RU2564697C1 - Device to measure heat conductivity - Google Patents
Device to measure heat conductivity Download PDFInfo
- Publication number
- RU2564697C1 RU2564697C1 RU2014132193/28A RU2014132193A RU2564697C1 RU 2564697 C1 RU2564697 C1 RU 2564697C1 RU 2014132193/28 A RU2014132193/28 A RU 2014132193/28A RU 2014132193 A RU2014132193 A RU 2014132193A RU 2564697 C1 RU2564697 C1 RU 2564697C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- thermal
- measuring
- small
- security
- heating element
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для измерения теплопроводности строительных, теплоизоляционных и иных материалов с повышенной точностью, в том числе нестандартных (единичный крупноформатный камень, кровельное покрытие) и особо больших размеров (например, большие каменные блоки с разнородной внутренней структурой, кладка из керамических камней, кровля) в области строительной индустрии, в научно-исследовательских и строительных лабораториях.The invention relates to the field of measuring equipment and is intended to measure the thermal conductivity of building, heat-insulating and other materials with increased accuracy, including non-standard (single large-format stone, roofing) and especially large sizes (for example, large stone blocks with a heterogeneous internal structure, masonry ceramic stones, roofing) in the field of the construction industry, in research and construction laboratories.
Уровень техникиState of the art
Известны устройства для измерения теплопроводности, каждый из которых содержит измерительный блок, включающий верхнюю пластину-нагреватель, нижнюю пластину-холодильник. В пластинах размещены термопары, подключенные к измерительному блоку [патент RU 2096773, опубл. 20.11.1997; патент RU 2124717, опубл. 10.01.1999].Known devices for measuring thermal conductivity, each of which contains a measuring unit comprising an upper heater plate, a lower refrigerator plate. The plates contain thermocouples connected to the measuring unit [patent RU 2096773, publ. 11/20/1997; Patent RU 2124717, publ. 01/10/1999].
Недостатками устройства являются невозможность измерения образцов больших габаритов и наличие больших погрешностей при измерениях.The disadvantages of the device are the inability to measure samples of large dimensions and the presence of large errors in the measurements.
Известно устройство для измерения теплопроводности, содержащее тепловую пластину, холодную пластину и измерительный блок. Тепловая и холодная пластина выполнены с помощью модулей Пельтье [http://www.taurus-instmments.de/en/products/thermal-conductivity/taurus/tlp-900-zs-guarded-hot-plate.html?cat=16&cHash=b4514135e71784c59518e36f4d20abe2].A device for measuring thermal conductivity is known, comprising a heat plate, a cold plate and a measuring unit. Thermal and cold plate are made using Peltier modules [http://www.taurus-instmments.de/en/products/thermal-conductivity/taurus/tlp-900-zs-guarded-hot-plate.html?cat=16&cHash= b4514135e71784c59518e36f4d20abe2].
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к настоящему изобретению является устройство для измерения теплопроводности, содержащее тепловой блок, состоящий из малого измерительного нагревателя, большого охранного нагревательного элемента и одной охранной пластины теплового блока, холодильный блок и измерительную зону, расположенную между тепловым и холодильным блоками [http://www.iztech.ru/goods/26/].The closest in technical essence and the achieved result to the present invention is a device for measuring thermal conductivity, comprising a thermal unit, consisting of a small measuring heater, a large security heating element and one protective plate of the thermal unit, a refrigeration unit and a measuring zone located between the thermal and refrigeration units [http://www.iztech.ru/goods/26/].
Основными недостатком известных устройств является возникновение трудностей равномерного распределения температуры при применении термоэлектрических модулей Пельтье для холодных пластин больших размеров и наличие больших энергозатрат за счет применения вышеуказанных модулей Пельтье.The main disadvantage of the known devices is the difficulty of uniform temperature distribution when using Peltier thermoelectric modules for large cold plates and the presence of large energy costs due to the use of the above Peltier modules.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в создании устройства для измерения теплопроводности нестандартных образцов больших размеров с разнородной внутренней структурой, не подвергая их процессу разрезания, с повышенной точностью.The problem to which the claimed invention is directed is to create a device for measuring the thermal conductivity of non-standard samples of large sizes with a heterogeneous internal structure, without subjecting them to a cutting process, with increased accuracy.
Технический результат, достигаемый при реализации заявляемого изобретения, заключается в повышении точности проводимых измерений, наличии возможности измерения образцов больших размеров и образцов малых размеров при большой толщине, когда толщина образца превышает его высоту-ширину за счет габаритов установки и снижении энергозатрат, а также приближении проводимых измерений к реальным условиям (возможность поворота измерительной зоны на любой угол и поддержания температуры со стороны холодильного блока до -80, со стороны теплового блока до +60).The technical result achieved by the implementation of the claimed invention is to improve the accuracy of measurements, the possibility of measuring large samples and small samples with a large thickness, when the thickness of the sample exceeds its height-width due to the dimensions of the installation and reduction of energy consumption, as well as the approximation of measurements to real conditions (the ability to rotate the measuring zone at any angle and maintain the temperature from the side of the refrigeration unit to -80, from the heat eye to +60).
