RU169715U1

RU169715U1 - DEVICE FOR MEASURING THERMAL ACTIVITY OF MATERIAL SAMPLES

Info

Publication number: RU169715U1
Application number: RU2016104152U
Authority: RU
Inventors: Иван Вадимович Глазачев; Дмитрий Юрьевич Демежко; Алексей Дмитриевич Коноплин
Priority date: 2016-02-09
Filing date: 2016-02-09
Publication date: 2017-03-29

Abstract

Полезная модель относится к области теплофизических измерений и применяется для измерения и неразрушающего контроля параметров тепловой активности образцов твердых материалов и изделий из них. Устройство для измерения тепловой активности образцов материалов содержит датчик тепловой активности, контактирующий с исследуемым образцом, измеритель температур, блок питания нагревателя датчика, блок коммутации и персональный компьютер с необходимым программным обеспечением, причем измерителем температур служит цифровой двухканальный термометр, подключенный через блок коммутации к персональному компьютеру. Причем датчик тепловой активности содержит датчик температуры, источник теплоты и эталонную пластину. Эталонная пластина изготовлена из материала с известными тепловыми свойствами. Источник теплоты подключен к блоку коммутации. Технический результат - повышение точности и производительности измерений тепловой активности образцов твердых материалов. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to the field of thermophysical measurements and is used for measuring and non-destructive testing of thermal activity parameters of samples of solid materials and products from them. A device for measuring the thermal activity of samples of materials contains a thermal activity sensor in contact with the test sample, a temperature meter, a sensor heater power supply, a switching unit and a personal computer with the necessary software, the temperature meter being a digital two-channel thermometer connected through a switching unit to a personal computer . Moreover, the thermal activity sensor contains a temperature sensor, a heat source and a reference plate. The reference plate is made of a material with known thermal properties. The heat source is connected to the switching unit. EFFECT: increased accuracy and productivity of measurements of thermal activity of samples of solid materials. 4 s.p. f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области теплофизических измерений и применяется для измерения и неразрушающего контроля параметров тепловой активности образцов твердых материалов и изделий из них.The utility model relates to the field of thermophysical measurements and is used for measuring and non-destructive testing of thermal activity parameters of samples of solid materials and products from them.

Работа устройства основана на методе периодического нагрева в среде контактирующих тел и относится к группе нестационарных методов измерения теплофизических свойств [1].The operation of the device is based on the method of periodic heating in the medium of contacting bodies and belongs to the group of non-stationary methods for measuring thermophysical properties [1].

Известно устройство измерения температуропроводности цилиндрического образца, подвергаемого периодическому нагреву в печи [2]. Температурные датчики располагаются в продольных отверстиях образца, причем одно отверстие расположено по его оси, другое - ближе к цилиндрической поверхности. О температуропроводности судят по соотношению амплитуд установившихся гармонических колебаний температуры. Сложность пробоподготовки, длительные временные измерения, неоднородность процессов нагрева/охлаждения приводят к погрешности и увеличению трудоемкости процесса измерения.A device for measuring thermal diffusivity of a cylindrical sample subjected to periodic heating in a furnace [2]. Temperature sensors are located in the longitudinal holes of the sample, with one hole located along its axis, the other closer to the cylindrical surface. Thermal diffusivity is judged by the ratio of amplitudes of steady-state harmonic temperature fluctuations. The complexity of sample preparation, lengthy time measurements, heterogeneity of heating / cooling processes lead to errors and increase the complexity of the measurement process.

Известно также устройство, в котором образец в виде уплощенного цилиндра помещен между плоским нагревателем и термоизолирующим материалом. Температурные колебания измеряют на двух торцах образца. По характеру затухания амплитуды и сдвигу фазы судят о температуропроводности. Здесь также применяются образцы специальной формы. Наличие двух тепловых контактов, в которых проводятся измерения температуры, ведет к снижению точности измерений.A device is also known in which a sample in the form of a flattened cylinder is placed between a flat heater and a thermally insulating material. Temperature fluctuations are measured at the two ends of the sample. By the nature of the attenuation of the amplitude and the phase shift, thermal diffusivity is judged. Specific shapes are also used here. The presence of two thermal contacts in which temperature measurements are carried out leads to a decrease in the measurement accuracy.

Общим недостатком указанных устройств является их высокая стоимость, сложность пробоподготовки образцов, регистрации измерений и высокая погрешность.A common disadvantage of these devices is their high cost, the complexity of sample preparation of samples, registration of measurements and high error.

