Устройство для определения теплофизических характеристик материалов

ОП ИСАНИЕИУЗОЬРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическикРеспублик . и) 928212(51)М. Кл. О 01 М 25/18 с присоединением заявкиГэеудэретинный квинтет СССР(23)Приоритет Опубликовано 15,05. 82; Бюллетень18 ав делэи вэебретеккй н открытий(53) УДК 536.6297 (088,8) Дата опубликования описания 15.05.82(72) Авторы изобретения Л.С.Артюхин и А.В.Трофимов Я Тамбовский институт химического машиностроения"(71) Заявитель.5 Ц) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСИИХ ХАРАКТЕРИСТИК МАТЕРИАЛОВИзобретение относится к устройствам для теплдфизических,измерений, ,в частности для определения коэффициентов тепло- и температуропроводности материалов.Известно устройство для определения теплопроводности, содержащее преобразователь мощности, подключенный к кондуктиметру, измеритель разности температур в кондуктиметреР счетно-решающую схему, первый вход которой через компенсационную цепь первого реохорда, запитываемого. постоянным напряжением, соединен с усилителем, запитывающим обмотку управления реверсивного двигателя, вал которого кинематически связан с движками первого и второго реохордов, второй вход схемы соединен с цепью питания второго реохорда, а выход схемы, снимаемый с движка второго реохорда, подключен к регистратору, Причем преобразователь мощности подключен к первому входу схемы, а ко второму входу схемы подключен реостатный выход. автоматического потенциометраР соединенного с.измерителем разности температур 1),Недостатками устройства являютсяЯмалая точность определения коэффициента теплопроводности при большомдинамическом диапазоне (отношениемаксимального значения и минималь;ному) изменения входных величин, а 10также длительность определения теплофизических характеристик, обусловленная необходимостью установлениянеобходимого теплового режима.Наиболее близким к предлагаемо 5му техническому решению являетсяустройство для определения коэффициента теплопроводности, содержащеекондуктиметр, измерители температуры в кондуктиметре, счетно-решающуюсхему, первый вход которой черезпервый блок переменных коэффициентов (БПК) и компенсационную цепьпервого реохорда соединен с усили 3 92 телем, запитывающим обмотку управле ния реверсивного двигателя, вал которого кинематически связан с движками первого и второго реохордов и с логическим блоком, выход которого кинематически связан с двумя БПК, а второй вход схемы через второй БПК соединен с цепью питания второго реохорда, а выход схемы через движок второго реохорда подключен к регистратору. Причем преобразователь мощности подключен к первому входу схемы, а ко второму входу.схемы подключен реостатный выход автоматического потенциометра, соединенного с измерителем разности температур 73. 8212 4рым сумматором, выход первого сумматора соединен с первым усилителем БУ, запитывающим первый реверсивный двигатель БУ, вал которого кинематически связан с первым входом моделирующего блока и движками трех реохордов БУ, запитываемых напряжением постоянного тока одинаковой величинывыходные цепи первых двух реохордов1 О соединены, соответственно, с первыми вторым входами первой счетно-решающей схемы, а выходная цепь третьего реохорда БУ соединена со вторым входом второй счетно-решающей 15 схемы, выход второго сумматора соединен с вторым усилителем БУ, запитывающим обмотку управления второго55 Основным еадостатком указанного устройства является длительность определения теплофизических характеристик.Цель изобретения - ускорение эксперимента поопределению теплофизических характеристикисследуемых материалов.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для определения теплофизических характеристик материалов, содержащее кондуктиметр, измерители температуры в кондуктиметре, счетно-решающую схему, первый вход которой через первый блок переменных коэффициентов и компенсационную цепь первого реохорда соединен с усилителем, запйтывающим обмотку управления реверсивного двигателя, вал которого кинеиатицески связан с движками первого и второго реохордов и с логическим блоком, выход которого кинематически связан с двумя блоками переменных коэффициентов, а второй вход схемы через второй блок переменных коэффициентов соединен с цепью питания второго реохорда, а выход схемы через движок второго реохорда подключен к регистратору, дополнительно введен модулируюций блок теплового процесса кондуктиметра и блок управления БУ), содержащий две цепи, каждая из которых состоит из алгебраического сумматора, усилителя, реверсивного двигателя и реохордов, причем первый выход моделирующего блока и первый измеритель температуры соединены с первым сумматором, а второй выход моделирующего блока и второй измеритель температуры соединены со втореверсивного двигателя БУ, вал которого кинематически связан с вторым З 1 входом моделирующего блока и движком четвертого реохорда БУ, запитываемого постоянным напряжением, выходная цепь которого подключена кпервому входу второй счетно-реааю щей схемы.На феег.1 изображена структурнаясхема устройства; на фиг.2 - принципиальная схема устройства; наФиг.3 - функциональная схема; нафиг,ее - схема модели теплового процесса кондуктиметра.