RU2550699C1 - Digital heat flux sensor - Google Patents
Digital heat flux sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2550699C1 RU2550699C1 RU2014106847/28A RU2014106847A RU2550699C1 RU 2550699 C1 RU2550699 C1 RU 2550699C1 RU 2014106847/28 A RU2014106847/28 A RU 2014106847/28A RU 2014106847 A RU2014106847 A RU 2014106847A RU 2550699 C1 RU2550699 C1 RU 2550699C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- heat
- heat flux
- sample
- digital
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной теплофизике и может быть использовано для измерения теплофизических свойств материалов и изучения и неоднородности структуры материала.The invention relates to measuring thermophysics and can be used to measure the thermophysical properties of materials and study and heterogeneity of the material structure.
Известен датчик теплового потока, состоящий из термобатареи с термочувствительными элементами - спаями, конструкция и рекомендации по изготовлению которого описаны в ГОСТ 26263-84. В большинстве случаев данный тип датчика применяется в приборах для определения коэффициента теплопроводности различных материалов методом плоского слоя. Недостатком в конструкции датчика является то, что размеры датчика должны совпадать с размерами исследуемого образца в плоскости их контакта. В случае если размеры образца меньше соответствующих размеров датчика, то часть спаев датчика находится в контакте не с образцом, а с воздухом. Так как термоэлектрический сигнал датчика теплового потока складывается из всех сигналов, поступающих от каждого спая, то сигнал от спаев, не находящихся в контакте с образцом, несет в себе неучтенную погрешность. Данная погрешность тем больше, чем больше размеры образца отличаются от фиксированных размеров датчика в плоскости их контакта.A known heat flux sensor, consisting of a thermopile with heat-sensitive elements - junctions, the design and recommendations for the manufacture of which are described in GOST 26263-84. In most cases, this type of sensor is used in devices to determine the coefficient of thermal conductivity of various materials by the method of a flat layer. A disadvantage in the design of the sensor is that the dimensions of the sensor must coincide with the dimensions of the test sample in the plane of their contact. If the dimensions of the sample are smaller than the corresponding sizes of the sensor, then part of the junctions of the sensor is in contact not with the sample, but with air. Since the thermoelectric signal of the heat flux sensor is composed of all signals coming from each junction, the signal from junctions that are not in contact with the sample carries an unaccounted error. This error is greater, the larger the sample size differs from the fixed size of the sensor in the plane of their contact.
Известен датчик теплового потока, в котором предлагается способ механического изменения количества спаев, но речь идет об изменении чувствительности датчика, при этом размеры площадки, где варьируется число спаев, не изменяются (SU №1696910 A1).A heat flow sensor is known in which a method for mechanically changing the number of junctions is proposed, but it is a question of changing the sensitivity of the sensor, while the dimensions of the site where the number of junctions varies, do not change (SU No. 1696910 A1).
Технический результат предлагаемого изобретения - повышение точности измерения величины теплового потока с возможностью изучения структуры исследуемых материалов, Это достигается тем, что цифровой датчик теплового потока (ЦЦТП) состоит из двух термобатарей цифровых датчиков температуры 1 и 2 (фиг.1), в каждой термобатарее цифровые датчики температуры 3 располагаются в одной плоскости и соединены параллельно по системе 1 - Wire. Термобатареи расположены параллельно друг другу на фиксированном расстоянии. Пространство между ними заполнено слоем материала с известной теплопроводностью и аналогичного материалу корпуса датчиков. Оба вывода от двух термобатарей подключены к ПК или иному устройству.The technical result of the invention is to improve the accuracy of measuring the magnitude of the heat flux with the possibility of studying the structure of the materials under study. This is achieved by the fact that the digital heat flux sensor (CCTT) consists of two thermal batteries of
Особенность цифрового датчика температуры в том, что каждый цифровой датчик температуры имеет индивидуальный идентификационный номер, это позволяет сначала соединять их параллельно, а потом с помощью ПК вычленить сигнал от каждого датчика температуры отдельно. Например: поместим в прибор, где задействован данный датчик 4, образец материала 5 с меньшими, чем датчик, размерами, в качестве примера примем размеры цифрового датчика теплового потока - 10×10 см, размеры образца - 4×4 см. С помощью нагревателя 6 (фиг.2) сформируем равномерный поток тепла через датчик теплового потока 4. В этом случае распределение температуры вдоль оси, отмеченной штриховой линей 7 на фиг.2, со стороны термобатарей 1 и 2 будет следующим (фиг.3 и фиг.4). Где на фиг.3 показано распределение температуры по данным первой термобатареи на контакте с нагревателем, на фиг.4 - распределение температуры по данным второй термобатареи на контакте с образцом. Данные графики можно представить в виде термограмм поверхностей датчика теплового потока 4 со стороны контакта с нагревателем и образцом (фиг.5 и фиг.6).A feature of the digital temperature sensor is that each digital temperature sensor has an individual identification number, this allows you to first connect them in parallel, and then use the PC to isolate the signal from each temperature sensor separately. For example: we put in a device where this