Известно изобретение [3], взятое за ближайший аналог, содержащее исследуемый образец, на поверхности которого установлена эталонная пластина, изготовленная из материала с известными тепловыми свойствами. Поверхность пластины, противоположную контактирующей с исследуемым образцом, подвергают периодическому нагреву с помощью плоского нагревателя (источника теплоты), подключенного к блоку управления. Одновременно с помощью вмонтированных в пластину температурных датчиков регистрируют температурные изменения в двух точках, расположенных внутри пластины: вблизи нагревателя и около контактирующей поверхности. Изменения температуры регистрируются регистратором (измерителем температуры). Эталонная пластина, источник теплоты и датчики температуры, смонтированные вместе, представляют собой датчик тепловой активности. После выполнения эксперимента (регистрации нескольких периодов температурных колебаний) выделяют гармонические составляющие, например, с помощью спектрального анализа и рассчитывают отношение амплитуд для двух температурных датчиков. По этому отношению с помощью приведенных формул оценивают тепловую активность исследуемого образца [3].The invention is known [3], taken for the closest analogue containing the test sample, on the surface of which is installed a reference plate made of a material with known thermal properties. The surface of the plate opposite the contact with the test sample is periodically heated using a flat heater (heat source) connected to the control unit. At the same time, using temperature sensors mounted in the plate, temperature changes are recorded at two points located inside the plate: near the heater and near the contacting surface. Temperature changes are recorded by a recorder (temperature meter). The reference plate, heat source, and temperature sensors mounted together are a thermal activity sensor. After the experiment (recording several periods of temperature fluctuations), harmonic components are isolated, for example, using spectral analysis and the ratio of amplitudes for two temperature sensors is calculated. In this relation, using the above formulas, the thermal activity of the test sample is evaluated [3].

Известное изобретение [3] недостаточно раскрывает физическую сущность и принцип измерения тепловой активности образцов, поскольку эффективная реализации данного процесса требует согласованной работы источника теплоты и измерителя температур с обеспечением оперативной математической обработки результатов.The well-known invention [3] does not sufficiently disclose the physical nature and principle of measuring the thermal activity of samples, since the effective implementation of this process requires the coordinated operation of a heat source and a temperature meter, ensuring operational mathematical processing of the results.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является автоматизация процесса измерений тепловой активности образцов твердых материалов и изделий из них с повышением точности.The task to which the claimed technical solution is directed is to automate the process of measuring the thermal activity of samples of solid materials and products from them with increased accuracy.

Достигаемый технический результат: повышение точности и производительности измерений тепловой активности образцов.Technical result achieved: increasing the accuracy and productivity of measuring the thermal activity of samples.

Задача решается, а технический результат достигается за счет того, что устройство для измерения тепловой активности образцов материалов содержит датчик тепловой активности, контактирующий с исследуемым образцом, измеритель температур, блок питания нагревателя датчика и блок коммутации.The problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the device for measuring the thermal activity of material samples contains a thermal activity sensor in contact with the test sample, a temperature meter, a sensor heater power supply and a switching unit.

От ближайшего аналога заявляемое устройство отличается тем, что дополнительно содержит персональный компьютер с необходимым программным обеспечением, подключенный посредством блока коммутации, при этом измерителем температур служит цифровой двухканальный термометр. Кроме того:The claimed device differs from the closest analogue in that it additionally contains a personal computer with the necessary software connected via a switching unit, and a digital two-channel thermometer serves as a temperature meter. Besides:

- датчик тепловой активности содержит датчик температуры, источник теплоты и эталонную пластину;- the thermal activity sensor comprises a temperature sensor, a heat source and a reference plate;

- эталонная пластина изготовлена из материала с известными тепловыми свойствами;- the reference plate is made of a material with known thermal properties;

- источник теплоты подключен к блоку коммутации;- the heat source is connected to the switching unit;

- цифровой двухканальный термометр соединен через блок коммутации с персональным компьютером.- a digital two-channel thermometer is connected via a switching unit to a personal computer.

Использование цифрового двухканального термометра позволяет проводить измерения более точно и более оперативно передавать результаты на персональный компьютер.Using a digital two-channel thermometer allows you to measure more accurately and more quickly transfer the results to a personal computer.

Сущность заявленного технического решения поясняется схемой.The essence of the claimed technical solution is illustrated by the scheme.

На фиг. 1 представлена блок-схема работы устройства.In FIG. 1 shows a block diagram of the operation of the device.

