RU2326370C2 - Method of thermal characteristics measurement (variants) and device for its implementation (variants) - Google Patents
Method of thermal characteristics measurement (variants) and device for its implementation (variants) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2326370C2 RU2326370C2 RU2005140528/28A RU2005140528A RU2326370C2 RU 2326370 C2 RU2326370 C2 RU 2326370C2 RU 2005140528/28 A RU2005140528/28 A RU 2005140528/28A RU 2005140528 A RU2005140528 A RU 2005140528A RU 2326370 C2 RU2326370 C2 RU 2326370C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- test object
- temperature
- thermal
- measuring
- heat
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к строительной технике и может быть преимущественно использовано для измерения теплофизических характеристик различных строительных конструкций, например стен, потолков, полов, переборок, подволоков и др.The invention relates to construction equipment and can be mainly used to measure the thermophysical characteristics of various building structures, for example walls, ceilings, floors, bulkheads, ceiling, etc.
Известен способ бурения скважин и устройство для его осуществления [1], позволяющие получать образцы материалов с различной глубины. Измеряя параметры этих образцов, можно получить информацию о физических и химических свойствах и конфигурации глубинных слоев. Недостаток известных способа и устройства для его осуществления заключается в том, что они не обеспечивают неразрушающего контроля исследуемого объекта.A known method of drilling wells and a device for its implementation [1], allowing to obtain samples of materials from various depths. By measuring the parameters of these samples, one can obtain information on the physical and chemical properties and configuration of the deep layers. A disadvantage of the known method and device for its implementation is that they do not provide non-destructive testing of the studied object.
Известны многочисленные варианты способов ультразвуковой дефектоскопии и устройств, их реализующих, например [2, 3], позволяющие определить наличие неоднородностей в различных конструкциях и конфигурацию этих неоднородностей, однако приборы такого рода не позволяют провести измерение теплофизических характеристик исследуемых материалов, в частности теплового сопротивления.Numerous variants of ultrasonic flaw detection methods and devices that implement them, for example, are known [2, 3], which make it possible to determine the presence of inhomogeneities in various structures and the configuration of these inhomogeneities, however, devices of this kind do not allow measuring the thermophysical characteristics of the materials under study, in particular thermal resistance.
Известны многочисленные варианты способов для измерения теплофизических характеристик различных радиоэлектронных приборов, например, описанный в [4] способ определения теплового сопротивления полупроводниковых диодов. Недостаток известного технического решения заключается в узкой области применения: его можно использовать для измерения теплофизических характеристик только радиоэлектронных приборов, причем только одного их класса - полупроводниковых диодов.Numerous variants of methods are known for measuring the thermophysical characteristics of various electronic devices, for example, the method for determining the thermal resistance of semiconductor diodes described in [4]. A disadvantage of the known technical solution lies in a narrow scope: it can be used to measure the thermophysical characteristics of only electronic devices, and only one of their class is semiconductor diodes.
Известны многочисленные варианты устройств для измерения теплофизических характеристик различных радиоэлектронных приборов, например, устройство для измерения теплового сопротивления транзисторов [5]. Недостаток известного технического решения заключается в узкой области применения: его можно использовать для измерения теплового сопротивления только радиоэлектронных приборов, причем только одного их класса - транзисторов.Numerous variants of devices are known for measuring the thermophysical characteristics of various electronic devices, for example, a device for measuring the thermal resistance of transistors [5]. A disadvantage of the known technical solution lies in a narrow scope: it can be used to measure the thermal resistance of only electronic devices, and only one of their class - transistors.
Известно описанное в [6] устройство для определения характеристик материалов, содержащее источник импульсного нагрева, термопару и электронный блок обработки. Термопара расположена на поверхности исследуемого образца. Выход термопары подключен к входу электронного блока обработки. Главный недостаток известного устройства заключается в том, что при использовании импульсного нагрева необходима сложная обработка результатов измерений, для чего требуется сложная аппаратура. Это приводит к значительному удорожанию проведения измерений. Кроме того, большая сложность обработки результатов измерений приводит к снижению их точности и достоверности.A device for determining the characteristics of materials described in [6] is known, comprising a source of pulsed heating, a thermocouple, and an electronic processing unit. A thermocouple is located on the surface of the test sample. The output of the thermocouple is connected to the input of the electronic processing unit. The main disadvantage of the known device is that when using pulsed heating requires complex processing of the measurement results, which requires sophisticated equipment. This leads to a significant increase in the cost of measurements. In addition, the great complexity of processing the measurement results leads to a decrease in their accuracy and reliability.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному способу является способ бесконтактного неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов [7]. Известный способ заключается в том, что измеряют двумя термоприемниками температуру в заданных точках поверхности образца и температуру окружающей среды, по полученным результатам определяют поправочный коэффициент, затем воздействуют на поверхность образца неподвижным точечным источником тепла. В заданный момент времени измеряют двумя термоприемниками избыточные температуры нагреваемой поверхности в заданных точках, продолжают нагрев и измеряют момент времени, когда температура более удаленного от пятна нагрева термоприемника увеличится на заданную величину. По измеренным величинам определяют коэффициенты температуропроводности и теплопроводности.Closest to the technical nature of the claimed method is a method of non-contact non-destructive testing of the thermophysical properties of materials [7]. The known method consists in measuring the temperature at predetermined points on the surface of the sample and the ambient temperature with two thermal detectors, using the results obtained, determining the correction factor, then acting on the surface of the sample with a fixed point source of heat. At a given point in time, the excess temperatures of the heated surface at predetermined points are measured with two thermal detectors, heating is continued, and a point in time is measured when the temperature of the thermal receiver farther from the heating spot increases by a predetermined value. The measured values determine the coefficients of thermal diffusivity and thermal conductivity.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является термозонд для неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов [8], содержащий линейный нагреватель и две термопары, расположенные симметрично относительно линейного нагревателя по обе стороны от него. Главный недостаток известного устройства заключается в том, что линейный нагреватель формирует в материале тепловой поток, расходящийся в плоскости, перпендикулярной оси линейного нагревателя.The closest in technical essence to the claimed device is a thermal probe for non-destructive testing of the thermophysical properties of materials [8], containing a linear heater and two thermocouples located symmetrically relative to the linear heater on both sides of it. The main disadvantage of the known device is that the linear heater forms a heat flux in the material diverging in a plane perpendicular to the axis of the linear heater.