Поставленный технический результат достигается за счет того, что устройство для измерения теплопроводности включает тепловой блок, состоящий из малого измерительного нагревателя, служащего для измерения образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции, большого охранного нагревательного элемента и одной охранной пластины теплового блока, и холодильный блок, причем тепловой блок дополнительно содержит малый охранный нагревательный элемент, выполняющий охранную функцию в случае измерения образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции или выполняющий функцию большого измерительного нагревателя в случае измерения образцов больших размеров, причем малый измерительный нагреватель и малый охранный нагревательный элемент выполнены в виде пластин, вложенных одна в другую, а большой охранный нагревательный элемент выполнен в виде прямоугольной рамки, при этом малый измерительный нагреватель, малый охранный нагревательный элемент и большой охранный нагревательный элемент образуют единую измерительную систему нагревателей, вторую охранную пластину теплового блока, установленную над первой охранной пластиной теплового блока, при этом холодильный блок состоит из основания холодильного блока прямоугольной формы и охранной пластины холодильного блока, установленного под основанием, причем на основании холодильного блока и на каждой из охранных пластин теплового и холодильного блока закреплены трубы, составляющие змеевидный контур, по которым течет теплоноситель в случае теплового блока и хладоноситель в случае холодильного блока, между единой измерительной системой нагревателей, первой охранной пластиной и второй охранной пластиной теплового блока, а также между основанием холодильного блока и охранной пластиной холодильного блока находится теплоизоляция, причем на каждой из двух торцевых сторон устройства дополнительно размещена боковая охранная зона в виде системы, по меньшей мере, двух труб с теплоносителем, при этом температура в каждой трубе измеряется и регулируется в зависимости от температуры в тепловом и холодильном блоке, причем устройство выполнено с возможностью поворота, обеспечивающего поворот измеряемого образца, находящегося в нем. Кроме того, в частном случае реализации изобретения минимальный размер измерительной зоны составляет 219×250 мм, при минимальном размере малого измерительного нагревателя 219×250 мм.The technical result is achieved due to the fact that the device for measuring thermal conductivity includes a thermal unit, consisting of a small measuring heater, used to measure small samples or a single large-format design, a large security heating element and one protective plate of the thermal unit, and a refrigeration unit, moreover, the thermal unit further comprises a small security heating element that performs a security function in the case of measuring small samples zeros or a single sample of a large-format design or acting as a large measuring heater in the case of measuring large samples, the small measuring heater and the small security heating element made in the form of plates embedded in one another, and the large security heating element made in the form of a rectangular frame, with In this case, a small measuring heater, a small security heating element and a large security heating element form a single measuring system heaters, a second protective plate of the thermal unit installed above the first protective plate of the thermal unit, wherein the refrigeration unit consists of the base of the rectangular refrigeration unit and a protective plate of the refrigeration unit installed under the base, and on the basis of the refrigeration unit and on each of the protective plates of the thermal and pipes that make up the serpentine circuit are fixed to the refrigeration unit, through which the coolant flows in the case of the heat block and the coolant in the case of the refrigeration block, between a measuring system of heaters, the first protective plate and the second protective plate of the thermal unit, as well as between the base of the refrigeration unit and the protective plate of the refrigeration unit, there is an additional lateral protection zone in the form of a system of at least two on each of the two end sides of the device pipes with a coolant, while the temperature in each pipe is measured and regulated depending on the temperature in the thermal and refrigeration unit, and the device is made with possibly Tew rotation, the rotation providing a measurement sample located therein. In addition, in the particular case of the invention, the minimum size of the measuring zone is 219 × 250 mm, with a minimum size of a small measuring heater of 219 × 250 mm.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения при выполнении малым охранным нагревательным элементом функции большого измерительного нагревателя максимальный размер измерительной зоны составляет 1700×1700 мм, при размере малого охранного нагревательного элемента 1500×1500 мм. Кроме того, в частном случае реализации изобретения на малом измерительном нагревателе, малом охранном нагревательном элементе, большом охранном нагревательном элементе установлены эталонные платиновые датчики температуры.In addition, in the particular case of the invention, when the small security heating element performs the function of a large measuring heater, the maximum size of the measuring zone is 1700 × 1700 mm, with the size of a small security heating element 1500 × 1500 mm. In addition, in the particular case of the invention, reference platinum temperature sensors are installed on a small measuring heater, a small security heating element, a large security heating element.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения эталонные платиновые датчики температуры установлены с возможностью их периодического съема для повторной проверки.In addition, in the particular case of the invention, the reference platinum temperature sensors are installed with the possibility of periodic removal for re-checking.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения в качестве теплоизоляции между единой измерительной системой нагревателей и первой охранной пластиной теплового блока используется жесткая теплоизоляция. Кроме того, в частном случае реализации изобретения в качестве теплоизоляции между первой и второй охранной пластиной теплового блока и между основанием холодильного блока и охранной пластиной холодильного блока используется насыпная теплоизоляция.In addition, in the particular case of the invention, rigid thermal insulation is used as thermal insulation between the unified measuring system of heaters and the first protective plate of the thermal block. In addition, in the particular case of the invention, bulk insulation is used as thermal insulation between the first and second protective plate of the thermal unit and between the base of the refrigeration unit and the protective plate of the refrigeration unit.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения тепловой и холодильный блоки закреплены на четырех направляющих, которые движутся внутри линейных подшипников, для соблюдения параллельности всех элементов вышеуказанных блоков между собой.In addition, in the particular case of the invention, the thermal and refrigeration units are mounted on four rails that move inside the linear bearings, in order to comply with the parallelism of all the elements of the above blocks with each other.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения устройство дополнительно содержит домкраты, расположенные сверху и снизу, обеспечивающие автоматическое прижимание и фиксацию теплового и холодильного блока к измеряемому образцу с целью повышения точности измерения.In addition, in the particular case of the invention, the device further comprises jacks located at the top and bottom, providing automatic pressing and fixing of the heat and refrigeration unit to the measured sample in order to increase the accuracy of measurement.
