Способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов и устройство для его осуществления

(50 4 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ТЕЛЬСТВУ А ВТОРСНОМУ 2 соб состоит в тепловом воэдеиствиина поверхность полубесконечного втепловом отношении исследуемого тела от линейного источника тепла импульсам остоянног сти. Избыют в двух отстоящих ка. Тепло- оверхность ощ ме очную т очках п мпературу иверхности,действия ис нии очки ые импу сследуе сы наносят ого те оменты времен определяем заданныи быточную контроля,от линии д адают в с условием,рассчитыва рование ин импульсами каждого те ового импульса осуще(57) Изобретение отнтеплофизических изме ляется за о реверсив ет введения в устроистго счетчика, второгоементов 2 И-НЕ, тиристоосится к области рений. Пелью уменьшение вреофизического экс ие точности опре ктеристик, Спои третьего вляетс изобмениперим ени ра, формировател ненных соответст 2 с.п.ф-лы, 1 ил амплитуды, соедиющим образом. ведения тепл и повыше омых хар деления ис УДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Тамбовский институт химическогомашиностроения(56) Авторское свидетельство СССРУ 834480, кл. С 01 И 25/18, 198.Авторское свидетельство СССРг 1122955, кл. С 01 И 25/18, 1981.Авторское свидетельство СССР,У 236355, кл. С 01 Х 25/18, 1985.(54) СПОСОБ КОМПЛЕКСНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯТЕПЛОфИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ е заданной зависимостью. момент времени измеряют температуру в точках расстояние до которых ействия источника тепла оответствии с определенным искомые характеристики ф ют по формулам. Регулитервалов между тепловымии стабилизация энергии Сх 2С ехр (- 4 а , ) Т 2 (Х 2, еиа ) Х 2 222 НЛ)нам 1 ехр ( 44 амам хг 2 ГТ (х тиам) 87 рм Тп Полученныи роводности нне Т и исследуе Т ) хр а ехр4 а "и.,Г нам Изобретение относится к техничес 1 кой Физике, в частности к теплофизическим измерениям, и может найти широкое применение в народном хозяйстве при производстве синтетических материалов и изделий из них.Целью изобретения является уменьшение времени проведения теплофизического эксперимента и повышение точности определения искомых теплофизических характеристик.На чертеже представлена измерительная схема устройства.Сущность способа заключается в следующем.На теплоизолированную поверхность исследуемого тела помещают линейный источник тепла и в моменты Поделив эти температуры, получаем Т(х,р ) / Т (хТе) = ехр(" Выбрав точки контроля так, что оэффициент температуодставляем в выражеТаким образом, измерив температу.ру в заданный момент времени в двухточках поверхности исследуемого те 4236 2времени тр;, = Трам - . /1, где7 - момент времени измерения тем измпературы в точках контроля,1,2,3, - натуральный ряд чисел,осуществляют тепловое воздействиена тело импульсами постоянной мощности ЯЗатем в момент вРеа 1 ени Тиам из"меряют значение избыточной температуры в точках контроля, расположен 1 О ных на расстояниях х, и х 2 от линии действия источника, удовлетворяющих условию х = т 2 хпосле чегоискомые теплофизические характеристики определяют по формулам,15 Температура в момент времени Гв точках контроля, расположенных нарасстоянии х, и х 2 от линии действия источника, будет выражаться как,22хе - х.) (- ех С аТаа) )Т/х 24 ар е - ехр4 а риам ) ха =2 х , находим искомые коэффициенты а и Л пределяем теплопроводностьго материала по формуле а, расположенных на фиксированных расстояниях от линии действия источика, и зная мощность тепловых ивующими первы:ч шинами микропроцессора 4, вторые и третьи информационные входы л выходы которого связаныс соответствующими выходами и входами первого 5 и второго б управляемых делителей частоты, выполненныхна основе регистров. Четвертые информационные входы и выходы микропроцессора ь соединены с информационными выходами и входами реверсивного счетчика 7, Устройство содержит также три логических элементаИ-НЕ 8, 9 и АО и формирователь 11амплитуды. Вьход Формирователя соединен через первый элемент И-НЕ 8,второй элемент И-НЕ 10 с суммирующим входом, а через первый делительи третий элемент И-НЕ 9 с вычитающим входом реверсивного счетчика 7.Первый вход Формлрователя 11 подключен к выходу блока 12 электропитания.В цепь нагрузки блока 12 подключенчерез тиристор 3 линейный нагреватель зонда, Второй вход 14 формирователя является входом установки опорного напряжения., а вход 15 управления соединен с вь.ходом управлениямикропроцессора , Тактовые выходы16, 17 и 18 микропроцессора подключены к соответствующим входам эле 40 45 50 55 пульсов, можно определить значения коэффициентов тепло- и температуро-, проводности исследуемых тел.Для повышения точности способа возможно проведение эталонирования путем проведения предварительного эксперимента на эталонном, образце с известными коэффициентами тепло- и температуропроводности, в котором определяется уточненное значение мощности теплового потока, используемое при проведении эксперимента на исследуе.ых телах. Устройство для осуществления способа состоит из зонда-термоприемника 1, включающего теплоизоляционный материал, на поверхности которого расположены линейный нагреватель и термоприемник. Выход термоприемника через блок 2 аналого-цифрового преобразования подключен к первым информационным входам блока 3 водавывода, который содержит интерфейс, входные шины управления соединены с блоком клавиатуры, а выходные шины управления подключены к блоку индикации, Информационные входы и выходы блока 3 соединены с соответст 5 10 15 20 25 30 ментов И-НЕ 8, 9 и 10, Управляющий вход 19 тиристора 13 соединен с соот ветствующим выходом блока 3 ввода-вывода.Устройство работает следующим образом.