Известные технические решения (способ и устройство) имеют низкие потребительские свойства за счет узкой области применения, низкой точности и низкой достоверности измерений. Наличие указанных недостатков обусловлено следующими факторами. В известных технических решениях используется точечный или линейный источник тепловой энергии, поэтому его можно применять только при измерении теплофизических характеристик однородных объектов. Если исследуемый объект имеет различные неоднородности (например, железобетонная стена), то результаты измерений будут различаться при воздействии точечного или линейного источника тепловой энергии на различные точки поверхности исследуемого объекта. В прототипах точка или линия воздействия источником тепловой энергии и точки, в которых производится измерение температуры, находятся на одной и той же поверхности исследуемого объекта, поэтому известные технические решения неприменимы для измерения теплофизических характеристик многослойных объектов. Если исследуемый объект имеет различные теплофизические характеристики в направлении, перпендикулярном его поверхности, и в направлении, параллельном его поверхности, то известные технические решения могут измерить теплофизические характеристики только в направлении, параллельном поверхности исследуемого объекта. Таким образом, известные технические решения неприменимы для измерения теплофизических характеристик анизотропных объектов. Низкие точность и достоверность известных технических решений обусловлены высокой сложностью модели, описывающей их работу. Так, в известном способе, необходимо провести предварительные измерения для определения поправочного коэффициента. Работа известных способа и устройства описываются уравнением теплового баланса, в котором необходимо учитывать потери тепловой мощности в окружающую среду за счет конвективного и лучистого теплообмена. Кроме того, в уравнении теплового баланса известного способа необходимо учитывать потери тепловой мощности из-за частичного поглощения лазерного излучения окружающей средой и частичного отражения лазерного излучения поверхностью исследуемого объекта. Эти компоненты учитываются приближенно расчетным путем. При обработке результатов измерений в известном способе используется функция ошибок, вычисляемая путем ее разложения в ряд Тейлора. В описании известного способа указано, что вычисление этой функции в аналитическом виде весьма затруднительно. Там же указано, что только для материалов с коэффициентом температуропроводности а≥10-7 м2/с можно ограничиться первым членом ряда Тейлора, и только тогда можно использовать рабочую формулу для обработки результатов измерений. Все эти факторы в совокупности приводят к низким потребительским свойствам известных способа и устройства за счет узкой области применения и низких точности и достоверности.Known technical solutions (method and device) have low consumer properties due to the narrow scope, low accuracy and low reliability of the measurements. The presence of these disadvantages is due to the following factors. Known technical solutions use a point or linear source of thermal energy, so it can be used only when measuring the thermophysical characteristics of homogeneous objects. If the object under study has various inhomogeneities (for example, a reinforced concrete wall), then the measurement results will differ when a point or linear source of thermal energy acts on various points on the surface of the object under study. In prototypes, the point or line of exposure to the source of thermal energy and the points at which the temperature is measured are on the same surface of the object under study, therefore, the known technical solutions are not applicable for measuring the thermophysical characteristics of multilayer objects. If the studied object has different thermophysical characteristics in the direction perpendicular to its surface and in the direction parallel to its surface, then known technical solutions can measure the thermophysical characteristics only in the direction parallel to the surface of the studied object. Thus, the known technical solutions are not applicable for measuring the thermophysical characteristics of anisotropic objects. Low accuracy and reliability of the known technical solutions due to the high complexity of the model that describes their work. So, in the known method, it is necessary to conduct preliminary measurements to determine the correction factor. The work of the known method and device are described by the heat balance equation, in which it is necessary to take into account the loss of thermal power to the environment due to convective and radiant heat transfer. In addition, in the heat balance equation of the known method, it is necessary to take into account the loss of thermal power due to the partial absorption of laser radiation by the environment and the partial reflection of laser radiation by the surface of the object under study. These components are taken into account approximately by calculation. When processing the measurement results in a known manner, an error function is used, calculated by expanding it into a Taylor series. The description of the known method indicates that the calculation of this function in an analytical form is very difficult. It is also indicated there that only for materials with a thermal diffusivity coefficient a≥10 -7 m 2 / s it is possible to limit oneself to the first member of the Taylor series, and only then can the working formula be used to process the measurement results. All these factors together lead to low consumer properties of the known method and device due to the narrow scope and low accuracy and reliability.
Задачей изобретения является повышение потребительских свойств путем расширения области применения и повышения точности и достоверности.The objective of the invention is to increase consumer properties by expanding the scope and increasing accuracy and reliability.
Решение поставленной задачи в соответствии с п.1 формулы изобретения обеспечивается тем, что в известный способ, заключающийся в нагревании поверхности исследуемого объекта, измерении температуры нагреваемой поверхности исследуемого объекта, измерении температуры поверхности исследуемого объекта в заданной точке, внесены следующие усовершенствования: нагревают участок внутренней поверхности исследуемого объекта, измеряют температуру нагреваемого участка внутренней поверхности исследуемого объекта, измеряют промежуток времени между началом нагревания участка внутренней поверхности исследуемого объекта и началом повышения температуры в заданной точке на внешней поверхности исследуемого объекта, при этом регистрируют зависимость величины перегрева внешней поверхности исследуемого объекта от времени, получают зависимость длительности первой стадии нагрева от величины перегрева внешней поверхности исследуемого объекта, вычисляют значения температуропроводности исследуемого объекта для разных моментов времени, при этом устанавливают постоянное значение температуропроводности или рассчитывают ее среднее значение, и по величине температуропроводности вычисляют теплопроводность исследуемого объекта.The solution of the problem in accordance with
Решение поставленной задачи в соответствии с п.2 формулы изобретения обеспечивается тем, что в известный способ, заключающийся в нагревании поверхности исследуемого объекта, измерении температуры нагреваемой поверхности исследуемого объекта, измерении температуры поверхности исследуемого объекта в заданной точке, внесены следующие усовершенствования: нагревают участок внутренней поверхности исследуемого объекта, измеряют температуру нагреваемого участка внутренней поверхности исследуемого объекта, измеряют промежуток времени между началом нагревания участка внутренней поверхности исследуемого объекта и началом повышения температуры в заданной точке на боковой поверхности исследуемого объекта, при этом регистрируют зависимость величины перегрева боковой поверхности исследуемого объекта от времени, получают зависимость длительности первой стадии нагрева от величины перегрева боковой поверхности исследуемого объекта, вычисляют значения температуропроводности исследуемого объекта для разных моментов времени, при этом устанавливают постоянное значение температуропроводности или рассчитывают ее среднее значение, и по величине температуропроводности вычисляют теплопроводность исследуемого объекта.The solution of the problem in accordance with
При измерении теплофизических характеристик исследуемого объекта первичной определяемой по данным измеренных параметров обычно является температуропроводность, а теплопроводность вычисляется по известной температуропроводности с помощью соотношения [9]When measuring the thermophysical characteristics of the studied object, the primary thermal conductivity determined by the measured parameters is usually the thermal diffusivity, and the thermal conductivity is calculated by the known thermal diffusivity using the relation [9]
где λ - теплопроводность материала измеряемого слоя [Вт/мК]; а - температуропроводность материала исследуемого слоя [м2/с]; с0 - объемная теплоемкость [Дж/м3К]; γ - плотность материала исследуемого объекта [кг/м3].where λ is the thermal conductivity of the material of the measured layer [W / mK]; a - thermal diffusivity of the material of the investigated layer [m 2 / s]; with 0 - volumetric heat capacity [J / m 3 K]; γ is the density of the material of the investigated object [kg / m 3 ].
Следует отметить, что за рубежом температуропроводность принята в качестве эталонной величины, а в России традиционно используется эталон теплопроводности.It should be noted that abroad the thermal diffusivity is accepted as a reference value, and in Russia the thermal conductivity standard is traditionally used.
Заметим, что конечной величиной, подлежащей определению в строительных ограждающих конструкциях, является удельное тепловое сопротивление, определяемое по формулеNote that the final value to be determined in building envelopes is the specific thermal resistance, determined by the formula
где r - удельное тепловое сопротивление [м2К/Вт], обратное величине коэффициента теплопередачи αс[Вт/м2К]; l - толщина исследуемого объекта [м].where r is the specific thermal resistance [m 2 K / W], the reciprocal of the heat transfer coefficient α s [W / m 2 K]; l is the thickness of the investigated object [m].
Для многослойного исследуемого объекта удельное тепловое сопротивление определяется из соотношенияFor a multilayer object under investigation, the specific thermal resistance is determined from the relation
где ri -тепловое сопротивление i-того слоя исследуемого объекта, a rk - контактные тепловые сопротивления между соседними слоями; n - число слоев.where r i is the thermal resistance of the i-th layer of the investigated object, ar k are contact thermal resistances between adjacent layers; n is the number of layers.
