RU2024013C1 - Способ определения теплопроводности твердых материалов и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ определения теплопроводности твердых материалов и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2024013C1 RU2024013C1 SU5038335A RU2024013C1 RU 2024013 C1 RU2024013 C1 RU 2024013C1 SU 5038335 A SU5038335 A SU 5038335A RU 2024013 C1 RU2024013 C1 RU 2024013C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heaters
- signal
- heater
- current
- standard
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к теплофизическим измерениям, в частности теплопроводности твердых материалов, таких как горные породы и строительные материиалы. Сущность изобретения заключается в создании нагревателями тепловых потоков в иследуемый и эталонный образцы и поддерживании равных температур на них. Во время измерений на нагреватель эталона подается ток постоянной величины. Ток на нагревателе исследуемого материала увеличивается или уменьшается в зависимости от знака сигнала, поступающего с мостиковой схемы, служащей для измерения перепада температур между нагревателями. Этот процесс продолжается до тех пор, пока величина сигнала не станет ниже пороговой и не будет оставаться такой в течение времени τ = h2/8χ , где H - характерный размер образца; c - температуропроводность образца. Для увеличения точности измерений в устройство для осуществления способа включены блоки сравнения, регулирования, регистрации, а также блок задания параметров эталона. Перед измерениями эталонный и исследуемый образцы размещаются в измерительной ячейке, выполненной из высокопроводного материала. Нагреватели установлены на теплоизоляционных пластинах, между которыми установлены стойки из эластичного материала. Нагреватели связаны между собой резиновой муфтой. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к теплофизическим измерениям, в частности теплопроводности твердых материалов, таких как горные породы и строительные материалы.
Известен способ определения теплопроводности, заключающийся в создании нагревателями тепловых потоков в исследуемом и эталонном образцах и поддержании в них равных температурных перепадов [1].
Недостатком этого способа является необходимость поддержания и измерения перепада температур на образцах, что приводит к сложности реализации этого способа в полевых условиях.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ определения коэффициента теплопроводности, заключающийся в создании нагревателями тепловых потоков в исследуемый и эталонный образцы и поддержании равных температур в зоне контактов нагревателей с образцами путем регулирования мощности нагревателей до установления стационарного режима теплопередачи и определении коэффициента теплопроводности по известной формуле [2].
Основными недостатками известного способа являются его невысокая точность, а также необходимость ручной регулировки мощности нагревателей, что значительно увеличивает время измерений.
Известно устройство для измерения теплопроводности твердых образцов, содержащее эталон, нагреватели образца и эталона, теплоприемник, тепломеры. При измерениях на противоположных поверхностях эталона и образца, имеющих одинаковую высоту, создают равные перепады температур, тогда плотности установившихся тепловых потоков через эталон и образец пропорциональны их коэффициентам теплопроводности [3].
Недостатком устройства является необходимость поддержания и измерения перепада температур на образцах, что приводит к сложности реализации исследований в полевых условиях.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее два коаксиально размещенных нагревателя, тепломер, эталон [4].
Недостатками устройства являются невысокая точность измерений, а также необходимость ручной регулировки мощности нагревателей и расчета коэффициента теплопроводности по формуле, что значительно увеличивает время измерений.
Изобретение направлено на решение задачи по повышению точности измерений теплопроводности и сокращение времени измерений.
Это достигается тем, что по способу определения теплопроводности твердых материалов, заключающемуся в создании нагревателями тепловых потоков в исследуемый и эталонный образцы, поддержание равных температур на нагревателях и определении величины коэффициента теплопроводности по известной формуле, поддерживают постоянным ток на нагревателях эталона, определяют знак сигнала в измерительной диагонали моста, в плечи которого включены датчики температуры нагревателей, а также факт превышения сигналом пороговой величины, которая равна напряжению в измерительной диагонали моста на пределе зоны чувствительности измерительной схемы, затем в зависимости от знака сигнала увеличивают или уменьшают ток на нагревателе исследуемого материала до тех пор, пока величина сигнала с моста не станет меньше пороговой, причем эту операцию повторяют, пока сигнал не будет оставаться меньше пороговой величины в течение времени
τ = , где h - характерный размер образца;
κ - температуропроводность.
τ = , где h - характерный размер образца;
κ - температуропроводность.
В устройстве для определения теплопроводности твердых материалов, содержащем два коаксиально размещенных электрических нагревателя и эталон, на провод, из которого выполнены нагреватели, намотаны провода с высоким температурным коэффициентом и включены в плечи мостиковой схемы для обеспечения регистрации перепада температур, нагреватели установлены на теплоизоляционных пластинах и размещены в ячейке из высокотеплопроводного материала с возможностью их осевых перемещений, мостиковая схема соединена с входом блока сравнения, а выход последнего - с блоком регулировки, один выход которого связан с нагревателем исследуемого материала для изменения тока на нем, а другой - с первым входом блока регистрации, на второй вход которого подают сигнал с блока задания параметров эталона, причем для обеспечения осевых перемещений нагревателей они связаны между собой муфтой из эластичного материала и между теплоизоляционными пластинами установлены стойки из того же материала.