Кроме того, в частном случае реализации изобретения устройство дополнительно содержит системы орошения и излучающие лампы, моделирующие солнечный свет и дождь.In addition, in the particular case of the invention, the device further comprises irrigation systems and emitting lamps simulating sunlight and rain.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретенияInformation confirming the possibility of carrying out the invention
На фиг. 1 изображен общий вид устройства для измерения теплопроводности, где:In FIG. 1 shows a General view of a device for measuring thermal conductivity, where:
1 - малый измерительный нагреватель,1 - small measuring heater,
2 - малый охранный нагревательный элемент,2 - small security heating element,
3 - большой охранный нагревательный элемент,3 - large security heating element,
4 - жесткая теплоизоляция,4 - hard insulation
5 - насыпная теплоизоляция,5 - bulk insulation
6 - трубы в виде змеевидного контура, закрепленные на первой охранной пластине теплового блока,6 - pipe in the form of a serpentine circuit, mounted on the first protective plate of the thermal unit,
7 - трубы в виде змеевидного контура, закрепленные на второй охранной пластине теплового блока,7 - pipe in the form of a serpentine circuit, mounted on the second protective plate of the thermal unit,
8 - вторая охранная пластина теплового блока,8 - the second protective plate of the thermal block,
9 - первая охранная пластина теплового блока,9 - the first protective plate of the thermal block,
10 - направляющая,10 - guide,
11 - линейный подшипник,11 - linear bearing
12 - боковая охранная зона,12 - side security zone,
13 - вал,13 - shaft
14 - большая цепная звездочка,14 - a large chain sprocket,
15 - подшипник,15 - bearing
16 - основание холодильного блока,16 - the base of the refrigeration unit,
17 - трубы в виде змеевидного контура, закрепленные на основании холодильного блока,17 - pipe in the form of a serpentine circuit, mounted on the basis of the refrigeration unit,
18 - охранная пластина холодильного блока,18 - protective plate of the refrigeration unit,
19 - трубы в виде змеевидного контура, закрепленные на охранной пластине холодильного блока,19 - pipe in the form of a serpentine circuit, mounted on the protective plate of the refrigeration unit,
20 - домкрат,20 - a jack,
21 - ось,21 - axis
22 - измерительная зона.22 - measuring zone.
На фиг. 2 изображен фронтальный разрез единой измерительной системы нагревателей, где:In FIG. 2 shows a frontal section of a single measuring system of heaters, where:
1 - малый измерительный нагреватель,1 - small measuring heater,
2 - малый охранный нагревательный элемент,2 - small security heating element,
3 - большой охранный нагревательный элемент.3 - a large security heating element.