Именно наличие второго слагаемого главным образом и препятствует расчетному определению теплового сопротивления по известным значениям теплопроводности каждого слоя с использованием очевидного равенстваIt is the presence of the second term that mainly prevents the calculation of thermal resistance from the known values of the thermal conductivity of each layer using the obvious equality
где li - толщина i-того слоя [м]; λi - теплопроводность материала i-того слоя [Вт/мК].where l i is the thickness of the i-th layer [m]; λ i - thermal conductivity of the material of the i-th layer [W / mK].
Поскольку определение контактных тепловых сопротивлений между слоями составляет серьезную проблему, использование соотношения (4) для оценок удельных тепловых сопротивлений недопустимо. На практике величина эффективного удельного теплового сопротивления r должна определяться экспериментально, в частности, по экспериментально определенной эффективной температуропроводности.Since the determination of contact thermal resistances between the layers is a serious problem, the use of relation (4) for estimating specific thermal resistances is unacceptable. In practice, the value of the effective specific thermal resistance r should be determined experimentally, in particular, from the experimentally determined effective thermal diffusivity.
Казалось бы, для однослойного исследуемого объекта нетрудно определить удельное тепловое сопротивление расчетно с использованием формулы (2). Однако назначение экспериментальных методов измерения величины r как раз в том и состоит, чтобы исследовать фактическое тепловое сопротивление, зависящее от соблюдения технологии изготовления, не говоря уже о наличии арматуры, включений, о возможной пористости материала и других факторах.It would seem that for a single-layer object under study it is not difficult to determine the specific thermal resistance calculated using formula (2). However, the purpose of the experimental methods for measuring r is precisely to investigate the actual thermal resistance, which depends on the observance of the manufacturing technology, not to mention the presence of reinforcement, inclusions, the possible porosity of the material, and other factors.
Учитывая сказанное, актуальной становится задача разработки экспериментальных методов измерения удельных тепловых сопротивлений, которые сочетали бы максимальную скорость проведения измерений с высокой точностью и полной достоверностью.Given the foregoing, it becomes urgent to develop experimental methods for measuring specific thermal resistances that would combine the maximum speed of measurements with high accuracy and complete reliability.
Сформулируем задачу разработки способа и устройства, работающих в нестационарном режиме и свободных от недостатков импульсных методов. Задача включает разработку физической и математической модели, способа и устройства, обеспечивающих высокие информативность, простоту и точность определения эффективной температуропроводности исследуемого объекта.We formulate the problem of developing a method and device operating in an unsteady mode and free from the disadvantages of pulse methods. The task includes the development of a physical and mathematical model, method and device, providing high information content, simplicity and accuracy of determining the effective thermal diffusivity of the studied object.
Идея заключается в фиксации момента окончания первой стадии теплового режима исследуемого объекта, когда в результате подвода тепловой мощности к внутренней поверхности в заданной точке на внешней или боковой поверхности возникают первые признаки перегрева, то есть температура начинает отличаться от начальной. Определение критерия окончания первой стадии, то есть оценка величины перегрева, достаточной для регистрации и последующей обработки, будет проведена апостериорно.The idea is to fix the moment of completion of the first stage of the thermal regime of the object under study, when, as a result of the supply of heat power to the internal surface at a given point on the external or side surface, the first signs of overheating appear, that is, the temperature begins to differ from the initial one. Determination of the criterion for the end of the first stage, that is, an estimate of the amount of overheating sufficient for registration and subsequent processing, will be performed a posteriori.
Рассмотрением случай однослойного однородного исследуемого объекта постоянной толщины.Consideration of the case of a single-layer homogeneous object under study of constant thickness.
Целью проведения исследований является решение следующих задач:The purpose of the research is to solve the following problems:
1) разработка метода проведения исследований и алгоритма обработки результатов измерений;1) development of a research method and an algorithm for processing measurement results;
2) определение времени, необходимого для проведения измерений в зависимости от теплофизических свойств материала исследуемого объекта;2) determination of the time required for measurements, depending on the thermophysical properties of the material of the studied object;
3) разработка способа и устройства и определение требований к ним.3) development of a method and device and determination of requirements for them.
Физическая модель рассматриваемого объекта - однослойного исследуемого объекта - может быть представлена в виде однородной неограниченной пластины шириной L. В начальный момент времени внутренняя поверхность пластины вводится в соприкосновение с источником тепловой мощности с температурой tcl.The physical model of the object under consideration - a single-layer object under investigation - can be represented as a uniform unlimited plate with a width L. At the initial moment of time, the inner surface of the plate is brought into contact with a heat source with a temperature t cl .
Введем следующие ограничения:We introduce the following restrictions:
1. Соприкосновение источника тепловой мощности с нагреваемым участком поверхности исследуемого объекта осуществляется столь быстро, что данный процесс соприкосновения можно считать мгновенным.1. The contact of the heat source with the heated surface area of the investigated object is carried out so quickly that this contact process can be considered instantaneous.
2. Температура источника тепловой мощности с начала и до конца процесса остается неизменной.2. The temperature of the heat source from the beginning to the end of the process remains unchanged.
3. Тепловая мощность источника постоянна в течение всего процесса.3. The thermal power of the source is constant throughout the process.
4. Протяженность источника тепловой мощности вдоль поверхности исследуемого объекта много больше, чем толщина исследуемого объекта.4. The length of the source of thermal power along the surface of the investigated object is much greater than the thickness of the studied object.
Указанным ограничениям в наилучшей степени удовлетворяет компактный проточный теплообменник, тепловая инерционность которого значительно меньше тепловой инерционности исследуемого объекта.These limitations are best satisfied by a compact flow-through heat exchanger, whose thermal inertia is much less than the thermal inertia of the object under study.
Введем также следующие допущения:We also introduce the following assumptions:
1. Тепловой поток через исследуемый объект одномерный и однородный по сечению.1. The heat flux through the object under study is one-dimensional and uniform in cross section.
2. Теплофизические параметры материала исследуемого объекта постоянны.2. The thermophysical parameters of the material of the studied object are constant.
3. Коэффициент теплоотдачи от источника к прилегающей поверхности исследуемого объекта остается неизменным в любой момент времени.3. The heat transfer coefficient from the source to the adjacent surface of the investigated object remains unchanged at any time.
4. Вплоть до завершения первой стадии нестационарного теплового режима внешнюю (противоположную соприкасающейся с источником тепла) поверхность исследуемого объекта можно считать теплоизолированной.4. Until the completion of the first stage of the unsteady thermal regime, the external (opposite to the one in contact with the heat source) surface of the object under investigation can be considered insulated.
С учетом принятых допущений и ограничений физическая модель объекта оказывается аналогичной принятой в книге [9] для пластины, нагреваемой или охлаждаемой по обеим поверхностям средами с одинаковой температурой и коэффициентами теплоотдачи.Taking into account the accepted assumptions and limitations, the physical model of the object turns out to be similar to that adopted in the book [9] for a plate heated or cooled on both surfaces by media with the same temperature and heat transfer coefficients.
Математическая модель описываемого объекта в рамках описанной физической модели может быть представлена краевой задачей, включающей уравнение теплопроводностиThe mathematical model of the described object within the framework of the described physical model can be represented by a boundary-value problem, including the heat equation
с граничными условиямиwith boundary conditions
и начальным условиемand initial condition
где t - температура пластины; θ - время [с].where t is the temperature of the plate; θ is the time [s].