Устройство содержит кондуктиметрс измерителями температуры, счетно-решающие схемы 2 и 3, регистраторы 4 и 5, блок 6 управления и модель 7 теплового процесса кондуктиметра. Счетно-решающая схема (СРС) 2(см, фиг,2) состоит из блоков переменных коэффициентов (БПК) 8 и 9,усилителя 10, реверсивного двигателя (РД) 11, логического блока 12,реохордов 13 и 11 е,СРС состоит из БПК 15 и 16, усилителя 17, РД 18, логического блока 19, реохордов 20 и 21,Блок 6 управления содержит алгебраические сумматоры 22 и 23, усилители 24 и 25, РД 26 и 27, реохорды 28 - 31,Иодель теплового процесса кондуктиметра 7 (аналоговый вариант) содержит.(фиг 3) реохорд 32, служащий для задания параметра В, блоки умножения 33 - 35, инвертирующие операционные усилители 36 - 38, операционные усилители 39 и ее 0, интегра5 9282 тор 41, блоки 42 - 44, воспроизводящие Функции У(с), .1 , . (С),Блоки 42 - 44 диг.,4 построены на реохордах 45 - 54, интеграторах 55 - 61, инвертирующих операционных усилителях 62 - 70, операционных усилителях 71 и 72, блоках 73 - , 83 умножения.Устройство работает следующим образом. . 10Пусть в кондуктиметре 1 находится образец, выполненный в виде полуограниченного тела, на поверхность которого действует постоянный тепловой поток, Ио)кно показать, что тем пературное поле в образце имеет следующий видО(ХкС): -9 вг Ц - ц-)., 1)где, 0(х,й) - температура в точке скоординатой х в моментвремени , К; ф9 - плотность теплового по-.тока, Вт/м 25а - коэффициент температуропроводности, м/с;коэффициент теплопроводности, Вт/(М К),Регитррруя температуру в двух зо. 21 а. (3).45Выходные сигналы Ок О измерителей температуры пропорциональны температурам О(1,с) и И(0,).Ок 1 =КкО (1 э С) э к =сол 5 Т ь Окг= =кк О(Оз)э кк =сою 75 е (4) Аналоговая модель вырабатывает сигналы Ом и Он определяемые Форму-лами (2) и (3)Алгебраические. сумматоры 22 и 23 вырабатывают сигналы ЙО, ЙОШИ:Д 3, =Од - О и ВЗр=Ок р "О м, ( 5) которые через соответствующие усили-. тели 24 и 25 поступают на обмотки 12 6управления РД 2 Ь и 27, воздействующие на входы модели на движки реохордов 32, 45 -. 54) так, чтобы, свес.ти си гналы Л О , уд О р к нулЮ.При й 4= ЛО=О РД 26 и 27 останавливаются, с реохордов 28 - 30снимается напряжение 0, пропорциональное величине параметра А, а среохорда 31 снимается напряжение Оу,пропорциональное величине параметра В.О =КА, К -"соль, 0 =КВ, К= солзс. (6)Величина параметров А и В приЛ О = АО =0 количественно характеризуют искомые теплофизические харак"теристики исследуемого материала(коэффициенты тепло- и температуро- .проводности).Напряжение Ч 4, Ч на реохордах 13и 14 задаются равными следующим ве"личинам/ =КК - сои 5 С .1 Чр - КкК =соиьй. (,7)Для напряжения .0, Оу, Оу, Исправедливы равенства 0=К 0, ОчКб 2 05 =Кд Оь О =Кц 02, (8)где К 1 = 14 - коэффициен"ты передач БПК 8, 9, 15 и 16,Так как движки реохордов 15 и 14перемещаются РД 11 на одинаковыйугол, то при равенстве нулю сигналана входе усилителя 10 справедливапропорциясодержащее кондуктиметр, измерителитемпературы в кондуктиметре, счетно-решающую схему, первый вход кото"рой через первый блок переменныхкоэффициентов и компенсационную цепь 5первого реохорда соединен с усилителем, запитывающим обмотку управления реверсивного двигателя, вал которого кинематически связан с движками первогои второго реохордов и слогическим блоком, выход которогокинематически связан с двумя блокамипеременных коэффициентов, а второйвход схемы через второй блок переменных коэффициентов соединен с цепьюпитания второго реохорда, а выходсхемы через движок второго реохордаподключен к регистратору, о т л и -:ч а ю щ е е с я тем, что, с целью.ускорения определения теплофизичес" 20ких характеристик исследуемых материалов, в устройство введен моделирующий блок теплового процессакондуктиметра и .блок управления (БУ),содержащий две цепи, каждая из которых состоит из алгебраическогосумматора, усилителя, реверсивногодвигателя и реохордов, причем пер"вый выход моделирующего блока и первый измеритель температуры соедине- ЗОны с первым сумматором, а второй выход моделирующего блока и второйизмеритель температуры соединены со вторым сумматором, выход первогосумматора соединен с первым усилите.лем БУ, запитывающим первый реверсивный двигатель БУ, вал которого кине"матически связан с первым входоммоделирующего блока и движками трехреохордов БУ, запитываемых напряжением постоянного. тока одинаковой ве"личины, выходные цепи первых двухреохордов соединены, соответственно,с первым и вторым входами первойсчетно-решающей схемы, а выходнаяцепь третьего реохорда БУ соединенасо вторым входом второй счетно-ре-,шающей схемы, выход второго сумматора соединен с вторым усилителем БУ,запитывающим обмотку управления второго реверсивного двигателя БУ, валкоторого кинематически связан с вто"рым входом моделирующего блока идвижком четвертого реохордаБУ,запитываемого постоянным напряжением, выходная цепь которого подключена к первому входу второйесчетно-решающей схемы. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Н 98539, кл. 6 01 й 25/18, 1975,2, Авторское свидетельство СССР И 75283, кл. 6 01 М 25/18,1978 (про" тотип).