Для измерения теплопроводности материалов с повышенной точностью нестандартных и особо больших размеров предлагается устройство, создающее стационарный тепловой поток в образце, на основании которого измеряется теплопроводность. Стационарный тепловой поток через исследуемый образец создается с помощью теплового блока за счет наличия в нем малого измерительного нагревателя 1, предназначенного для измерения образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции, малого охранного нагревательного элемента 2, который помимо охранной функции, заключающейся в исключении тепловых потерь из малого измерительного нагревателя 1 в случае измерения образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции, может выполнять функцию большого измерительного нагревателя в случае измерения образцов больших размеров, большого охранного нагревательного элемента 3 и холодильного блока. Тепловой поток создается из-за разницы температур между тепловым и холодильным блоками. Большой охранный нагревательный элемент 3 представляет собой прямоугольную рамку и предназначен для предотвращения тепловых потерь из измерительного нагревателя 1 и охранного нагревательного элемента 2. Охранные пластины теплового блока 9, 8 предназначены для исключения тепловых потерь из единой измерительной системы нагревателей 1-3. На первой и второй охранной пластине теплового блока 9, 8 закреплены трубы в виде змеевидного контура 6 и 7 соответственно, по которым течет теплоноситель. Наличие труб в виде змеевидного контура, по которым течет теплоноситель, позволяет поддерживать равномерное распределение температуры на всех измерительных нагревателях 1-3 с повышенной точностью, за счет чего создается однонаправленный тепловой поток от измерительной системы нагревателей 1-3 в сторону образца. Также повышению точности измерений и равномерности поддержания температуры способствует наличие второй охранной пластины 8 в тепловом блоке. Холодильный блок состоит из алюминиевого основания 16 холодильного блока прямоугольной формы, на котором закреплены трубы в виде змеевидного контура 17, по которым течет хладоноситель (например, спирт). Под основанием холодильного блока 16 размещена охранная пластина холодильного блока 18, выполненная из алюминия, на которой закреплены трубы в виде змеевидного контура 19, по которому также течет хладоноситель. Охранная пластина холодильного блока 18 воспринимает на себя основной поток тепла из окружающей среды, минимизируя тем самым приток тепла от наружного воздуха к основанию холодильного блока 16 и обеспечивая тем самым необходимое для проведения измерений равномерное поддержание температуры по всей длине основания холодильного блока 16. На основании холодильного блока 16 возможно осуществить поддержание температуры до -80 С. Малый измерительный нагреватель 1, малый охранный нагревательный элемент 2, большой охранный нагревательный элемент 3 оснащаются эталонными платиновыми датчиками температуры (на чертежах не показаны) и автоматизированной аппаратурой для ее поддержания с целью минимизирования возможных разнонаправленных тепловых потоков от системы измерительных нагревателей. В качестве датчиков температуры применяются эталонные платиновые термометры, поверенные в установленном порядке. Причем предусмотрена возможность периодического съема этих датчиков для их повторной поверки. Между единой измерительной системой нагревателей 1-3 и первой охранной пластиной теплового блока 9 находится теплоизоляция 4, преимущественно жесткая - полистирольный пенопласт ПС-1-150, а между первой 9 и второй 8 охранными пластинами теплового блока и между основанием холодильного блока 16 и охранной пластиной холодильного блока 18 - теплоизоляция 5, преимущественно насыпная - круглые гранулы пенополистирола диаметром 1-2 мм. Назначение теплоизоляции - снижение возможного разнонаправленного движения тепловых потоков от единой системы измерительных нагревателей 1-3. При этом размеры малого измерительного нагревателя 1, малого охранного нагревательного элемента 2 и большого охранного нагревательного контура 3 могут быть изменены под конкретные измерения путем замены элементов вышеуказанной единой измерительной системы нагревателей 1-3 на новые других размеров в короткие сроки (сутки-двое).To measure the thermal conductivity of materials with increased accuracy of non-standard and especially large sizes, a device is proposed that creates a stationary heat flow in a sample, on the basis of which thermal conductivity is measured. The stationary heat flux through the test sample is created using the heat block due to the presence of a
Минимальный размер малого измерительного нагревателя составляет 219×250 мм, что таким образом задает соответствующий минимальный размер измерительной зоны 22 - 219×250 мм. Именно такие размеры измерительной зоны 22 предпочтительны при проведении измерений теплопроводности камня керамического крупноформатного со стандартными размерами лицевой и задней стороны 250×219 мм. Кроме того, при таких размерах измерительной зоны 22 возможно проводить измерения теплопроводности любых других материалов, в частности образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции (например, единичного образца кладки из керамических камней).The minimum size of the small measuring heater is 219 × 250 mm, which thus sets the corresponding minimum size of the measuring zone 22 - 219 × 250 mm. It is these dimensions of the measuring zone 22 that are preferable when conducting measurements of the thermal conductivity of ceramic large-format stone with standard dimensions of the front and back sides of 250 × 219 mm. In addition, with such dimensions of the measuring zone 22, it is possible to measure the thermal conductivity of any other materials, in particular samples of small sizes or a single sample of a large-format design (for example, a single sample of a masonry made of ceramic stones).