Введем безразмерные переменныеWe introduce dimensionless variables
где Fo - критериальное число Фурье; у - безразмерная координата пластины; Bi - критерий Био; θ - безразмерная температура пластины.where Fo is the criterial Fourier number; y is the dimensionless coordinate of the plate; Bi - Biot criterion; θ is the dimensionless temperature of the plate.
Преобразуем (5)-(8) к видуWe transform (5) - (8) to the form
Решим задачу методом разделения переменных. Представим температуру как произведение двух функций, первая из которых зависит только от переменной у, а вторая - только от переменной Fo.We solve the problem by the method of separation of variables. We represent temperature as the product of two functions, the first of which depends only on the variable y, and the second only on the variable Fo.
После подстановки (14) в (10)-(13) задача распадется на две.After substituting (14) into (10) - (13), the problem splits into two.
где k - введенный нами параметр.where k is the parameter we introduced.
Решение уравнения (15) будет равноThe solution of equation (15) will be equal to
Подставим (19) в (16) и (17), тогдаWe substitute (19) into (16) and (17), then
kA=0=>А=0, Y(y)=Bcosky при у=0,kA = 0 => A = 0, Y (y) = Bcosky for y = 0,
-kBsink=-BiBcosk при y=1.-kBsink = -BiBcosk for y = 1.
Отсюда получимFrom here we get
Это трансцендентное уравнение имеет бесчисленное множество корней и может быть решено графически или численно.This transcendental equation has innumerable roots and can be solved graphically or numerically.
С учетом решения уравнения (18) запишем общее решение как сумму всех частных решенийTaking into account the solution of equation (18), we write the general solution as the sum of all particular solutions
Постоянные Сn могут быть определены из начального условия (13) в виде [9]The constants C n can be determined from the initial condition (13) in the form [9]
гдеWhere
Тогда, с учетом (22)-(24), перепишем (21)Then, taking into account (22) - (24), we rewrite (21)
Выражение (25) с учетом (9) позволяет вычислить распределение температуры в пластине в любой момент времени при данных теплофизических свойствах пластины и среды.Expression (25) with allowance for (9) allows us to calculate the temperature distribution in the plate at any moment of time for the given thermophysical properties of the plate and the medium.
Процесс прогрева плоского слоя изображен на фиг.1, где по оси абсцисс отложено расстояние от внутренней поверхности исследуемого объекта до определенной точки внутри исследуемого объекта, а по оси ординат - температура в этой точке. На фиг.1 каждому моменту времени ti соответствует своя координата Xi, больше которой слой материала остается изотермическим и сохраняющим начальную температуру, в то время как в пределах изменения координаты 0≤X<Xi температурное поле уже выше начального. В пределах этого слоя 0≤X<Xi температура убывает от значения Ti до Т0. На фиг.1 представлено пять линий, характеризующих температурные распределения в слое толщиной L для моментов времени t1 t2, t3, t4 и t5. Соответствующие этим моментам времени значения глубины прогрева составляют соответственно Х1, Х2, Х3, Х4 и L. Поскольку L соответствует полной толщине исследуемого слоя, то момент времени t5 соответствует длительности полного нагрева исследуемого слоя.The process of heating a flat layer is depicted in figure 1, where the abscissa represents the distance from the inner surface of the test object to a certain point inside the test object, and the temperature at this point along the ordinate. In Fig. 1, each moment in time t i corresponds to its own coordinate X i , more than which the material layer remains isothermal and preserves the initial temperature, while the temperature field is already higher than the initial one within the coordinate 0 X X <X i . Within this
Таким образом, на основе рассмотренной модели можно вычислить время прогрева с любой заданной точностью. Будем считать, что время прогрева наступило, если температура на изолированной поверхности равна t=t0+Δt3, где 0.01°С≤Δt3≤2°С. Это будет соответствовать значению числа Фурье Fo1. Выбор диапазона предварителен и соответствует априорному представлению о чувствительности применяемой методики измерений температур.Thus, based on the considered model, it is possible to calculate the warm-up time with any given accuracy. We assume that the heating time has come if the temperature on the insulated surface is t = t 0 + Δt 3 , where 0.01 ° С≤Δt 3 ≤2 ° С. This will correspond to the value of the Fourier number Fo 1 . The choice of the range is preliminary and corresponds to an a priori idea of the sensitivity of the applied temperature measurement technique.
Измерив продолжительность начальной стадии нагрева τ1 экспериментально, можно определить температуропроводность по формуле, вытекающей из первого выражения в (9):By measuring the duration of the initial stage of heating τ 1 experimentally, one can determine the thermal diffusivity by the formula following from the first expression in (9):
Для решения сформулированных ранее задач необходимо провести расчетные исследования характерных зависимостей.To solve the problems formulated earlier, it is necessary to carry out computational studies of characteristic dependencies.
Наиболее важные параметры, определяющие течение процесса, характеризуемое критерием Bi1 качество контакта нагреваемого участка исследуемого объекта с источником тепловой мощности и температура источника тепловой мощности.The most important parameters that determine the course of the process, characterized by the Bi 1 criterion are the contact quality of the heated portion of the test object with the heat power source and the temperature of the heat power source.
На фиг.2 представлена зависимость критериального числа Фурье Fo1 от критерия Bi1, характеризующего интенсивность теплообмена рабочей поверхности источника тепловой мощности с внутренней поверхностью исследуемого объекта (эта поверхность принята поверхностью U1, а внешняя поверхность исследуемого объекта будет обозначаться цифрой U2). Величина Fo1 определялась из зависимости перегрева поверхности U2 от числа Фурье, а затем строилась обратная зависимость. В качестве критерия завершения первой стадии нагрева в данном случае выбрано значение перегрева поверхности U2 относительно начального значения на 0,1 К. Расчеты проводились при трех значениях рабочих температур tc1 источника тепловой мощности: 40°С (линия L1), 60°C (линия L2), 80°С (линия L3). Как видно из фиг.2, в широком диапазоне изменения величины критерия Био - от 0,01 до 1000 величина Fo1 изменяется всего на порядок. Хотя это изменение весьма мало по сравнению с вариацией значений Bi1, это обстоятельство все же создает заметную для практики неопределенность в оценке длительности процесса.Figure 2 shows the dependence of the criterion Fourier number Fo 1 on criterion Bi 1 , which characterizes the heat transfer rate of the working surface of the heat source with the inner surface of the object under study (this surface is accepted by the surface U 1 , and the outer surface of the object under study will be denoted by the number U 2 ). The value of Fo 1 was determined from the dependence of the surface overheating of U 2 on the Fourier number, and then an inverse relationship was constructed. In this case, the surface overheating value U 2 relative to the initial value by 0.1 K was selected as a criterion for completing the first heating stage. The calculations were performed at three operating temperatures t c1 of the heat source: 40 ° С (line L 1 ), 60 ° C (line L 2 ), 80 ° С (line L 3 ). As can be seen from figure 2, in a wide range of changes in the value of the Bio criterion - from 0.01 to 1000, the value of Fo 1 changes only an order of magnitude. Although this change is very small in comparison with the variation of Bi 1 values, this circumstance nevertheless creates a practical uncertainty in estimating the duration of the process.