На чертеже представлена схема устройства, осуществляющего предлагаемый способ.
Устройство включает ячейку 1 из высокотеплопроводящего материала, нагреватели 2, установленные на теплоизоляционных пластинах 3, между которыми размещены стойки 4 из эластичного материала, муфту 5, усилитель 6, блоки сравнения 7, регулировки 8, регистрации 9, а также блок 10 задания параметров эталона.
Измерительная ячейка 1 выполнена из высокотеплопроводного материала (например, медь, алюминий). Это обеспечивает быстрое выравнивание температур на торцовых поверхностях образцов во время измерений, что позволяет исключить необходимость использования системы принудительного термостатирования. Наличие эластичных стоек 4 дает возможность обеспечить хороший тепловой контакт нагревателей с образцами, если их торцовые поверхности не совсем плоскопараллельны. Для уменьшения инерционности измерительного датчика термометры сопротивления выполнены в виде намотки, например, медного провода виток к витку, из которого выполнен нагреватель.
Во время измерений сигнал с мостиковой схемы поступает на усилитель 6, а затем на блок 7 сравнения. Здесь определяются его знак и факт превышения пороговой величины, за которую принимается напряжение в измерительной диагонали моста при его минимальной чувствительности. После преобразования сигнала в блоке 7 он поступает на блок 8 цифроаналогового регулирования тока, который связан с нагревателем исследуемого материала и в зависимости от знака сигнала увеличивает или уменьшает ток на нем. Процесс измерения продолжается до тех пор, пока сигнал не установится ниже порогового и не будет оставаться таким в течение определенного времени τ, равного наибольшему времени прохождения теплового возмущения через измеряемый образец для исследуемого ряда материалов. После того, как величина сигнала установится ниже пороговой, информация поступает на блок 9 регистрации. Так как в данном случае реализуется сравнительный метод измерений, то на второй вход блока регистрации поступает сигнал с блока 10 задания параметров эталона. На нем перед измерениями устанавливаются данные о теплопроводности эталона. После несложных цифроаналоговых преобразований сигналов на цифровом табло блока 9 появляется информация о теплопроводности исследуемого материала.
Пример конкретного выполнения измерений. Образцы исследуемого и эталонного материалов устанавливают на соответствующих нагревателях 2, размещаемых в ячейке 1. Вводят в блок 10 информацию об использованном эталоне. Включают устройство. На нагреватель эталона подается ток постоянной величины. На нагревателе исследуемого материала ток начинает монотонно увеличиваться. Сигнал, поступающий с мостиковой схемы, через усилитель 6 подается на блок 7 сравнения, где он преобразуется и в виде логических уровней поступает на блок 8 цифроаналогового регулирования тока. Этот блок определяет факт превышения сигналом пороговой величины и в зависимости от знака, превышающей величины увеличивает или уменьшает ток на нагревателе исследуемого материала. Этот процесс продолжается до тех пор, пока температуры нагревателей не будут равны в пределах допустимой точности, т.е. величина сигнала не установится меньше пороговой и не будет оставаться такой в течение времени τ. После этого информация подается на блок 9, где после цифроаналоговых преобразований на цифровом табло появляется значение определяемого параметра.
Применение изобретения дает возможность повысить точность измерений и за счет автоматизации сократить их время, что существенно повышает продуктивность исследований. Наиболее актуально использование изобретения при инженерных изысканиях для исследования грунтов.
Claims (3)
1. Способ определения теплопроводности твердых материалов, заключающийся в создании нагревателями тепловых потоков в исследуемый и эталонный образцы, поддержании равных температур на нагревателях и определении величины коэффициента теплопроводности по известной формуле, отличающийся тем, что поддерживают постоянным ток на нагревателе эталона, определяют знак сигнала, в измерительной диагонали моста, в плечи которого включены датчики температуры нагревателей, превышение сигналом пороговой величины, которая равна напряжению в измерительной диагонали на пределе зоны чувствительности измерительной схемы, затем в зависимости от знака сигнала увеличивают или уменьшают ток на нагревателе исследуемого материала до тех пор, пока величина сигнала с моста не станет меньше пороговой, причем эту операцию повторяют, пока сигнал не будет оставаться меньше пороговой величины в течение времени
τ = ,
где h - характерный размер образца;
χ - температуропроводность.