При выполнении малым охранным нагревательным элементом 2 функции большого измерительного нагревателя максимальный размер измерительной зоны составляет 1700×1700 мм, при размере малого охранного нагревательного элемента 2 - 1500×1500 мм, что позволяет измерять исследуемый образец со следующими максимальными габаритами: 1700×1700×700 мм. Измерительная зона 22 с такими размерами дает возможность измерять тепловой поток, а как следствие теплопроводность и термическое сопротивление больших неоднородных конструкций, например оконных проемов (сам стеклопакет имеет одно сопротивление теплопередаче, а рама, которая держит стеклопакет, а далее стена имеют другое значение). Можно установить конструкцию стены с окном и померить сопротивление теплопередаче всех этой конструкции. Таким образом наличие измерительной зоны таких размеров позволяет измерять большие неоднородные конструкции.When the small
Таким образом за счет наличия в заявляемом устройстве дополнительного малого охранного нагревательного элемента 2, выполняющего помимо охранной функции еще и функцию большого измерительного нагревателя возможно проведение мультикомплексных измерений образцов как малых размеров, так и крупногабаритных образцов большой толщины.Thus, due to the presence in the inventive device of an additional small
Для отсечения боковых теплопритоков в исследуемый образец на каждой из двух торцевых сторон заявляемого устройства дополнительно размещена боковая охранная зона 12 в виде системы, по меньшей мере, двух труб с теплоносителем, температура в каждой трубе измеряется и регулируется в зависимости от температуры в тепловом и холодильном блоке и конструкции измеряемого образца. При наличии только одной трубы в боковой охранной зоне 12 не удается достигнуть большой точности измерений. Максимальное количество труб в системе предпочтительно выполнять не более 100. Размещение большего количества труб в боковой охранной зоне 12 является экономически неоправданным и трудоемким. Причем система труб боковой охранной зоны 12 выполняет как защитную функцию от боковых теплопритоков к образцу, так и защитную функцию от боковых теплопритоков в тепловой и холодильный блоки.To cut off the lateral heat inflows into the test sample, on each of the two end sides of the claimed device, a lateral security zone 12 is additionally placed in the form of a system of at least two pipes with a coolant, the temperature in each pipe is measured and regulated depending on the temperature in the thermal and refrigeration unit and the design of the measured sample. If there is only one pipe in the lateral security zone 12, it is not possible to achieve high measurement accuracy. The maximum number of pipes in the system is preferably no more than 100. Placing more pipes in the side guard zone 12 is economically unjustified and time-consuming. Moreover, the pipe system of the lateral security zone 12 performs both a protective function from lateral heat inflows to the sample, and a protective function from lateral heat inflows to the heat and refrigeration units.
Также с помощью боковой охранной зоны 12 представляется возможным моделировать неравномерность приращения температуры от плоскости к плоскости, что актуально при измерении слоистых конструкций с несущей частью и теплоизолирующей. Наличие боковой охранной зоны 12 с возможностью регулирования и распределения температуры в ней за счет наличия системы, по меньшей мере, двух труб позволяет отсекать боковые теплопритоки как к исследуемому образцу, так и к тепловому и холодильному блокам, что приводит к повышению точности измерения при большой толщине исследуемого образца малого размера (например, камня крупноформатного 14,3 НФ) и слоистых конструкций больших толщин. Например, двуслойная стена из несущего бетона и теплоизоляции. В бетоне будет примерно одна температура, соответственно в боковой охранной зоне 12 напротив бетона тоже будет такая же температура, а в сечении теплоизоляции температура будет значительно разниться, следовательно, в боковой охранной зоне 12 напротив теплоизоляции температура будет примерно соответствовать температуре в теплоизоляции в каждом сечении. Также наличие боковой охранной зоны приводит к повышению точности измерений при низкотемпературных испытаниях, например, когда температура в холодильном блоке - 60°C.Also, using the lateral security zone 12, it seems possible to simulate the unevenness of the temperature increment from plane to plane, which is important when measuring layered structures with a bearing part and heat insulating. The presence of a lateral security zone 12 with the possibility of regulating and distributing the temperature in it due to the presence of a system of at least two pipes makes it possible to cut off the lateral heat influx both to the test sample and to the thermal and cooling units, which leads to an increase in the measurement accuracy with a large thickness the small sample under study (for example, large-format stone 14.3 NF) and layered structures of large thicknesses. For example, a two-layer wall of bearing concrete and thermal insulation. In concrete, there will be approximately one temperature, respectively, in the side protection zone 12 opposite the concrete, the same temperature will also be, and in the section of thermal insulation the temperature will vary significantly, therefore, in the side protection zone 12 opposite the insulation, the temperature will approximately correspond to the temperature in the insulation in each section. Also, the presence of a lateral security zone leads to an increase in the accuracy of measurements during low-temperature tests, for example, when the temperature in the refrigeration unit is 60 ° C.
Тепловой и холодильный блоки закреплены на четырех направляющих 10, которые ходят внутри линейных подшипников 11. Наличие 4-х линейных направляющих позволяет соблюдать параллельность всех элементов теплового и холодильного блоков между собой (отсутствует перекос при сжатии) и приводит к повышению надежности и точности (обеспечивается более плотное прилегание теплового и холодильного блоков).The thermal and refrigeration units are mounted on four rails 10 that run inside the linear bearings 11. The presence of 4 linear rails makes it possible to observe the parallelism of all elements of the thermal and refrigeration units (there is no distortion during compression) and leads to increased reliability and accuracy (more tight fit of thermal and refrigeration units).