На фиг.3 представлены фрагменты той же зависимости в несколько более ограниченном диапазоне, а именно при Bi1>10. Как видно из фиг.3, в диапазоне изменения критерия Био от 10 до 100 величина Fo1 изменяется при любой температуре источника тепловой мощности не более чем на 10%, а при Bi1>100 наступает насыщение зависимостей на постоянных уровнях. Из данных фиг.3 следует сделать вывод о необходимости обеспечения хорошего теплового контакта. В частности, в рассматриваемом случае для реализации условия Bi1>100 достаточно обеспечить величину контактного коэффициента теплообмена не менее 50 Вт/м2К. Такая интенсивность контактного теплообмена без труда обеспечивается на практике при использовании в месте контакта поверхности теплообменника с исследуемым объектом теплопроводной пасты типа герметика.Figure 3 presents fragments of the same dependence in a slightly more limited range, namely, when Bi 1 > 10. As can be seen from figure 3, in the range of variation of the Biot criterion from 10 to 100, the value of Fo 1 changes at any temperature of the heat source by no more than 10%, and when Bi 1 > 100, the dependencies become saturated at constant levels. From the data of figure 3 it should be concluded about the need to ensure good thermal contact. In particular, in the case under consideration, in order to fulfill the condition Bi 1 > 100, it is sufficient to ensure that the contact heat transfer coefficient is not less than 50 W / m 2 K. Such contact heat transfer intensity is easily ensured in practice when using a heat-conducting paste of the type at the contact point of the surface of the heat exchanger with the test object sealant.
На фиг.4 построены зависимости величины Fo1, характеризующей длительность первой стадии нагрева плоского исследуемого объекта вплоть до прогрева ее противоположной теплоизолированной поверхности на 0,1 К, от рабочей температуры источника тепловой мощности при значении критерия Bi1, равных: 10 (линия L4), 100 (линия L5) и 1000 (линия L6). Из данных фиг.4 видно, что при температуре нагревателя свыше 60°С обеспечивается достаточная устойчивость рассматриваемой зависимости при незначительных колебаниях (в пределах 1...2°С) температуры источника тепловой мощности.In Fig. 4, the dependences of the value of Fo 1 , which characterizes the duration of the first stage of heating a flat object under investigation up to heating its opposite thermally insulated surface by 0.1 K, on the operating temperature of the heat power source with the criterion Bi 1 equal to 10 (line L 4 ), 100 (line L 5 ) and 1000 (line L 6 ). From the data of Fig. 4 it can be seen that at a heater temperature above 60 ° C, sufficient stability of the considered dependence is ensured with slight fluctuations (within 1 ... 2 ° C) of the temperature of the heat source.
На основании данных фиг.3 и фиг.4 можно сделать вывод об удобстве практической реализации источника тепловой мощности с требуемым уровнем температуры и качеством теплового контакта.Based on the data of FIG. 3 and FIG. 4, it can be concluded that the practical implementation of a thermal power source with a desired temperature level and thermal contact quality is practical.
Рассмотренные выше зависимости получены для одного частного случая критерия завершения первой стадии нагрева. Для практики важно оценить зависимость величины Fo1 от выбранного в качестве критерия завершения первой стадии значения перегрева противоположной поверхности исследуемого объекта. Такие зависимости представлены на фиг.5 и 6. На фиг.5 приведена зависимость критериального числа Fo1, выбранного в качестве критерия длительности первой стадии нагрева плоского исследуемого объекта, от перегрева внешней поверхности исследуемого объекта при значении критерия Bi1=10 и при температуре источника, равной: 40°С (линия L7), 60°C (линия L8) и 80°С (линия L9). На фиг.6 приведена зависимость критериального числа Fo1 от перегрева внешней теплоизолированной поверхности плоского исследуемого объекта при больших значениях критерия Био (Bi1>100) и при температуре источника тепловой мощности, равной: 40°С (линия L10), 60°С (линия L11) и 80°С (линия L12). Данные этих графиков показывают, что при величине критерия Bi1>100 величина Fo1 не зависит от дальнейшего роста критерия Био, как показали расчеты, даже в том случае, если в качестве критерия завершения первой стадии нагрева выбрать более значительные перегревы противоположной поверхности исследуемого объекта.The dependences considered above were obtained for one particular case of the criterion for completing the first stage of heating. For practice, it is important to evaluate the dependence of the value of Fo 1 on the value of overheating of the opposite surface of the studied object selected as a criterion for completing the first stage. Such dependences are presented in FIGS. 5 and 6. FIG. 5 shows the dependence of the criterion number Fo 1 , selected as a criterion for the duration of the first stage of heating a flat test object, on overheating of the external surface of the test object at criterion Bi 1 = 10 and at source temperature equal: 40 ° C (line L 7 ), 60 ° C (line L 8 ) and 80 ° C (line L 9 ). Figure 6 shows the dependence of the criterion number Fo 1 on overheating of the external thermally insulated surface of the flat object under investigation at large values of the Biot criterion (Bi 1 > 100) and at a temperature of the heat source equal to: 40 ° С (line L 10 ), 60 ° С (line L 11 ) and 80 ° C (line L 12 ). The data of these graphs show that for the criterion Bi 1 > 100, the value of Fo 1 does not depend on the further growth of the Biot criterion, as the calculations showed, even if more significant overheating of the opposite surface of the test object is chosen as the criterion for completing the first stage of heating.
Из фиг.6 видно, что при величине Δt2=1К и при температуре нагревателя 40°С Fo1=0,11, что в точности соответствует данным работы [10], в которой представлены результаты разработки и исследования приближенного аналитического метода расчета нестационарного теплового режима, основанного на представлениях о двух стадиях нагрева. Однако это совпадение частное, и хотя при больших значениях Био дальнейшего изменения величины Fo1 действительно не происходит (как и показано в [10]), однако существует зависимость от температуры источника и, как и следовало ожидать, от величины Δt2. Отсюда можно сделать вывод, что в эксперименте полезно регистрировать не только сам факт перегрева противоположной поверхности исследуемого объекта, но и снимать зависимость величины этого перегрева от времени с последующим построением обратной зависимости. Такие зависимости, полученные на основе расчета из зависимостей фиг.6, приведены на фиг.7, на которой приведена зависимость длительности первой стадии нагрева τ1 в часах от перегрева внешней теплоизолированной поверхности плоского исследуемого объекта при Bi1>100 и при температуре источника тепловой мощности, равной: 40°С (линия L13), 60°С (линия L14) и 80°С (линия L15).From Fig.6 it can be seen that at Δt 2 = 1K and at a heater temperature of 40 ° C Fo 1 = 0.11, which exactly corresponds to the data of [10], which presents the results of development and research of an approximate analytical method for calculating unsteady heat regime based on the ideas of two stages of heating. However, this coincidence is particular, and although for large Bio values there is really no further change in the value of Fo 1 (as shown in [10]), however, there is a dependence on the source temperature and, as expected, on Δt 2 . From this we can conclude that in the experiment it is useful to record not only the fact of overheating of the opposite surface of the studied object, but also to take the time dependence of the value of this overheat, with the subsequent construction of the inverse relationship. Such dependences, obtained on the basis of a calculation from the dependences of Fig. 6, are shown in Fig. 7, which shows the dependence of the duration of the first stage of heating τ 1 in hours on overheating of the external thermally insulated surface of the flat object under investigation at Bi 1 > 100 and at the temperature of the heat source equal to: 40 ° C (line L 13 ), 60 ° C (line L 14 ) and 80 ° C (line L 15 ).