При условии равномерного теплового потока от нагревателя температура на контакте датчика теплового потока с нагревателем одинакова во всех точках как вдоль штриховой линии 7, так и на всей поверхности датчика (фиг.5 и фиг.6).Under the condition of uniform heat flux from the heater, the temperature at the contact of the heat flux sensor with the heater is the same at all points both along the
Из фиг.4 видно, что наблюдается снижение температуры в месте контакта «датчик теплового потока - образец», обусловленное отводом тепла от датчика теплового потока за счет теплопроводящих свойств образца. Датчики температуры, входящие в состав второй термобатареи и не находящиеся в контакте с образцом, контактируют с воздухом. По той причине, что теплопроводность воздуха мала, поступающее тепло не отводится и температура на границе «датчик теплового потока - воздух» выше, чем температура на границе «датчик теплового потока - образец». Поэтому, зная указанное распределение температуры на поверхности как первой, так и второй термобатареи (фиг.4 и фиг.6), все цифровые датчики температуры, выходящие из области контакта с образцом, исключаются из дальнейших расчетов. Следовательно, исключается погрешность, вносимая цифровыми датчиками температуры, находящимися в контакте с воздухом.From figure 4 it is seen that there is a decrease in temperature at the contact point "heat flow sensor - sample" due to heat removal from the heat flow sensor due to the heat-conducting properties of the sample. Temperature sensors included in the second thermopile and not in contact with the sample are in contact with air. For the reason that the thermal conductivity of the air is small, the incoming heat is not removed and the temperature at the border “heat flow sensor - air” is higher than the temperature at the border “heat flow sensor - sample”. Therefore, knowing the indicated temperature distribution on the surface of both the first and second thermal batteries (Fig. 4 and Fig. 6), all digital temperature sensors emerging from the area of contact with the sample are excluded from further calculations. Therefore, the error introduced by digital temperature sensors in contact with air is eliminated.
Это дает возможность использовать указанный датчик теплового потока для широкого круга образцов с различными геометрическими размерами (в плоскости контакта образцов с датчиком теплового потока).This makes it possible to use the specified heat flux sensor for a wide range of samples with different geometric dimensions (in the plane of contact of the samples with the heat flux sensor).
Расчет искомой величины плотности теплового потока q[Вт/м2] следующий: при рассчитанной средней температуре на границе «нагреватель-ЦДТП» и «образец-ЦДТП» рассчитывается:
Данный датчик в составе прибора по определению теплопроводности может быть использован для обнаружения и изучения и неоднородности структуры материала, вызываемого дефектами, включениями, неравномерной плотностью материала и т.д., методом тепловой волны при условии, что размеры неоднородностей сопоставимы с размерами единичного цифрового датчика температуры и толщиной образца вдоль оси Z (фиг.1), а также условии, что теплофизические характеристики неоднородностей и основного материала слагающего образец различны.This sensor as part of a device for determining thermal conductivity can be used to detect and study the inhomogeneity of the material structure caused by defects, inclusions, uneven density of the material, etc., by the heat wave method, provided that the dimensions of the inhomogeneities are comparable to the dimensions of a single digital temperature sensor and the thickness of the sample along the Z axis (FIG. 1), as well as the condition that the thermophysical characteristics of the inhomogeneities and the base material composing the sample are different.
Эксперимент проводится следующим образом (фиг.2): с одной стороны образца 5 нагревателем 6 формируется непродолжительный равномерный тепловой поток. С помощью второго датчика теплового потока 8, а именно термобатареи на контакте с образцом 9 фиксируется поле температур, по которому можно судить о наличии включений, областей с различной плотностью и тд., если поле температур неравномерно; и однородности структуры образца, если температура во всех точках одинакова.The experiment is carried out as follows (figure 2): on one side of the
ЛитератураLiterature
1. ГОСТ 26263-84 Грунты. Метод лабораторного определения теплопроводности мерзлых грунтов. - М.: Изд-во стандартов, 1985. - 9 с.1. GOST 26263-84 Soils. Laboratory method for determining the thermal conductivity of frozen soils. - M .: Publishing house of standards, 1985. - 9 p.
