Устройство для определения коэффициента теплопроводности изоляционных и строительных материалов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 91 111) 151 специальноетеплофизическоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ПИСАНИЕ И ОБР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Государственноеконструкторское бюрого приборостроения(56) 1. Курепин В,В., Козин В,М., Левочкин Ю,В. Приборы для теплофизических измерений с прямым отсчетом. фПромышленная теплотехника, 1982, т. 4, Р 3, с. 94 95.2. Авторское свидетельство СССР М 800845, кл. С 01 й 25/18, 1978.3. Создание методов контроля тепловых режимов и параметров конструкций в процессе эксплуатации, а также методов поверки промьпаленных теплофизическнх приборов, Отсчет о научно-исследовательской работе, Ч. 11, УДК 536.24, Р гос. рег. 81066459, Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени технологический институт холбдильной промышленности,1982, с. 37-44 (прототип) .(54)(57) УСТРОИСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ИЗОЛЯЦИОННЫХ И СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ в стационарном тепловом режиме, состоя щее из теплового блока, включающего в себя теплоизолированный корпус, два идентичных калориметрических бло ка, расположенных с зазором для размещения плоского испытуемого образца, кажщюй из которых содержит теп.лообменник, .в пазах которого размещен нагреватель, датчик перепада температур на образце, два датчика тепловых потоков, тепловыравнивающие пластины, размещенные между датчиком перепада температур,и теплообменником н между датчиками тепловых потоков и зазором для размещения образца и тепломер, расположенный между датчиками тепловых потоков и датчиком перепада температур на образце, подключенных к тепловому блоку двух регуляторов температуры граней образца и двух блоков нормирующих усилителей, один из которых входами подключен к датчикам тепловых потоков, а другой - к датчикам перепада температур на об"Щ раэце, схемы определения стационарного режима, распределителя, подключенного к коммутатору, выход которого связан с измерительным блоком, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство дополнительно введены ,элемент ИЛИ-НЕ,арифметический блок и последовательно соединенные элемент И-НЕ, счетчик и элемент НЕ, причем вход арифметического блока соединен .с выходом первого блока нормирующих усилителей, авыход - с входом схемы определения стационарного режима, первый вход элемента И-НЕ связан с выходом схемы определения стационарно го режима, второй - с выходом элемента НЕ, выход счетчика - с управляющим входом распределителя, выходы ,которого через элемент ИЛЙ-НЕ подключены и регуляторам температуры,Изобретение относится к теплофизи ческим измерениям, в частности к устройствам для определения теплофизических свойств изоляционных и строительных материалов, и может быть использовано в приборостроительной,5 строительной, химической и других отраслях промышленности.Известно устройство для измерения коэффициента теплопроводности в стационарном тепловом режиме, состоящее 10 из верхнего и нижнего теплопроводящих блоков с испытуемым образцом между ними, датчиков перепада температур на образце, датчика теплового потока, тепломера,двух усилителей, 15 схемы определения стационарного режима, ФункционаЛьного преобразователя и устройства индикации 13.Однако известное устройство обеспечивает измерение коэффициента теплопроводности в узком диапазоне изменения температур только малодисперсных материалов, т,е. материалов имеющих высокую чистоту обработки поверхности, 25Известно также устройство для определения коэффициента теплопроводности в стационарном тепловом режиме, состоящее из двух параллельно включенных теплообменников, между которыми размещен испытуемый образец, двух термопар, двух тепломеров, двух тепловыравнивающих пластин и нагревателей, осуществляющих регулирование температуры образца и плотности пронизывающего его теплового потока 23, З 5 Недостаток этого устройства заключается в том, что выход на стационарный режим и фиксация момента установления стационарного режима осуществля.40 ется путем подбора напряжения питания соответствующего нагревателя, В результате чего для получения досто- верного результата с каждым образцом необходимо многократно проводить 45 опыты.Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для определения коэффициента теплопроводности изоляционных и строительных материалов в стационарном тепловом режиме, состоящее из теплового блока, включающего в себя теплоизолированный корпус, два идентичных калориметрических блока, расположенных с зазо ром для размещения плоского испытуемого образца, каждый из которых содержит теплообменник, в пазах которого размещен нагреватель, датчик перепада температур на образце,. два 60 датчика тепловых потоков, тепловыравнивающие пластины, размещенные между датчиком перепада температур и теплообменником и между датчиками тепловых потоков и зазором для размеще ния образца, и тепломер, расположенный между датчиками тепловых потокови датчиком перепада температур наобразце, подключенных к тепловомублоку двух регуляторов температурыграней образца и двух блоков нормирующих усилителей, один из которыхвходами подключен к датчикам тепловыхпотоков, а другой - к датчикам пере"пада температур на образце схемы определения стационарного режима, распределителя, подключенного.к коммутатору, выход которого связан с измерительным блоком 31.Основным недостатком данного устройства является то, что в процессе регулирования температуры верхнейи нижней поверхностей образца возникают помехи, обусловленные большимитоками, протекающими через нагреватель и влияющими на низкосигнальныеизмерительные цепи датчиков перепадатемператур и тепловых потоков. Этовлечет к увеличению погрешности измерения,Цель изобретения - повышение точности измерения коэффициента теплопроводности,Цель достигается тем, что в устройство для определения коэффициентатеплопроводности изоляционных истроительных материалов в стационарном тепловом режиме, состоящее изтеплового блака, включающего в себятеплоизолированный корпус, два иден-.тичных калориметрических блока, расположенных с зазором для размещенияплоского образца, каждый из которыхсодержит теплообменник, в пазах которого размещен нагреватель, датчик перепада температур на образце, двадатчика тепловых потоков, тепловыравнивающие пластины, размещенные междудатчиком перепада температур и теплообменником и между датчиками тепловых потоков и зазором для размещенияобразца, и теплоМер, расположенныймежду датчиками тепловых потоков идатчиком перепада температур на образце, подключенных к тепловому блоку двух. регуляторов температуры граней образца и двух блоков нормирующих усилителей, один из которых входами подключен кдатчикам тепловых потоков, а другой - к датчикам перепада температур на образце, схемы определения стационарного режима, распределителя, подключенного к коммутатору, выход, которого связан с измерительным блоком, дополнительно введеныэлемент ИЛИ-НЕ, арифметический блоки последовательно соединенные элементИ-НЕ, счетчик и элемент НЕ, причемвход арифметического блока соединенс выходом первого блока нормирующихусилителей, а выход - с.входом схемы определения стационарного режима,первый вход элемента И-НЕ связан свыходом схемы определения стационарного режима, второй- с выходом элемента НЕ, выход счетчика " с управляющим входом распределителя, выходы которого через элемент ИЛИ-НЕ подключе ы к регуляторам те ературы, 5На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства; на Фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие принцип его работы.Устройство (фиг. 1) содержит тепло (о вой блок 1, состоящий из верхнего и нижнего калориметрических блоков, размещенных внутри тегщоизолированного корпуса 2. Между калориметрическими блоками размещен испытуемый обра зец 3. Капориметрические блоки включают теплообменники 4 и 5 с патрубками для подвода и отвода хладоагента, в пазах которых размещены электрические нагреватели 6 и 7, а на поверхности - тепловыравнивающие пластины 8 и 9 с вмонтированными в них датчиками 10 и 11 регулирования температуры, датчики 12 и 13 перепада температур, тепломеры 14 и 15, центральные датчики 16 и 17 и периферийные датчики 18 и 19 теплового потока, тепловыравнивающие пластины 20 и 21. В состав устройства также входят регуляторы 22 и 23 температуры поверхностей образца, блок 24 нормирующих усилителей, подключенный к датчикам 16-19 тепловых потоков, блок 25 нормирующих усилителей, подключенный к датчикам 12 и 13 перепада температур, арифметический блок 26, распредели тель 27, коммутатор 28, схема 29 определения стационарного режима, подключенная к выходу арифметического блока 26, элемент И-НЕ 30, счетчик 31, элементы НЕ 32, ИЛИ-НЕ 33, из О мерительный блок 34.1Устройство работает следующим образом.