Домкраты 20, установленные на противоположных сторонах заявляемого устройства, предназначены для регулирования положения теплового и холодильного блоков с целью измерения материалов и конструкций разной толщины. Также домкраты 20 позволяют прижимать тепловой и холодильный блок друг к другу или к образцу с усилием 40000 Ньютонов. Такое усилие гарантирует плотный контакт между образцом и блоками. Также это усилие может быть использовано для подпрессовки засыпок. Например, более четкое моделирование ситуации с засыпкой полов гравием из пеностекла. Нет необходимости предварительной утрамбовки перед испытанием.Jacks 20, mounted on opposite sides of the claimed device, are designed to regulate the position of the thermal and refrigeration units in order to measure materials and structures of different thicknesses. Also, the jacks 20 allow the thermal and refrigeration unit to be pressed against each other or to the sample with a force of 40,000 Newtons. This force ensures tight contact between the sample and the blocks. Also, this effort can be used to prepress the backfill. For example, a clearer simulation of the situation with backfilling of gravel with foam glass. No need to pre-compact before testing.
Тепловой и холодильный блок могут открываться с помощью поворота относительно оси 21. Вся установка может вращаться на 180 градусов (90 градусов от вертикали в одну сторону и 90 градусов от вертикали в другую сторону) с помощью вала 13, закрепленного в подшипниках 15. Вращение производиться путем подключения двигателя с малой цепной звездочкой к большой цепной звездочке 14. Устройство поворота дает возможность моделирования различных углов наклона конструкции (например, крыш) и изучения конвективных составляющих теплопередачи. Возможность поворота установки и, следовательно, возможность поворота исследуемого образца в ней повышает правильность проведения испытания по отношению к реальным условиям и точность измерения. Так, например, воздушный зазор в 5 см при направлении тепла сверху-вниз имеет теплопроводность в 2 раза меньше, чем при направлении тепла справа-налево (или слева-направо), т.е. при повороте на 90 градусов. Это актуально при проведении измерений теплопроводности щелевого кирпича, конструкций кровель, которые в реальных условиях располагаются под углом, а не параллельно или перпендикулярно.The heat and refrigeration unit can be opened by rotation about axis 21. The entire installation can be rotated 180 degrees (90 degrees from the vertical one way and 90 degrees from the vertical the other side) using the shaft 13 mounted in the bearings 15. The rotation is carried out by connecting an engine with a small chain sprocket to a large chain sprocket 14. The rotation device makes it possible to simulate various angles of the structure (for example, roofs) and study the convective components of heat transfer. The ability to rotate the installation and, therefore, the ability to rotate the test sample in it increases the accuracy of the test in relation to real conditions and the accuracy of the measurement. For example, an air gap of 5 cm in the direction of heat from top to bottom has a thermal conductivity of 2 times less than in the direction of heat from right to left (or left to right), i.e. when turning 90 degrees. This is relevant when conducting measurements of the thermal conductivity of slit bricks, roof structures, which in real conditions are located at an angle, and not parallel or perpendicular.
Заявляемое изобретение при необходимости оснащается дополнительно системами орошения и излучающими лампами, моделирующими солнечный свет и дождь.The claimed invention, if necessary, is additionally equipped with irrigation systems and radiating lamps simulating sunlight and rain.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
Открываем заявляемое устройство для измерения теплопроводности и устанавливаем исследуемый образец в измерительной зоне 22 между тепловым и холодильным блоками. При необходимости оставшееся пространство заполняем теплоизоляционным материалом. Далее закрываем заявляемое устройство и с помощью домкратов 20 придавливаем холодильный и нагревательный блоки к исследуемому образцу. Поворачиваем на заданный угол установку в зависимости от исследуемого образца, находящегося в нем, и осуществляем включение установки. Задаем параметры температуры в холодильном блоке, а именно температуру основания холодильного блока 16, путем подачи хладоносителя в трубы змеевидного контура 17, на выходе из 17 хладоноситель поступает сразу в трубы змеевидного контура 19, закрепленные на охранной плите холодильного блока 18. Задаем параметры температуры в тепловом блоке, а именно температуры в единой измерительной системе нагревателей 1-3 и на первой охранной пластине теплового блока 9 (все температуры должны быть одинаковые), путем подачи теплоносителя в трубы змеевидного контура 6, закрепленные на первой охранной пластине теплового блока 9, на выходе из 6 теплоноситель поступает сразу в трубы змеевидного контура 7, закрепленные на второй охранной пластине теплового блока 8. Задаем температуру в боковой охранной зоне 12 путем подачи теплоносителя в систему, по меньшей мере, двух труб, в зависимости от исследуемой конструкции. В случае однородной конструкции осуществляется равномерное распределение температуры по слоям. В случае неоднородной (слоистой) конструкции осуществляется неравномерное распределение температуры по слоям, исходя из приблизительных расчетов распределения температуры (данные для расчета берутся по плотности и названию материала из общепринятых Стандартов и ГОСТов). Далее ждем стабилизации всех параметров, в том числе и температур внутри исследуемого образца. В заявляемом устройстве создается стационарный тепловой