RU225686U1 - Устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов - Google Patents
Устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU225686U1 RU225686U1 RU2023125629U RU2023125629U RU225686U1 RU 225686 U1 RU225686 U1 RU 225686U1 RU 2023125629 U RU2023125629 U RU 2023125629U RU 2023125629 U RU2023125629 U RU 2023125629U RU 225686 U1 RU225686 U1 RU 225686U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- materials
- signal
- thermal
- thermal diffusivity
- coefficient
- Prior art date
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 6
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 239000004567 concrete Substances 0.000 abstract description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002689 soil Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 abstract description 2
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 6
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 4
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 2
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N (2s)-2-[[4-[2-(2,4-diaminoquinazolin-6-yl)ethyl]benzoyl]amino]-4-methylidenepentanedioic acid Chemical compound C1=CC2=NC(N)=NC(N)=C2C=C1CCC1=CC=C(C(=O)N[C@@H](CC(=C)C(O)=O)C(O)=O)C=C1 NAWXUBYGYWOOIX-SFHVURJKSA-N 0.000 description 1
- 229930182556 Polyacetal Natural products 0.000 description 1
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000004579 marble Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920006324 polyoxymethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009423 ventilation Methods 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к области тепловых испытаний материалов - грунты, бетон, изоляционные материалы или органические полимеры, а именно к определению теплофизических характеристик этих материалов, в частности, коэффициента температуропроводности. Техническим результатом полезной модели является повышение точности измерений. Устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов содержит корпус, в котором закреплен электронный блок, выполненный с возможностью генерирования электрических и тепловых автоколебаний, при этом электронный блок выполнен из последовательно соединенных блока инвентирования и усиления сигнала, вход которого соединен с датчиком температуры, дифференциатора и компаратора, выход которого соединен с источником нагрева.
Description
Полезная модель относится к области тепловых испытаний материалов, а именно к определению теплофизических характеристик этих материалов, в частности, коэффициента температуропроводности. В качестве материалов, которые подвергаются испытаниям, используют строительные материалы (бетон), грунты (пески, супеси, суглинки, глины), изоляционные материалы (полиэтилен, пенопласт), пластические массы (полиацеталь, капролон, фторопласт), минералы (кварц, мрамор).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен способ измерения коэффициента температуропроводности теплоизоляционных материалов, раскрытый в RU 2478939 С1, опубл. 10.04.2013. Способ измерения коэффициента температуропроводности теплоизоляционных материалов методом регулярного режима третьего рода, заключающийся в том, что в изготовленном плоском образце исследуемого материала размещают в сечениях с координатами х=х1 и х=х2 два датчика температуры, выполненные в виде термопар или термометров сопротивления, образец, покрытый сверху теплоизоляцией, помещают на поверхность элемента Пельтье, являющегося источником гармонических колебаний температуры, на протяжении активной стадии эксперимента регистрируют температуры в двух точках исследуемого образца, измеряют расстояние (х2-х1), период гармонических колебаний т0 и время запаздывания τз (х2, х1) гармонических колебаний на глубине х=х2 по сравнению с гармоническими колебаниями на поверхности х=х1 образца.
Недостатком раскрытого выше технического решения является подбор оптимальных значения указанных параметров при дополнительном измерении температуры на более дальнем расстоянии от образца, что обеспечивает снижение точности измерений.
Кроме того, из уровня техники известен способ комплексного определения теплофизических характеристик материала, раскрытый в SU 1267241 А1, опубл. 30.10.1986, прототип. Способ заключается в подаче теплового потока на образец исследуемого материала и измерении частоты колебаний в измерительной системе, содержащей последовательно соединенные нагреватель, образец и термочувствительной элемент, при этом система дополнительно содержит дифференциальный усилитель, связанный инвертирующим входом с термочувствительным элементом, и выходом с нагревателем, изменяют коэффициент усиления дифференциального усилителя до появления в системе автоколебаний на резонансной частоте образца, измеряют частоту автоколебаний, критический коэффициент усиления и определяют коэффициенты температуропроводности и теплопроводности материала.
Недостатком раскрытого выше технического решения является, то при автоколебательном процессе смещение фазы сигнала, позволяющее задавать частоту измерения, задается посредством RC-цепи и, таким образом, задает определенный диапазон частот работы устройства, который может значительно отличаться от оптимального режима. Кроме того, известно, что добротность RC генераторов сравнительно низка и значительно зависит от температуры, что приводит к повышению ошибки измерения.
РАСКРЫТИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Задачей заявленной полезной модели является разработка устройства измерения коэффициента температуропроводности, обеспечивающего создание автоколебательного процесса, который автоматически задает оптимальный режим работы прибора.