Образец 3 в виде пластины размерами 250 х 250 х (10-50) мм устанавли вают в устройство, В теплообменники 4 и 5 или только в 5 (в зависимости от необходимого диапазона изменения температур) подают хладоагент. Источник хладоагента на фиг. 1 условно не ц) показан, Пары хладоагента охлаждают стенки теплообменников 4 и 5, в пазах которых размещены электронагреватели б и 7, являющиеся исполнительным эле" ментом автоматических регуляторов 22 и 23 температуры. Выравнивание температур электрических нагревателей 6 и 7 осуществляется тепловыравниваЬ- щими пластинами 8 и 9. Системой охлаждения и регуляторами 22 и 23 температуры обеспечивается создание и 60 поддержание с необходимой точностью заданных уровней температур на гранях образца 3. Тепломеры 14 и 15 на основе Фольгированного стеклотекстолита используются в качестве датчиков 12 65 и 13 перепада температур, центральйых датчиков 16 и 17 и периферийных датчиков 18 ы 19 теплового потока, пронизывающего испытуемый образец 3. Сигналы датчиков тепловых потоков че, рез центральные верхнюю и нижнюю, периферийные верхнюю и нижнюю эоны испытуемого образца, усиленные блоком 24 нормирующих усилителей, поступают на вход арифметического блока 26, который производит вычисление среднего арифметического значения теп. лового потока. Этот тепловой поток 1 поступает на вход схемы 29 определен ния стационарного режима и одновременно на один изизмерительных входов коммутатора 28. На два других измерительных входа коммутатора 28. йоступают сигналы с датчиков 12 и 13 перепада температур, усиленные блоком 25 нормирующих усилителей. Сигналы управления с выходов распределителя 27 (фиг, 2 е,ж,э) поступают на управляющие входы коммутатора 28 и одновременно на входы элемента ИЛИ-НЕ 33. От нулевого значения реэультатирующего теплового потока и вплоть до момента наступления стационарного режима на выходе схемы 29 определения стационарного режима присутствует сигнал логического 0 (фиг,2 а), На выходе счетчика 31 присутствует также сигнал логического 0, который (фиг. 2 г) накладывает запрет на работу распределителя 27. При этом коммутатор 28 находится в разомкнутом состоянии и на измерительный блок 34 информация не поступает., Одновременно с выхода элемента ИЛИ-НЕ 33 поступает сигнал логической 1, который разрешает работу регуляторов 22 и 23 (Фиг. 2 и). Как только наступает стационарный режим, то схема 29 онределения стационарного режима начинает переключаться из одного состояния в другое (Фиг, 2 а) и сигналы через элемент И-НЕ 30 (Фиг.2 в) поступают на вход счетчика 31, который, отсчитав Н имнульсов, вырабатывает на своем выходе сигнал ло" ,гической 1 ф (фиг. 2 г) и через элемент НЕ 32 блокирует схему, В рез 1 льтате распределитель 27 получает сигнал фРазрешение и начинает выра" батывать на каждом выходе импульсы управления коммутатором 28 (Фиг. 2 е, ж,з), Ври наличии ймпульса на управляющем входе коммутатора 28 на его выходе появляется информация, которая регистрируется измерительным блоком 34, а. на работу регуляторов 22, 23 температуры накладывается запрет, и ток через электронагреватели 6 и 7 не протекает. Коэффициент теплопроводности образца в стационарном режиме определяют по формулеЙ.й.а,. йгде " - толщина образца, м;Я - площадь попер чного сечения образца, м;Оо,ь Ян тепловые потоки через центральные верхнюю и нижнюю зоны образца, Вт; 5 Я ,Я - тепловые потоки через периферийные верхнюю и нижнюю зоны образца, Вт;Я - среднее арифметическое значение теплового потока, Вт; 0 аТ=Т -Т -перепад температур на образце, К;Т,Т - температуры верхней и нижней поверхностей образца,К.В отличие от известных устройств 15 Введение арифметического блока в предлагаемое устройство позволяет уменьшить время выхода в стационарный режим с 4-4,5 ч до 2-2,5 ч во всемдиапазоне изменения температур, увеличить точность измерения эа счетопределения усредненного значения теплового потока, пронизывающего испытуемый образец.Метрологические исследования оптического кварцевого стекла маркиКВ на макетных образцах предлагаемого устройства показали, что случайная составляющая погрешности,обусловленная влиянием регуляторовтемпературы, полностью отсутствует,а погрешность измерения коэффициента теплопроводности в диапазоне изменения температур 120-370 К находится на уровне погрешности аттестацииэталонных образцов органами Госстандарта СССР,Составитель В,БитюковРедактор М,Келемеш Техред М.Надь КорректорЕ.Сирохма Подписна СССР Зака Филиал