поток, проходящий через исследуемый образец, из-за разницы температур между единой измерительной системой нагревателей 1-3 и холодильным блоком 16-19. В случае измерения образцов малых размеров или единичного образца крупноформатной конструкции у измерительного нагревателя 1 измеряется мощность, необходимая для поддержания его температуры постоянной. В случае измерения образцов больших размеров измеряется дополнительно мощность у малого охранного нагревательного элемента 2, выполняющего в данном случае функцию большого измерительного нагревателя, необходимая для поддержания его температуры постоянной. Исходя из мощности измерительного нагревателя 1 и его площади или из суммарной мощности малого измерительного нагревателя 1 и малого охранного нагревательного элемента 2 и их суммарной площади, с помощью известных формул рассчитывается тепловой поток через исследуемый образец, который необходим для расчета термического сопротивления либо теплопроводности.We open the inventive device for measuring thermal conductivity and install the test sample in the measuring zone 22 between the thermal and refrigeration units. If necessary, fill the remaining space with heat-insulating material. Next, close the inventive device and using the jacks 20 we press the cooling and heating blocks to the test sample. We turn the installation at a given angle, depending on the test sample located in it, and turn on the installation. We set the temperature parameters in the refrigeration unit, namely, the temperature of the base of the refrigeration unit 16, by supplying the coolant to the pipes of the serpentine circuit 17, at the outlet of 17, the coolant enters directly into the pipes of the serpentine circuit 19, mounted on the protective plate of the refrigeration unit 18. We set the temperature parameters in the thermal unit, namely the temperature in a single measuring system of heaters 1-3 and on the first protective plate of the heat unit 9 (all temperatures must be the same), by supplying a coolant to the serpentine pipes the circuit 6, mounted on the first protective plate of the thermal unit 9, at the outlet of 6, the coolant enters immediately into the pipes of the serpentine circuit 7, mounted on the second protective plate of the thermal unit 8. We set the temperature in the lateral protection zone 12 by supplying the coolant to the system, at least , two pipes, depending on the structure under study. In the case of a homogeneous structure, the temperature is distributed evenly over the layers. In the case of a heterogeneous (layered) structure, the temperature is distributed unevenly over the layers, based on approximate calculations of the temperature distribution (the data for the calculation are taken according to the density and name of the material from generally accepted Standards and GOSTs). Next, we wait for the stabilization of all parameters, including the temperatures inside the test sample. In the inventive device creates a stationary heat flow passing through the test sample, due to the temperature difference between the single measuring system of the heaters 1-3 and the refrigeration unit 16-19. In the case of measuring small samples or a single large-format sample, the measuring
Тепловой поток=потребляемая мощность нагревателя / площадь нагревателя q=Q/S, (Вт/мм2)Heat flow = heater power consumption / heater area q = Q / S, (W / mm 2 )
теплопроводность=тепловой поток × толщина образца / разница температур между основанием (16) и единой измерительной системой нагревателей (1-3) λ=q×δ/Δt (Вт/(мм×°C))thermal conductivity = heat flux × sample thickness / temperature difference between the base (16) and the unified measuring system of heaters (1-3) λ = q × δ / Δt (W / (mm × ° C))
Вычисления теплового потока и соответственно теплопроводности осуществляются автоматизированно с помощью заданной программы в контроллере (на чертежах не показан). После проведенных вычислений и получения значения теплопроводности исследуемого образца выключаем заявляемое устройство и вынимаем из него образец.The calculation of the heat flux and, accordingly, the thermal conductivity is carried out automatically using a predetermined program in the controller (not shown in the drawings). After the calculations and obtaining the thermal conductivity of the test sample, we turn off the inventive device and remove the sample from it.
Использование заявляемого устройства для измерения теплопроводности позволяет просто, надежно и с большой точностью проводить исследования как малых образцов большой толщины, не разрезая их, так и образцов больших габаритов. Кроме того, применение теплоносителя в трубах змеевидного контура 6, 7 по всех длине первой и второй охранных пластин теплового блока 9, 8 и хладоносителя в трубах змеевидного контура 17 по всей длине основания холодильного блока 16 и охранной пластины холодильного блока 18 существенно снижает энергозатраты по сравнению с применением модулей Пельтье, как в известных устройствах. Кроме того, такое устройство холодильного и теплового блоков приводит к повышению точности измерений за счет равномерного поддержания температуры, а наличие именно единой измерительной системы нагревателей 1-3 позволяет измерять как малые образцы большой толщины, так и, например, кладку в целом. При этом наличие большого количества охранных элементов (малого охранного измерительного элемента 2, охранных пластин теплового блока 9, 8) позволяет с большей вероятностью избежать тепловых потерь из единой измерительной системы нагревателей 1-3, приводя тем самым к повышению точности проводимых измерений. Кроме того, заявляемое устройство позволяет измерять образцы с размерами до 1700×1700×700 мм, т.