2. Датчик теплового потока. Патент SU 1696910 A1; G01K 17/08. Черюканов С.Д., Грищенко Т.Г., Декуша Л.В. и др.2. Heat flow sensor. Patent SU 1696910 A1; G01K 17/08. Cheryukanov S.D., Grishchenko T.G., Dekusha L.V. and etc.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014106847/28A RU2550699C1 (en) | 2014-02-24 | 2014-02-24 | Digital heat flux sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014106847/28A RU2550699C1 (en) | 2014-02-24 | 2014-02-24 | Digital heat flux sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2550699C1 true RU2550699C1 (en) | 2015-05-10 |
Family
ID=53294073
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014106847/28A RU2550699C1 (en) | 2014-02-24 | 2014-02-24 | Digital heat flux sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2550699C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU798512A1 (en) * | 1976-07-06 | 1981-01-23 | Государственное Специальное Конст-Рукторское Бюро Теплофизическогоприборостроения | Heat flux sensor |
SU1000792A1 (en) * | 1981-12-09 | 1983-02-28 | Институт технической теплофизики АН УССР | Thermoconverter |
SU1093914A1 (en) * | 1982-05-20 | 1984-05-23 | Красноярский Политехнический Институт | Heat flow pickup |
SU1696910A1 (en) * | 1989-09-06 | 1991-12-07 | Институт проблем энергосбережения АН УССР | Sensor of thermal flow |
US7699520B2 (en) * | 2006-02-03 | 2010-04-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Micro heat flux sensor array |
-
2014
- 2014-02-24 RU RU2014106847/28A patent/RU2550699C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU798512A1 (en) * | 1976-07-06 | 1981-01-23 | Государственное Специальное Конст-Рукторское Бюро Теплофизическогоприборостроения | Heat flux sensor |
SU1000792A1 (en) * | 1981-12-09 | 1983-02-28 | Институт технической теплофизики АН УССР | Thermoconverter |
SU1093914A1 (en) * | 1982-05-20 | 1984-05-23 | Красноярский Политехнический Институт | Heat flow pickup |
SU1696910A1 (en) * | 1989-09-06 | 1991-12-07 | Институт проблем энергосбережения АН УССР | Sensor of thermal flow |
US7699520B2 (en) * | 2006-02-03 | 2010-04-20 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Micro heat flux sensor array |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Riche et al. | Thermal conductivity of snow measured by three independent methods and anisotropy considerations | |
US4522512A (en) | Thermal conductivity measurement method | |
Di Tullio et al. | Non-destructive mapping of dampness and salts in degraded wall paintings in hypogeous buildings: the case of St. Clement at mass fresco in St. Clement Basilica, Rome | |
CN103940847A (en) | Anisotropy film heat conductivity testing method and device based on heat flux sensors | |
Sizov et al. | Thermal conductivity versus depth profiling of inhomogeneous materials using the hot disc technique | |
RU2577389C1 (en) | Method of calibrating thermoelectric heat flux sensors | |
RU2629898C1 (en) | Device for determining thermal conductivity factor of fibrous food products of animal origin | |
RU2550699C1 (en) | Digital heat flux sensor | |
RU2330270C2 (en) | Device and calculation method of thermal resistivity | |
CN106679818B (en) | Device and method for measuring temperature distribution of smooth surface | |
Hohmann et al. | Calibration of heat flux sensors with small heat fluxes | |
RU2594388C2 (en) | Method of determining thermal conductivity coefficient of liquid heat-insulating coatings | |
SU783664A1 (en) | Apparatus for determining heat-conduction factor | |
RU2523090C1 (en) | Method of determining specific heat capacity of materials | |
SU1684643A1 (en) | Device for determining heat conductivity of materials | |
RU57464U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING SPECIFIC HEAT RESISTANCE | |
RU2452983C1 (en) | Gradient meter | |
SU911275A1 (en) | Device for determination of material thermal physical characteristics | |
JP4042816B2 (en) | Moisture content detection sensor | |
SU958937A1 (en) | Thermal resistance determination method | |
RU2527128C2 (en) | Measurement of heat conductivity and heat resistance of construction structure | |
RU186025U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THERMAL PROPERTIES OF MATERIALS | |
RU2550991C1 (en) | Method for determining heat conductivity | |
US20220229006A1 (en) | A sensor device | |
Volkov et al. | A Calorimeter Based on Peltier Modules |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180225 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20201116 |
|
QA4A | Patent open for licensing |
Effective date: 20210118 |