Как видно из фиг.7, при перегревах Δt2=0,1...0,4 К время измерений при 40°С<tc1<80°C составит от 9 до 15 часов. При этом точность определения температуропроводности материала исследуемого объекта можно существенно увеличить, снимая зависимость τ1(Δt2). Из фиг.7 следует, что в диапазоне изменения перегрева от 0,1 до 1 К при температуре источника тепловой мощности, равной 80°С, такие измерения займут примерно 14 часов.As can be seen from Fig.7, with overheating Δt 2 = 0.1 ... 0.4 K, the measurement time at 40 ° C <t c1 <80 ° C will be from 9 to 15 hours. Moreover, the accuracy of determining the thermal diffusivity of the material of the studied object can be significantly increased by removing the dependence of τ 1 (Δt 2 ). From Fig.7 it follows that in the range of changes in overheating from 0.1 to 1 K at a temperature of the heat source equal to 80 ° C, such measurements will take about 14 hours.
Тепературопроводность определяют следующим образом: снимается экспериментальная зависимость вида, представленной на фиг.7. Затем используется теоретическая зависимость, аналогичная той, что представлена на фиг.6. Далее по формуле (26) вычисляются значения температуропроводности для разных моментов времени. При этом либо устанавливается постоянство температуропроводности, либо берется ее среднее значение.Thermal diffusivity is determined as follows: the experimental dependence of the form shown in Fig. 7 is removed. Then a theoretical relationship is used, similar to that shown in Fig.6. Then, using the formula (26), the thermal diffusivity values for different time instants are calculated. In this case, either the constancy of thermal diffusivity is established, or its average value is taken.
Проведенные исследования относятся к модели исследуемого объекта с теплоизолированной внешней поверхностью. Однако по мере роста перегрева этой поверхности возрастает интенсивность естественного лучисто-конвективного теплообмена. С целью учета этого фактора был проведен расчет зависимости критерия Bi2 на внешней поверхности исследуемого объекта от ее перегрева, результаты которого представлены на фиг.8. Из данных фиг.8 следует, что даже при малых перегревах внешней поверхности исследуемого объекта пренебрегать теплообменом, строго говоря, нежелательно, хотя и допустимо. Поэтому в ряде случаев целесообразно решать задачу в более общей и строгой постановке. Результаты оценок показывают что в пределах перегревов Δt2=1...2К результат может быть уточнен до 5%.The conducted studies relate to the model of the studied object with a thermally insulated external surface. However, as the overheating of this surface increases, the intensity of natural radiant-convective heat transfer increases. In order to take this factor into account, we calculated the dependence of the Bi 2 criterion on the external surface of the object under study on its overheating, the results of which are presented in Fig. 8. From the data of Fig. 8 it follows that even with small overheating of the outer surface of the test object, neglecting heat transfer is, strictly speaking, undesirable, although permissible. Therefore, in some cases it is advisable to solve the problem in a more general and rigorous setting. The evaluation results show that within the limits of overheating Δt 2 = 1 ... 2K, the result can be refined to 5%.
Решение поставленной задачи в соответствии с п.3 формулы изобретения обеспечивается тем, что в известное устройство, содержащее нагреватель, термочувствительный элемент, тепловую изоляцию, внесены следующие усовершенствования: устройство дополнительно содержит второй термочувствительный элемент, выполненный с возможностью фиксации момента начала подъема температуры в заданной точке, при этом нагреватель содержит выполненный протяженным в двух взаимно перпендикулярных направлениях теплообменник, снабженный входным трубопроводом для входа теплоносителя в теплообменник и выходным трубопроводом для выхода теплоносителя из теплообменника, внешняя поверхность теплообменника снабжена тепловой изоляцией кроме участка, примыкающего к внутренней поверхности исследуемого объекта, в качестве термочувствительного элемента использован контактный измеритель температуры, размещенный между внутренней поверхностью исследуемого объекта и внешней поверхностью теплообменника, а в качестве второго термочувствительного элемента использован тепловизор.The solution of the problem in accordance with
В частном случае в соответствии с п.4 формулы изобретения оптическая ось тепловизора направлена на внешнюю поверхность исследуемого объекта.In the particular case, in accordance with
В частном случае в соответствии с п.5 формулы изобретения оптическая ось тепловизора направлена на боковую поверхность исследуемого объекта.In the particular case, in accordance with
Решение поставленной задачи в соответствии с п.6 формулы изобретения обеспечивается тем, что в известное устройство, содержащее нагреватель, термочувствительный элемент, тепловую изоляцию, внесены следующие усовершенствования: устройство дополнительно содержит второй термочувствительный элемент, выполненный с возможностью фиксации момента начала подъема температуры в заданной точке, при этом нагреватель содержит выполненный протяженным в двух взаимно перпендикулярных направлениях теплообменник, снабженный входным трубопроводом для входа теплоносителя в теплообменник и выходным трубопроводом для выхода теплоносителя из теплообменника, внешняя поверхность теплообменника снабжена тепловой изоляцией кроме участка, примыкающего к внутренней поверхности исследуемого объекта, в качестве термочувствительного элемента использован контактный измеритель температуры, размещенный между внутренней поверхностью исследуемого объекта и внешней поверхностью теплообменника, в качестве второго термочувствительного элемента использован второй контактный измеритель температуры.The solution of the problem in accordance with
В частном случае в соответствии с п.7 формулы изобретения второй контактный измеритель температуры расположен на внешней поверхности исследуемого объекта.In the particular case in accordance with
В частном случае в соответствии с п.8 формулы изобретения второй контактный измеритель температуры расположен на боковой поверхности исследуемого объекта.In the particular case, in accordance with
Описанные в п.3 и п.6 формулы изобретения модели варианты конструктивного выполнения устройства для измерения теплофизических характеристик обеспечивают формирование одномерного теплового потока (тепловой поток распространяется прямолинейно от внутренней поверхности исследуемого объекта к внешней поверхности исследуемого объекта), который описывается значительно более простой математической моделью, чем в прототипе, в результате чего повышаются точность и достоверность, что приводит к повышению потребительских свойств.The variants of the structural embodiment of the device for measuring thermophysical characteristics described in
Описанные в п.4 и п.7 формулы изобретения варианты конструктивного выполнения устройства для измерения теплофизических характеристик обеспечивают фиксацию времени начала подъема температуры в заданной точке, расположенной на внешней поверхности исследуемого объекта.The variants of the structural embodiment of the device for measuring thermophysical characteristics described in
Описанные в п.5 и п.8 формулы изобретения варианты конструктивного выполнения устройства для измерения теплофизических характеристик обеспечивают фиксацию времени начала подъема температуры в заданной точке, расположенной на боковой поверхности исследуемого объекта.The variants of the structural embodiment of the device for measuring thermophysical characteristics described in
Заявленные способ и устройство по сравнению со способом-прототипом и устройством-прототипом обладают более высокими потребительскими свойствами за счет расширения области применения и повышения точности и достоверности измерений. В отличие от прототипа-способа и прототипа-устройства, в описываемом техническом решении используется протяженный в двух взаимно перпендикулярных направлениях теплообменник, поэтому измерения дают эффективные (усредненные) значения теплофизических характеристик, а в большинстве случаев на практике нужны не точечные, а именно эффективные значения тепловых характеристик, например, при исследовании стен зданий. За счет того, что в заявленных технических решениях осуществляют нагревание внутренней поверхности, а температуру измеряют на внешней или боковой поверхности, описываемые способ и устройство применимы для исследования многослойных объектов. Следовательно, описываемые способ и устройство можно использовать для измерения теплофизических характеристик анизотропных объектов. В заявленных способе и устройстве обеспечивается формирование одномерного теплового потока (тепловой поток распространяется прямолинейно от внутренней поверхности исследуемого объекта к внешней поверхности исследуемого объекта), который описывается значительно более простой математической моделью, чем в прототипе. Таким образом, по сравнению с известными техническими решениями, заявленные способ и устройство обладают более широкой областью применения. В описываемых способе и устройстве используется более простая и более достоверная модель. В известном