Дифференциальный способ измерения теплопроводности материала

Сотоз Соввтсиик Социалистическик Республикееударствеинык камктет СССР па делам кзебретеккк к еткрыткк(23) Приорит Опубликовано 05,03,79.Бюллетень9 Дата опубликования описания 08 03 79 1 К 536.288.8) 2) Авторы изобретени. В, Ефимкина мельяно 1) Заявитель 4) ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ МАТЕРИАЛА я воляет автоматиэироват мерьия трплоп ности материалов и кон трукций,Ближайши является спос водности матм техническим решение об определения теплоп ериалов, основанный Изобретение относится к областиизмерительной техники, в частности кизмерению теплопроводности материала и конструкций и может быть использовано в измерительной технике, радиотехнике, приборостроении и автоматике,Известен способ измерения теплопроводности, основанный, например, на создании в образце нестационарного температурного поля и определении резонансных частот механических колебаний образца во времени 11,Недостатками этого способа являютсясложность, недостаточная точность и невозможность проведения измерений теплопроводности материалов и конструкцийна различных участках, Это снижаетэффективность этого способа и не поэФсравнении теплопроводностн образца иэталона, например, с помощью пьезоэлектрического датчика, вычислении потемпературному перепаду на эталонномобразце теплового потока, затем, без5 изменения мощности излучателя, установлении на том же расстоянии от негоиспытуемого образца и измерении нанем температурного перепада, и определении по известной величине теплово 1 О го потока коэффициента теплопроводностиматериала 12) .Недостатками такого способа являютсотносительно большие инструментальныепогрешности измерения температурногопере:ада эа счет ошибок, возникающихиз за неточности поддержания н измерениямощности излучателя теплового потока,а также разнесение во времени измерений образцов.Цель предлагаемого изобретенияповышение точности, упрощение и автоматизация процесса измерения теплопроводности материала,В качестве устройства равномерного. распределения сигналов тепла или холода по площади эквивалентных активизируемых поверхностей образцов могутбыть использованы, например, тепловыетрубки, зеркальные излучатели, оптические преобразователи, лазерные квантовые устройства и т. д.В качестве преобразователей 4, 5и 6 изменения температур в сигналыизменения частот могут быть использованы, например, пьезоэлектрические или 25квантовые управляемые температурой цвх тепловые потоки, изменение которых35 лы разностных частот поступают для регистрации на счетчики частот, содер 5 О жвщих компвраторы экстремумов зна 365 12Она достигается тем, что измеряютначальную температуру образца и эталона, нагревают или. охлаждают однуиэ эквивалентных поверхностей образцаи эталона, пэ изменению частоты реги 5стрируют изменение температуры вовремени контролируемых эквивалентныхповерхностей образца и эталона, измеряют времена экстремальных значений разностей частот, по которым 1 Оопределяют теплопроводность.На фиг. 1 представлена структурная схема устройства, представляющегоодин из вариантов реализации предлагвемсго способа определения теплопроводности материала, где 1 - эталонный образец; 2 - измеряемый образец;Э - излучатель энергии, содержащийпреобразователь энергии в изменениетемпературы и устройство равномерного распределения изменения температуры по эквивалентным активизируемым поверхностям образцов 1 и 2;4, 5 и 6 - преобразователи изменениятемператур, на контролируемых поверхностях образцов, в сигналы изменениярезонансной частотьц 7 и 8 - смесители сигналов изменения резонансныхчастот; 9 и 10 - счетчики частоты,содержащие компарвторы частот", 11и 12, -.,счетчики интервалов времени",13 - сумматор сигналов интерваловвремени; 14- кварцевые часы с программным устройством, регламентирующимпроцесс измерения.На фиг. 2 представлена временнаядиаграмма определения положенийэкстремальных значений сигналов разиостных частот относительно момента40начала процесса измерения теплопроводности материала на шкале времени.Устройство измерения теплопроводности материала работает следующимобразом.45В начальный момент процесса измерения теплопроводности материала включают кварцевые часы 14, которые одновременно включают излучатель 3 энергии, преобразователи 4, 5 и 6 изменения температур в сигналы изменениярезонансной частоты, гмесители 7 и 8,частот, счетчики 9 и 10 частотысчетчики 11 и 12 интервалов времени,сумматор 13 интервалов времени,55Сигнал кванта энергии, например,электрического тока, света, стабилизированных колебаний частоты, электромагни 1 ного поля, давления, удара, взры-. 