Устройство представляет собой автоматизированную систему, состоящую из датчика тепловой активности (1), приводимого в плотный контакт с исследуемым образцом (2), цифрового двухканального термометра (3), блока питания нагревателя датчика (4), блока коммутации (5) и персонального компьютера с программным обеспечением (6).The device is an automated system consisting of a thermal activity sensor (1) brought into close contact with the test sample (2), a digital two-channel thermometer (3), a sensor heater power supply (4), a switching unit (5) and a personal computer with software (6).

Датчик тепловой активности (1) изготовлен согласно [3] и включает датчик температуры, источник теплоты и эталонную пластину.The thermal activity sensor (1) is made according to [3] and includes a temperature sensor, a heat source and a reference plate.

Блок коммутации (5) обеспечивает передачу информации от цифрового двухканального термометра (3) на персональный компьютер (6) и управляет работой источника теплоты датчика тепловой активности (1) по командам с персонального компьютера (6).The switching unit (5) provides the transfer of information from a digital two-channel thermometer (3) to a personal computer (6) and controls the heat source of the thermal activity sensor (1) by commands from a personal computer (6).

Перед началом измерений оператор запускает работу программы и вводит необходимые параметры: тип датчика, его градуировочную зависимость, количество периодов нагрева и их длительность. Запуск процесса измерений осуществляется кнопкой «Старт», после чего команды программы передаются в блок коммутации (5), который осуществляет непосредственное управление процессом нагрева/охлаждения исследуемого образца (2) и записи измеряемых температур. Измеритель температуры представляет собой цифровой двухканальный термометр (3), который позволяет одновременно регистрировать и измерять изменения температуры с двух термопар датчика тепловой активности (1). Данные цифрового двухканального термометра (3) через блок коммутации (5) передаются в персональный компьютер (6), где происходит сохранение результатов и построение графиков текущих температур.Before starting measurements, the operator starts the program and enters the necessary parameters: type of sensor, its calibration dependence, the number of heating periods and their duration. The measurement process is started by the “Start” button, after which the program commands are transmitted to the switching unit (5), which directly controls the heating / cooling process of the test sample (2) and records the measured temperatures. The temperature meter is a digital two-channel thermometer (3), which allows you to simultaneously record and measure temperature changes from two thermocouples of the thermal activity sensor (1). The data of a digital two-channel thermometer (3) is transmitted via a switching unit (5) to a personal computer (6), where the results are saved and graphs of current temperatures are plotted.

Вычисление тепловой активности осуществляется после окончания цикла измерений путем автоматической обработки полученных результатов с помощью выбранной градуировочной зависимости. Результаты вычисления тепловой активности выводятся на экран персонального компьютера (6).Calculation of thermal activity is carried out after the end of the measurement cycle by automatically processing the results using the selected calibration dependence. The results of the calculation of thermal activity are displayed on a personal computer screen (6).

Источники информацииInformation sources

1. Филиппов Л.П. Измерение теплофизических свойств веществ методом периодического нагрева. М.: Энергоатомиздат, 1984, 104 с.1. Filippov L.P. Measurement of thermophysical properties of substances by the method of periodic heating. M .: Energoatomizdat, 1984, 104 p.

2. Кириченко Ю.А. Измерение температуропроводности методом радиальных температурных волн в цилиндре // Измерительная техника. 1960. №5. С. 29-32.2. Kirichenko Yu.A. Measurement of thermal diffusivity by the method of radial temperature waves in a cylinder // Measuring technique. 1960. No5. S. 29-32.

3. Д.Ю. Демежко, В.В. Дергачев, Д.Г. Рыбкин, А.В. Климшин. Способ определения тепловой активности материалов и устройство для его осуществления. Патент на изобретение №2462703.3. D.Yu. Demezhko, V.V. Dergachev, D.G. Rybkin, A.V. Klimshin. A method for determining the thermal activity of materials and a device for its implementation. Patent for invention No. 2462703.

Claims

1. A device for measuring the thermal activity of material samples, comprising a thermal activity sensor in contact with the test sample, a temperature meter, a sensor heater power supply and a switching unit, characterized in that it further comprises a personal computer with the necessary software connected via a switching unit, This temperature meter is a digital dual-channel thermometer.

2. The device according to claim 1, characterized in that the thermal activity sensor comprises a temperature sensor, a heat source and a reference plate.

3. The device according to p. 2, characterized in that the reference plate is made of a material with known thermal properties.

4. The device according to p. 2, characterized in that the heat source is connected to the switching unit.

5. The device according to claim 1, characterized in that the digital two-channel thermometer is connected via a switching unit to a personal computer.