Перед началом измерений оператором через блок 3 ввода-вывода в постоянную память микропроцессора вводятся константы хг, хг, Оо, Т - ., аф гфтакже программы расчета искомых теплофизических характеристик, программа управления моментами подачи тепловых импульсов на нагреватели,Зочд-термоприемник, включающий эталонный материал., приводится г, контакт с исследуемым материалом, С пульта управления блока ввода-вывода подается команда Пуск, по которой микропроцессор переводит устройство в режим контроля текущей температуры в плоскости контакта эталонного и исследуемого образцов. При этом непрерывно регистрируется температура образца, преобразуется в электрический сигнал и через блок аналого-цифрового преобразования и блок ввода-вывода поступает в стековую память микропроцессора, Одновременно аналогичный контроль температуры осуществляется в плоскости контакта эталон - эталон,который расположен в зонде-термоприемнике. В шине 15 появляется разрешающий потенциал, вырабатываемый микропроцессором 4. Этот сигнал открывает формирователь амплитуды и по режиму стабилизации и управления на линейные нагреватели зонда поступают стабилизированные по мощности импульсы через заданное время. Количество импульсов определяется в микропроцессоре в соответствии с алгоритмом выражения для количества тепловых импульсов с учетом погрешности их расчета, После окончания подачи и-го импульса на шине 15 появляется запрещающий потенциал, вырабатываемый микропроцессором, формирователь закрывается, а на линейные нагреватели не подается питание.Через время Тя осуществляется измерение суммарных температур в плоскости контактов теплоизолятор - исследуемый образец в точках х, хзонда-термоприемника. Устройство работает так же, как и при подаче теп1314236- 4 Т 2 х 2,24 а мам 4 п линейнодо перочки кон твенно,орые соого-циый и ой и второй роля соответ ричем х =22 да икодыдамиа Т(х ,и Т 2(х значение избыточной м вво я тем,и и ем 5 ия то, с целью умень и ни остиарактвведе опред 1 овьппения тогофизических к, в нег ерсивный ходы-вых рист ы ре дополнител ь.ао.ыео с рмапио оедине и-вход счетчик ды кото ющими в 5 соответст, ми 1 рзпроцесементы 2 иЕГ 1 ь аМПЛИо ЯМаа ода рой третин эл о НЕ истор и орм 11 рова лового импульса на эталон - эталон. Микропроцессор выдает данные искомых коэффициентов тепло- и температуропроводности.Способ. позволяет определить искомые коэффициенты с погрешностью не вьппе 5- 7 Х за время не более 1 мин с прогревом исследуемого тела до сравнительно высоких температур,что обусловливает возможность его применения в практике теплофиэических исследований для полубесконечных массивов. Повышение точности измерения обусловлено полной адекватностью математической модели физики теплового процесса в исследуемой теплофиэической системе, т,е. полностью исключается методическая погрешность. Формула изобретения1, Способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов без нарушения их целостности, состоящий в тепловом воздейде х х - расстояния от ного источниктемпературы в моментизмерения 7 в точкахконтроля х 1 и х соответственно;Д, а - соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводности исследуемого материала;Ц - мощность теплового имопульса.2. Устройство, содержащее блок электропитания, зонд-термоприемник, включающий линейный нагреватель н ствии на поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела импульсами постоянной мощности от линейного источника тепла,измерении температуры в двух точкахповерхности, разностоящих от линиидействия источника, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью уменьшения времени и повьппения точности 10 определения теплофиэических характе-,ристик, тепловыми импульсами воз- .действуют на поверхность исследуемого тела в моменты времени, определяемые зависимостью 7; = 44 эи -ии /х 1 15 где 7 - момент времени измерения143 ютемпературы в точках контроля, 1- 1,2,3, - натуральный ряд чисел,члены которого соответствуют последовательности чередования тепловьк им пульсов, в заданный момент времени7 44 измеряют избыточную температурув двух точках контроля, а искомыетеплофизические характеристики определяют по формулам: измерители температуры, кот е 0 динены с входами блока анал фрового преобразования, перввторой управляемые делители частоты элемент 2 И-НЕ, блок ввода-выво микропроцессор, первые, вторые третьи информационные входы-вь микропроцессора соединены с со т ствующими информационными выхо входами первого и второго упр е мых делителей частоты и блока д вывода, о т л и ч а ю щ е составительехред В.Кад ев едактор А,Лежнина орректор Е.Рошко акаэ 220 44 Тираж 777ВНИИПИ Государственного комитета СССпо делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб.,одписно 4 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектна 7; ; 131 туды, выход которого соединен через первый элемент 2 И-НЕ, второй управ-. ляемый делитель частоты, второй элемент 2 И-НЕ - с суммирующим входом,а через первый управляемый делитель частоты, третий элемент 2 И-НЕ - с . вычитающим входом реверсивного счетчика,:первый вход формирователя амплитуды является входом установки опорного напряжения, второй вход подключен к выходу блока электропитания, в цепь нагрузки которого подключен 4236 8через тиристор линейный нагреватель зонда-термоприемника, а вход управления формирователя амплитуды соеди.нен с выходом управления микропроцессора, тактовые выходыкоторого подключены к соответствующим входам элементов 2 И-НЕ,причем управляющий вход тиристора соединен с управляющим выходом блока ввода-вывода,ин формационные. входы которого соединены с соответствующими выходами блока аналого-цифрового преобразования,