Техническим результатом полезной модели является повышение точности измерений.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов содержит корпус, в котором закреплен электронный блок, выполненный с возможностью генерирования электрических и тепловых автоколебаний, при этом электронный блок выполнен из последовательно соединенных блока инвентирования и усиления сигнала, вход которого соединен с датчиком температуры, дифференциатора и компаратора, выход которого соединен с источником нагрева.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Полезная модель будет более понятной из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - Заявленное устройство
1 - контейнера; 2 - датчик температуры; 3 - исследуемый материал; 4 - электронный блок; 5 - блок инвертирования и усиления сигнала; 6 - дифференциатор; 7 - компаратор; 8 - источник нагрева.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов содержит корпус, в котором закреплен электронный блок (4), выполненный с возможностью генерирования электрических и тепловых автоколебаний, при этом электронный блок (4) выполнен из последовательно соединенных блока (5) инвентирования и усиления сигнала, вход которого соединен сдатчиком (2) температуры, дифференциатора (6) и компаратора (7), выход которого соединен с источником (8) нагрева.
Заявленное устройство работает следующим образом. Исследуемый материал (3), например, бетон, погружают в контейнер (1), после чего в исследуемый материал (3) погружен точечный источник нагрева (8), например, нихромовый провод, и датчик температуры (2), при этом источник нагрева (8), например, и датчик температуры (2) с фиксированным расстоянием х между ними.
В качестве датчика температуры променяют любой преобразователь сигнала, реализующий функцию:
где U0 -напряжение на выходе датчика, Т - температура, k - коэффициент преобразования между ними.
В качестве источника нагрева (8) используют лазерный излучатель, либо нихромовый провод. В режиме периодического сигнала на нагревателе с учетом уравнения (2) напряжение на выходе сигнала можно записать в виде:
где , а также в формулах (4), (5), (6), (8), (9), (12) и (13): а - коэффициент температуропроводности, - максимальная амплитуда сигнала (значение амплитуды температуры непосредственно в точке воздействия точечного источника тепла), В - коэффициент линейной составляющей температуры, τ - время, τ0 - период сигнала, x - расстояние между точкой измерения температуры и источником нагрева.
В определяется теплоемкостью исследуемого материала и мощностью нагрева, поскольку нагреватель постоянно добавляет определенное количество тепла в материал.
Сигнал с датчика температуры (2) поступает в электронный блок (4), состоящий из нескольких блоков. Вначале сигнал поступает на блок (5) инвертирования и усиления сигнала. Блок (5) усиливает сигнал в К раз и инвертирует его. Функцию на выходе блока (5) можно записать в виде:
Отсюда получаем:
где U1(τ) - напряжение на выходе блок (5).
Из блока (5) инвертирования и усиления сигнала сигнал поступает в дифференциатор (6), который выполняет двойное дифференцирование сигнала.
Поскольку
на выходе дифференциатора (6) зависимость напряжения от времени можно записать в виде:
Отсюда получаем:
где U2(τ) - напряжение на выходе дифференциатора (6).
Сигнал с дифференциатора (6) поступает на компаратор (7), который подает напряжение на нагреватель (8), когда U2(τ)>0. В результате на источник нагрева (8) будут поступать периодический прямоугольный сигнал с периодом τ0 и частотой ω. Этот сигнал имеет гармоники, которые значительно подавляются к моменту поступления сигнала на датчик температуры (2) и сигнал на выходе датчика температуры (2) близок к синусоидальному.
Для запуска автоматических колебаний устройство необходимо подать начальный импульс на источник нагрева (8). После первичного возрастания сигнала, когда будет выполняться условие
первичный тепловой импульс пойдет на спад и выполнится условие
в результате чего сработает компаратор (7) и подаст напряжение на нагреватель и будет сохранять это напряжение, пока снова не выполнится условие по формуле (10). Через некоторое время устройство будет генерировать электрические и тепловые колебания, причем резонанс генератора будет выполнен, когда отставание по фазе сигнала за счет распространения тепловой волны не совпадет с его опережением за счет двойного дифференцирования и инвертирования, то есть пока не выполнится условие:
Отсюда получаем:
Из этого простого уравнения, зная расстояние х между датчиком температуры (2) и источником нагрева (8), а также вычислив период колебаний можно найти коэффициент температуропроводности а.
В заявленном устройстве смещение фаз сигнала фиксированное и составляет 2π, что позволяет запускать автогенерацию устройства при частотах, оптимальных для измерения сигнала и уменьшить ошибку измерения. Кроме того, использование двойного дифференцирования сигнала в дифференциаторе позволяет убрать линейную составляющую сигнала, которая при однократном дифференцировании создаст некоторое постоянное напряжение помимо периодической составляющей, что автоматически исказит форму сигнала при автогенерации и устойчивость работы системы.
Полезная модель была раскрыто выше со ссылкой на конкретный вариант его осуществления. Для специалистов могут быть очевидны и иные варианты осуществления полезной модели, не меняющие ее сущности, как она раскрыта в настоящем описании. Соответственно, полезную модель следует считать ограниченным по объему только нижеследующей формулой полезной модели.