τ = ,
где h - характерный размер образца;
χ - температуропроводность.
2. Устройство для определения теплопроводности твердых материалов, содержащее два коаксиально размещенные электрических нагревателя и эталон, отличающееся тем, что на провод, из которого выполнены нагреватели, осуществлены намотки провода с высоким температурным коэффициентом и включены в плечи мостиковой схемы для обеспечения регистрации перепада температур, нагреватели установлены на теплоизоляционных пластинах и размещены в ячейке из высокотеплопроводного материала с возможностью их осевых перемещений, мостиковая схема соединена с входом блока сравнения, а выход последнего - с блоком регулировки, один выход которого связан с нагревателем исследуемого материала для изменения тока на нем, а другой выход - с первым входом блока регистрации, на второй вход которого подается сигнал с блока задания параметров эталона.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что нагреватели связаны между собой муфтой из эластичного материала и между теплоизоляционными пластинами установлены стойки из того же материала для обеспечения осевых перемещений нагревателей.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5038335 RU2024013C1 (ru) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | Способ определения теплопроводности твердых материалов и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5038335 RU2024013C1 (ru) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | Способ определения теплопроводности твердых материалов и устройство для его осуществления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2024013C1 true RU2024013C1 (ru) | 1994-11-30 |
Family
ID=21602349
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5038335 RU2024013C1 (ru) | 1992-03-02 | 1992-03-02 | Способ определения теплопроводности твердых материалов и устройство для его осуществления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2024013C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2593650C1 (ru) * | 2015-06-08 | 2016-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АГНИ-К" | Способ измерения теплопроводности покрытий |
RU2811342C1 (ru) * | 2023-06-26 | 2024-01-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Дагестанский федеральный исследовательский центр Российской академии наук | Устройство для измерения теплопроводности |
-
1992
- 1992-03-02 RU SU5038335 patent/RU2024013C1/ru active
Non-Patent Citations (4)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 359582, кл. G 01N 25/18, 1971. * |
2. Авторское свидетельство СССР N 972359, кл. G 01N 25/18, 1981. * |
3. Авторское свидетельство СССР N 542945, кл. G 01N 25/18, 1973. * |
4. Авторское свидетельство СССР N 989419, кл. G 01N 25/18, 1981. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2593650C1 (ru) * | 2015-06-08 | 2016-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АГНИ-К" | Способ измерения теплопроводности покрытий |
RU2811342C1 (ru) * | 2023-06-26 | 2024-01-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Дагестанский федеральный исследовательский центр Российской академии наук | Устройство для измерения теплопроводности |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4568198A (en) | Method and apparatus for the determination of the heat transfer coefficient | |
US3339398A (en) | High sensitivity differential thermal analysis apparatus and method | |
Vozár | A computer-controlled apparatus for thermal conductivity measurement by the transient hot wire method | |
GB1498573A (en) | Method of and apparatus for non-destructively determining the composition of an unknown material sample | |
US4117712A (en) | Emissimeter and method of measuring emissivity | |
US2603964A (en) | Paramagnetic gas analyzer | |
RU2024013C1 (ru) | Способ определения теплопроводности твердых материалов и устройство для его осуществления | |
US3211050A (en) | Recording spectral-flame photometer apparatus and method | |
Zhang et al. | Short-hot-wire method for the measurement of the thermal conductivity of a fine fibre | |
Pochapsky | Determination of heat capacity by pulse heating | |
US2673326A (en) | Apparatus and method for testing magnetic material | |
SU1057830A1 (ru) | Способ определени теплопроводности материалов и устройство дл его осуществлени | |
JPH0566160A (ja) | 熱量測定装置及び方法 | |
RU2018117C1 (ru) | Способ комплексного определения теплофизических свойств материалов | |
RU2003120C1 (ru) | Устройство дл измерени температурного коэффициента сопротивлени | |
Hiki et al. | Thermal transport near glass transition in AgI-AgPO3 glasses | |
SU1741036A1 (ru) | Устройство дл определени теплопроводности материалов | |
JPH06160193A (ja) | 焦電係数簡易測定装置 | |
Loiacono | A DTA study of the ferroelectric transition in KH2PO4 type crystals | |
SU1163234A1 (ru) | Устройство дл определени теплопроводности твердых материалов | |
SU830224A1 (ru) | Способ анализа газов по тепло-пРОВОдНОСТи | |
SU877363A1 (ru) | Устройство дл измерени показател тепловой инерции термометров сопротивлени | |
SU1712854A1 (ru) | Способ определени времени молекул рной релаксации процессов теплового движени в полимерах | |
SU1490457A1 (ru) | Способ контрол напр женно-деформированного состо ни металлических деталей | |
SU568879A1 (ru) | Датчик термо-эдс |