина разности ь Фидес и величины времени С и ", при которых она получена. Величина С , в соответствии с применяемым алгоритмом определяется как=11 фР", сгй. Затем по формулам определяются величины Л и Я исследуемой среды. Возможность одновременного определения укаэанных двух основных теп лофизических характеристик исследуемой среды позволяет существенно сократить суммарное время их измерения, уменьшить составляющую суммарной погрешность измерений, обусловленную влиянием изменяющихся внешних условий (особенно в Полевых услОвиях) и анизотропни исследуемой среды, так как определЕние обеих характеристик производится одновременно, в одной и той же точке (в однои к том же измерительном объеме) среды. Для дисперсных сред суммарная погрешность ;ополнительно уменьшается, так как измерения производятся без изменения структуры дисперсной среды, что неизбежно при последовательном определении этих характеристик разными датчиками.