способе нужно проводить предварительные измерения для определения поправочного коэффициента, а в описываемых технических решениях этого делать не нужно. В уравнении теплового баланса, описывающего работу заявленных способа и устройства, не надо учитывать потери тепловой энергии в окружающую среду за счет конвективного и лучистого теплообмена вследствие того, что применяется протяженный в двух взаимно перпендикулярных направлениях теплообменник, снабженный тепловой изоляцией. В уравнении теплового баланса описываемого способа отсутствуют необходимые в уравнении теплового баланса способа-прототипа члены, описывающие частичное поглощение тепловой мощности окружающей средой при передаче тепловой энергии от источника энергии к поверхности исследуемого объекта и при частичном отражении от поверхности исследуемого объекта. В модели, описывающей работу заявленного способа, отсутствует необходимость разложения каких-либо функций в ряд Тейлора. Таким образом, описываемые технические решения обладают более высокими точностью и достоверностью. Расширение области применения и повышение точности и достоверности измерений приводит к повышению потребительских свойств заявленных технических решений по сравнению с прототипами.The claimed method and device in comparison with the prototype method and the prototype device have higher consumer properties by expanding the scope and increasing the accuracy and reliability of measurements. In contrast to the prototype method and prototype device, the described technical solution uses a heat exchanger extended in two mutually perpendicular directions, therefore, measurements give effective (average) values of thermophysical characteristics, and in most cases, in practice, not point, but effective values of thermal characteristics, for example, when examining the walls of buildings. Due to the fact that the claimed technical solutions carry out heating of the inner surface, and the temperature is measured on the outer or side surface, the described method and device are applicable for the study of multilayer objects. Therefore, the described method and device can be used to measure the thermophysical characteristics of anisotropic objects. The claimed method and device provides the formation of a one-dimensional heat flux (the heat flux propagates linearly from the inner surface of the test object to the outer surface of the test object), which is described by a much simpler mathematical model than in the prototype. Thus, compared with the known technical solutions, the claimed method and device have a wider scope. In the described method and device uses a simpler and more reliable model. In the known method, it is necessary to carry out preliminary measurements to determine the correction factor, and in the described technical solutions this is not necessary. In the heat balance equation describing the operation of the claimed method and device, it is not necessary to take into account the loss of thermal energy to the environment due to convective and radiant heat transfer due to the use of a heat exchanger extended in two mutually perpendicular directions, equipped with thermal insulation. In the heat balance equation of the described method there are no terms necessary for the heat balance equation of the prototype method that describe the partial absorption of thermal power by the environment during the transfer of thermal energy from the energy source to the surface of the object under study and with partial reflection from the surface of the object under study. In the model describing the operation of the claimed method, there is no need to expand any functions in a Taylor series. Thus, the described technical solutions have higher accuracy and reliability. The expansion of the scope and increase the accuracy and reliability of measurements leads to an increase in consumer properties of the claimed technical solutions in comparison with prototypes.
Сущность изобретения поясняется описанием конкретных вариантов выполнения заявленного устройства и чертежами, на которых:The invention is illustrated by a description of specific embodiments of the claimed device and drawings, in which:
- на фиг.1-8 приведены графики, поясняющие сущность изобретения;- figure 1-8 are graphs explaining the invention;
- на фиг.9 приведена схема устройства, соответствующая п.3 и п.4 формулы изобретения;- figure 9 shows a diagram of a device corresponding to claim 3 and
- на фиг.10 приведен вид в аксонометрической проекции устройства, соответствующего п.3 и п.4 формулы изобретения;- figure 10 shows a perspective view of a device corresponding to claim 3 and
- на фиг.11 приведена схема устройства, соответствующая п.3 и п.5 формулы изобретения;- figure 11 shows a diagram of a device corresponding to claim 3 and
- на фиг.12 приведен вид в аксонометрической проекции устройства, соответствующего п.3 и п.5 формулы изобретения.- Fig.12 shows a perspective view of a device corresponding to claim 3 and
В соответствии с п.3 формулы изобретения устройство для измерения теплофизических характеристик содержит (фиг.9-12) нагреватель, термочувствительный элемент, тепловую изоляцию 1, второй термочувствительный элемент, выполненный с возможностью фиксации момента начала подъема температуры в заданной точке, нагреватель содержит выполненный протяженным в двух взаимно перпендикулярных направлениях теплообменник 2, снабженный входным трубопроводом 3 для входа теплоносителя в теплообменник и выходным трубопроводом 4 для выхода теплоносителя из теплообменника, внешняя поверхность теплообменника 2 снабжена тепловой изоляцией 1 кроме участка, примыкающего к внутренней поверхности 5 исследуемого объекта 6, в качестве термочувствительного элемента использован контактный измеритель 7 температуры, размещенный между внутренней поверхностью 5 исследуемого объекта 6 и внешней поверхностью теплообменника 2, а в качестве второго термочувствительного элемента использован тепловизор 8. На фиг.9-12 также приняты следующие обозначения: 9 - оптическая ось тепловизора, 10 - внешняя поверхность исследуемого объекта 6, 11 - боковая поверхность исследуемого объекта 6, стрелки 12 и 13 показывают направление движения теплоносителя.In accordance with
В частном случае (п.4 формулы изобретения) оптическая ось 9 тепловизора 8 направлена на внешнюю поверхность 10 исследуемого объекта 6 (фиг.9 и фиг.10).In the particular case (
В частном случае (п.5 формулы изобретения) оптическая ось 9 тепловизора 8 направлена на боковую поверхность 11 исследуемого объекта 6 (фиг.11 и фиг.12).In the particular case (
Описанные в п.п.3-5 формулы изобретения варианты устройства для измерения теплофизических характеристик работают следующим образом. Нагретый теплоноситель по входному трубопроводу 3 попадает в теплообменник 2, отдает тепловую энергию исследуемому объекту 6 через участок внутренней поверхности 5 исследуемого объекта 6, примыкающий к внешней поверхности теплообменника 2. Контактный измеритель температуры 7 фиксирует момент начала подъема температуры в области контакта внешней поверхности теплообменника 2 с внутренней поверхностью 5 исследуемого объекта 6.Described in
Тепловизор 8 фиксирует момент начала подъема температуры в заданной точке. В соответствии с п.4 формулы изобретения заданная точка выбирается на внешней поверхности 10 исследуемого объекта 6. В соответствии с п.5 формулы изобретения заданная точка выбирается на боковой поверхности 11 исследуемого объекта 6. Расчет теплофизических характеристик исследуемого объекта осуществляется по изложенной выше методике.The
Соответствующие п.п.6-8 формулы изобретения варианты выполнения устройства для измерения теплофизических характеристик имеют конструкцию и принцип действия, аналогичные вышеописанным, отличие заключается в том, что вместо тепловизора 8, использован второй контактный измеритель температуры.Corresponding to claims 6-8 of the claims, embodiments of a device for measuring thermophysical characteristics have a design and operating principle similar to those described above, the difference is that instead of a
В соответствии с п.7 формулы изобретения второй контактный измеритель температуры расположен на внешней поверхности 10 исследуемого объекта 6.In accordance with
В соответствии с п.8 формулы изобретения второй контактный измеритель температуры расположен на боковой поверхности 11 исследуемого объекта 6.In accordance with
Источники информацииInformation sources
1. Сухов Р.И., Лебедкин Ю.М., Кузнецов В.Г. и др. Способ бурения скважин и устройство для его осуществления. Патент РФ на изобретение № 2237148, приор. 1999.10.06, публ. 2001.07.20, МПК7 Е21В 6/02, Е21В 7/00, Е21В 10/36.1. Sukhov R.I., Lebedkin Yu.M., Kuznetsov V.G. and others. A method of drilling wells and a device for its implementation. RF patent for invention No. 2237148, prior. 1999.10.06, publ. 2001.07.20, IPC 7 Е21В 6/02,
2. Пилин Б.П., Марков А.А., Молотков С.Л. Способ ультразвуковой дефектоскопии и устройство, его реализующее. Патент РФ на изобретение № 2131123, приор. 1996.01.12, публ. 1999.05.27, МПК6 G01N 29/04.2. Pilin B.P., Markov A.A., Molotkov S.L. The method of ultrasonic inspection and a device that implements it. RF patent for invention No. 2131123, prior. 1996.01.12, publ. 1999.05.27, IPC 6 G01N 29/04.