364вв, химической реакции и т. д., получаемый с выхода излучателя 3, преобразуют и преобразователе излучателя в сигнал тепла или холода, например, в нагревателе или холодильнике, и подводят его одновременно, через устройство равномерного его распределения по плошади, к эквивалентным активизируемым поверхностям образцов и к преобразователю 6 изменения температуры в изменение резонансной частоты. генераторы частоты. Величина кванта энергии излучателя для повышения точности регламентируется, в частности, сигналами началаи конца эталонного интервала времени,формируемого кварцевыми часами 14.Получаемый Ф выхода излучателя 3сигнал течла илп холода создает в образприводит к изменению температур на их эквивалентных активизируемых и пассивных поверхностях. С помощью преобразователей 4, 5 и 6 сигналы изменения тепловых потоков, проходящих через сечения эталонного и измеряемого образцов, преобразуют в сигналы изменения частот.Сформированные в преобразователях 4, 5 и 6 сигналы частот поступают нв входы смесителей 7 и 8 частот.С выхода смесителей частот сигначений этих частот. Изменения значений этих частот характеризует процессизменения температур нв соответствующих контролируемых эквивалентных активизируемых и пассивных поверхностях образцов 1 и 2.При достижении экстремумов значений соответствующих сигналов рвзностных частот в компарвторвх счетчиков формируются сигналы выключениясчетчиков 11 и 12 времени.По полученным в счетчиках значениям устанавливают значение интерваловвремени между моментом начала процесса измерения теплопроводности материала и моментами достижения экстремумов значений сигналов разностных частот,По времени достижения акстремумовсигналов разностных частот в сумматоре 13 определяют знак расположенияна шкале времени значения экСтремумаразностной частоты измеряемого образцаотносительно экстремума сигнала разностной частоты эталонного образца (фиг.2,Затем, зная коэффициент теплопроводности эталонного образца и коэффициенты эквивалентности активизируемых ипассивных контролируемых поверхностей,определяют величину теплопроводностиматериала измеряемого образца по значению отношения большей величинывремени к меньшей величине времени,учитывая при этом знак расположенияупомянутых экстремальных значенийсигналов разностей частот на шкалевремени,Определение величины теплопроводности образца производят следующимобразомЛоб КЛ эт,где Лоб - теплопроводность образца;Лт - теплопроводность эталона;И - коэффициент, характеризующий отношение времен экстремальных значений разностей частот.Предлагаемый способ определения теплопроводности материала обладает следующими технико-экономическими преимуществами,1. Повышает точность измерения теплопроводности материалов, так как и в предлагаемом способе используются наиболее перспективные преобразователи температура-частота". Термопреобразователи, например, на основе пьезоэлектрических устройств, имеют высокую линейность (около 0,02% нао100 , дрейф нуля не превышает+0,01, воспроизводимость при долговременной нестабильности генератора по-т о 5 рядка 10 соответствует 0,0012, Упрощает процесс измерения, позволяет его автоматизировать и соответственно удешевить,3. Гоэволяет простыми методами с О высокой точностью проводить исследование и измерение параметров конструкций, например, гермостагов.4. Открывает воэможности проектирования ряда новых устройств измерения 5 теплофизических параметров различныхматериалов.5, Позволяет определить теплопроводность любых конкретных конструкций, находящихся в месте их эксплуатации.Формула изобретенияДифференциальный способ измерениятеплопроводности материала, основанный на сравнении теплопроводности образца и эталона, например, с помощьюпьезоэлектрического датчика, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности, упрощения и автоматизации процесса измерения теплопроводности материала, измеряют на- чальную температуру образца и эталона,35нагревают или охлаждают одну иэ эквивалентных поверхностей образца и этамлона, по изменению частоты регистрируют изменение температуры во времени контролируемых аквивалентных поверх 40ностей образца и эталона, измеряют времена акстрем альных значений разностей частот, по которым определяюттеплопр оводн ость,Источники информации, принятые во45внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР% 342117, кл. З 01 М 25/18, 1970.2. Авторское свидетельство СССР