Claims (1)
- Устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов, содержащее корпус, в котором закреплен электронный блок, выполненный с возможностью генерирования электрических и тепловых автоколебаний, при этом электронный блок выполнен из последовательно соединенных блока инвентирования и усиления сигнала, вход которого соединен с датчиком температуры, дифференциатора и компаратора, выход которого соединен с источником нагрева.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU225686U1 true RU225686U1 (ru) | 2024-05-02 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1267241A1 (ru) * | 1984-12-21 | 1986-10-30 | Ордена Ленина институт общей и неорганической химии им.Н.С.Курнакова | Способ комплексного определени теплофизических характеристик материала |
| SU1270661A1 (ru) * | 1984-06-04 | 1986-11-15 | Институт технической теплофизики АН УССР | Способ комплексного определени теплофизических свойств материалов |
| SU1755150A1 (ru) * | 1990-06-01 | 1992-08-15 | Томский политехнический институт им.С.М.Кирова | Устройство дл прецизионного определени характеристик материала |
| RU2132548C1 (ru) * | 1997-09-09 | 1999-06-27 | Томский политехнический университет | Устройство для определения теплофизических характеристик |
| RU2255330C1 (ru) * | 2004-04-20 | 2005-06-27 | Томский политехнический университет | Устройство для определения характеристик материалов |
| CN201540267U (zh) * | 2009-09-30 | 2010-08-04 | 北京天建华仪科技发展有限公司 | 墙体热阻现场测量仪 |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1270661A1 (ru) * | 1984-06-04 | 1986-11-15 | Институт технической теплофизики АН УССР | Способ комплексного определени теплофизических свойств материалов |
| SU1267241A1 (ru) * | 1984-12-21 | 1986-10-30 | Ордена Ленина институт общей и неорганической химии им.Н.С.Курнакова | Способ комплексного определени теплофизических характеристик материала |
| SU1755150A1 (ru) * | 1990-06-01 | 1992-08-15 | Томский политехнический институт им.С.М.Кирова | Устройство дл прецизионного определени характеристик материала |
| RU2132548C1 (ru) * | 1997-09-09 | 1999-06-27 | Томский политехнический университет | Устройство для определения теплофизических характеристик |
| RU2255330C1 (ru) * | 2004-04-20 | 2005-06-27 | Томский политехнический университет | Устройство для определения характеристик материалов |
| CN201540267U (zh) * | 2009-09-30 | 2010-08-04 | 北京天建华仪科技发展有限公司 | 墙体热阻现场测量仪 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nie et al. | Dew point measurement using dual quartz crystal resonator sensor | |
| US5477726A (en) | Apparatus for determining the density of liquids and gases from a period of an oscillator filled with a test sample | |
| Lucklum et al. | Non-contact liquid level measurement with electromagnetic–acoustic resonator sensors | |
| RU225686U1 (ru) | Устройство для определения коэффициента температуропроводности материалов | |
| RU2001107826A (ru) | Измерение потребления энергии | |
| Zaitsev et al. | The influence of the metal film, placed close to the free side of the piezoelectric lateral electric field excited resonator, on its characteristics | |
| Ozaki et al. | Piezoelectric nonlinear vibration focusing on the second-harmonic vibration mode | |
| Higo et al. | The general problems of AE sensors | |
| Miyake et al. | High-power piezoelectric vibration model considering the interaction between nonlinear vibration and temperature increase | |
| JP4646813B2 (ja) | バイオセンサ計測システム、粘性率測定方法、および微量質量測定方法 | |
| Huelsz et al. | Temperature measurements inside the oscillatory boundary layer produced by acoustic waves | |
| CN108896654B (zh) | 基于压电体声波谐振式传感器的能量耗散因子测量方法 | |
| JP3877591B2 (ja) | 充填物検知方法及び装置 | |
| RU2650713C1 (ru) | Способ измерения малых коэффициентов оптического поглощения нелинейно-оптических кристаллов | |
| Hashmi et al. | Embedded supervisory control and output reporting for the oscillating ultrasonic temperature sensors | |
| CN108872014B (zh) | 综合表征流体材料热输运性质的方法及装置 | |
| Fidríková et al. | Sensor for monitoring the moisture in porous materials | |
| Davies et al. | A novel phase locked cavity resonator for B/A measurements in fluids | |
| RU2662948C1 (ru) | Необремененный вибровискозиметрический датчик | |
| RU2670355C1 (ru) | Устройство для измерения температуры | |
| Wu et al. | Investigations on excitation and detection methods for Lamb wave sensors | |
| RU2462703C2 (ru) | Способ определения тепловой активности материалов и устройство для его осуществления | |
| JPS6118354B2 (ru) | ||
| US20090271130A1 (en) | Method for measuring suspended sediment concentration in water | |
| Hashmi et al. | Inexpensive differential ultrasonic calorimeter for accurate measurement of heat loss |