3. Бобров В.Т., Тарабрин В.Ф., Ордынец С.А., Кулешов Р.В. Ультразвуковой дефектоскоп «Ласточка». Патент РФ на изобретение № 2231783, приор. 2001.08.09., публ. 2003.07.10, МПК7 G01N 29/04.3. Bobrov V.T., Tarabrin V.F., Ordynets S.A., Kuleshov R.V. Ultrasonic flaw detector "Swallow". RF patent for invention No. 2231783, prior. 2001.08.09., Publ. 2003.07.10, IPC 7 G01N 29/04.
4. Сергеев В.А. Способ определения теплового сопротивления переход-корпус полупроводниковых приборов. Патент РФ на изобретение № 2178893, приор. 2001.03.13, публ. 2002.01.27, МПК7 G01R 31/26.4. Sergeev V.A. A method for determining the thermal resistance of the transition-case of semiconductor devices. RF patent for invention No. 2178893, prior. 2001.03.13, publ. 2002.01.27, IPC 7 G01R 31/26.
5. Сергеев В.А. Устройство для измерения теплового сопротивления транзисторов. Заявка на патент РФ на изобретение № 2000127414/09, приор. 2000.10.31, публ. 2002.10.10, МПК7 G01R 31/26.5. Sergeev V.A. Device for measuring the thermal resistance of transistors. Application for a patent of the Russian Federation for invention No. 2000127414/09, prior. 2000.10.31, publ. 2002.10.10, IPC 7 G01R 31/26.
6. Медведев В.В., Троицкий О.Ю. Устройство для определения характеристик материалов. Патент РФ на изобретение № 2212653, приор. 2002.05.28, публ. 2003.09.20, МПК7 G01N 25/18.6. Medvedev VV, Troitsky O.YU. Device for determining the characteristics of materials. RF patent for invention No. 2212653, prior. 2002.05.28, publ. 2003.09.20, IPC 7 G01N 25/18.
7. Чернышов В.Н., Сысоев Э.В., Павлов Р.В. Способ бесконтактного неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов. Патент РФ на изобретение № 2251098, приор. 2003.11.17, публ. 2005.04.27, MПК7 G01N 25/18.7. Chernyshov V.N., Sysoev E.V., Pavlov R.V. Method of non-destructive non-destructive testing of thermophysical properties of materials. RF patent for invention No. 2251098, prior. 2003.11.17, publ. 2005.04.27, MPK7 G01N 25/18.
8. Чудинов Ю.В., Ишук И.Н., Фесенко А.И. Термозонд для неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов. Заявка на патент РФ на изобретение № 2003129494, приор. 02.10.2003, публ. 27.03.2005, МПК7 G01N 25/18.8. Chudinov Yu.V., Ishuk I.N., Fesenko A.I. Thermal probe for non-destructive testing of thermophysical properties of materials. Application for a patent of the Russian Federation for invention No. 2003129494, prior. 10/02/2003, publ. 03/27/2005, IPC 7 G01N 25/18.
9. Лыков А.В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. - 599 с.9. Lykov A.V. Theory of thermal conductivity. M .: Higher school, 1967. - 599 p.
10. Тихонов С.В. Приближенный метод решения нестационарных задач теплопроводности. Труды ЛИТМО. Л.: 1976, вып.86. С.63-83.10. Tikhonov S.V. An approximate method for solving unsteady heat conduction problems. Proceedings of LITMO. L .: 1976, issue 86. S.63-83.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005140528/28A RU2326370C2 (en) | 2005-12-19 | 2005-12-19 | Method of thermal characteristics measurement (variants) and device for its implementation (variants) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005140528/28A RU2326370C2 (en) | 2005-12-19 | 2005-12-19 | Method of thermal characteristics measurement (variants) and device for its implementation (variants) |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2005140528A RU2005140528A (en) | 2007-06-27 |
RU2326370C2 true RU2326370C2 (en) | 2008-06-10 |
Family
ID=38315277
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005140528/28A RU2326370C2 (en) | 2005-12-19 | 2005-12-19 | Method of thermal characteristics measurement (variants) and device for its implementation (variants) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2326370C2 (en) |
-
2005
- 2005-12-19 RU RU2005140528/28A patent/RU2326370C2/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2005140528A (en) | 2007-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Vozár et al. | Flash method of measuring the thermal diffusivity. A review | |
WO2012167403A1 (en) | Method for measuring thickness by pulsed infrared thermal wave technology | |
Hubble et al. | A hybrid method for measuring heat flux | |
Sun | Quantitative three-dimensional imaging of heterogeneous materials by thermal tomography | |
RU2326370C2 (en) | Method of thermal characteristics measurement (variants) and device for its implementation (variants) | |
RU2330270C2 (en) | Device and calculation method of thermal resistivity | |
CN109470772B (en) | Nondestructive measurement method for intensity and position of internal heat source based on ultrasound | |
RU54193U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THERMOPHYSICAL CHARACTERISTICS (OPTIONS) | |
RU2568983C1 (en) | Method to determine coefficient of heat conductivity of liquid heat insulation in laboratory conditions | |
RU2262686C1 (en) | Method of thermal non-destructive inspection | |
Gustafsson | On the development of the hot strip, hot disc, and pulse hot strip methods for measuring thermal transport properties | |
RU2322662C2 (en) | Thermal diffusivity measurement method and device (variants) | |
RU2754715C1 (en) | Method for determining the thermal properties of materials | |
Shojaeefard et al. | Inverse heat transfer problem of thermal contact conductance estimation in periodically contacting surfaces | |
Silva et al. | Thermal properties estimation of polymers using only one active surface | |
RU2421711C2 (en) | Method for nondestructive inspection of system of thermal and physical characteristics of solid construction materials | |
Li et al. | Rapid and nondestructive testing for simultaneous measurement of thermal conductivity and thermal diffusivity of flat materials based on thermography | |
RU57464U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING SPECIFIC HEAT RESISTANCE | |
RU52186U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THERMAL RESISTANCE (OPTIONS) | |
RU2478938C2 (en) | Measurement method of heat transfer specific resistance through object (versions), and device for its implementation | |
Chudzik | Thermal diffusivity measurement of insulating material using infrared thermography | |
Longo | A steady-state apparatus to measure the thermal conductivity of solids | |
RU2527128C2 (en) | Measurement of heat conductivity and heat resistance of construction structure | |
RU2478937C2 (en) | Measurement method of heat transfer specific resistance through investigated object (versions), and device for its implementation | |
Ihara et al. | Ultrasonic thermometry for temperature profiling of heated materials |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121220 |