е. позволяет измерять полноценные большие неоднородные конструкции, а не отдельно элементы, например крупноформатные камни, также возможно осуществить измерение теплопроводности толстых изделий (до 700 мм) целиком, не разрезая их на слои. Также наличие боковой охранной зоны 12 в заявляемом устройстве приводит к повышению точности измерения при большой толщине исследуемого образца и неравномерному температурному распределению внутри образца.The use of the inventive device for measuring thermal conductivity allows simple, reliable and with great accuracy to conduct research as small samples of large thickness, without cutting them, and samples of large dimensions. In addition, the use of the coolant in the pipes of the serpentine circuit 6, 7 along the entire length of the first and second guard plates of the thermal unit 9, 8 and the coolant in the pipes of the serpentine circuit 17 along the entire length of the base of the refrigeration unit 16 and the guard plate of the refrigeration unit 18 significantly reduces energy consumption compared to using Peltier modules, as in known devices. In addition, such a device of refrigeration and thermal units leads to increased measurement accuracy due to uniform temperature maintenance, and the presence of a single measuring system of heaters 1-3 allows you to measure both small samples of large thickness, and, for example, the masonry as a whole. Moreover, the presence of a large number of security elements (small
Предложение соответствует критерию «промышленная применимость», поскольку его изготовление возможно при использовании существующих средств производства с применением известных технологий.The proposal meets the criterion of "industrial applicability", since its manufacture is possible using existing means of production using known technologies.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014132193/28A RU2564697C1 (en) | 2014-08-05 | 2014-08-05 | Device to measure heat conductivity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014132193/28A RU2564697C1 (en) | 2014-08-05 | 2014-08-05 | Device to measure heat conductivity |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2564697C1 true RU2564697C1 (en) | 2015-10-10 |
Family
ID=54289583
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014132193/28A RU2564697C1 (en) | 2014-08-05 | 2014-08-05 | Device to measure heat conductivity |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2564697C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2752398C1 (en) * | 2020-11-23 | 2021-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" | Method for cumulative measurement of thermal conductivity of dissimilar solid materials and device for its implementation |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU498538A1 (en) * | 1973-08-08 | 1976-01-05 | Предприятие П/Я А-3603 | Device for measuring thermal conductivity |
| SU813222A1 (en) * | 1979-06-29 | 1981-03-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательскийи Проектно-Конструкторский Институтполимерных Строительных Материалов | Method of measuring thermal conductivity factors and thermal activity of polymer construction materials |
| SU1111083A1 (en) * | 1983-07-01 | 1984-08-30 | Государственное Специальное Конструкторское Бюро Теплофизического Приборостроения | Device of determination of thermal conductivity of insulated and construction materials |
| RU2096773C1 (en) * | 1994-10-04 | 1997-11-20 | Гасан Гусейнович Гусейнов | Gear measuring thermal conductivity |
| RU2124717C1 (en) * | 1997-04-29 | 1999-01-10 | Институт физики им.Х.И.Амирханова Дагестанского научного центра РАН | Device measuring thermal conductivity |
| US5940784A (en) * | 1996-03-08 | 1999-08-17 | Metrisa, Inc. | Heat flow meter instruments |
| RU141298U1 (en) * | 2014-02-11 | 2014-05-27 | Татьяна Ефимовна Никитина | DEVICE FOR DETERMINING THE HEAT CONDUCTIVITY OF DEFORMABLE MATERIALS |
-
2014
- 2014-08-05 RU RU2014132193/28A patent/RU2564697C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU498538A1 (en) * | 1973-08-08 | 1976-01-05 | Предприятие П/Я А-3603 | Device for measuring thermal conductivity |
| SU813222A1 (en) * | 1979-06-29 | 1981-03-15 | Всесоюзный Научно-Исследовательскийи Проектно-Конструкторский Институтполимерных Строительных Материалов | Method of measuring thermal conductivity factors and thermal activity of polymer construction materials |
| SU1111083A1 (en) * | 1983-07-01 | 1984-08-30 | Государственное Специальное Конструкторское Бюро Теплофизического Приборостроения | Device of determination of thermal conductivity of insulated and construction materials |
| RU2096773C1 (en) * | 1994-10-04 | 1997-11-20 | Гасан Гусейнович Гусейнов | Gear measuring thermal conductivity |
| US5940784A (en) * | 1996-03-08 | 1999-08-17 | Metrisa, Inc. | Heat flow meter instruments |
| RU2124717C1 (en) * | 1997-04-29 | 1999-01-10 | Институт физики им.Х.И.Амирханова Дагестанского научного центра РАН | Device measuring thermal conductivity |
| RU141298U1 (en) * | 2014-02-11 | 2014-05-27 | Татьяна Ефимовна Никитина | DEVICE FOR DETERMINING THE HEAT CONDUCTIVITY OF DEFORMABLE MATERIALS |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2752398C1 (en) * | 2020-11-23 | 2021-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" | Method for cumulative measurement of thermal conductivity of dissimilar solid materials and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Khoukhi et al. | The impact of changes in thermal conductivity of polystyrene insulation material under different operating temperatures on the heat transfer through the building envelope | |
| US9404672B2 (en) | Concrete cylinder curing box and method | |
| Buratti et al. | Thermal conductivity measurements by means of a new ‘Small Hot-Box’apparatus: Manufacturing, calibration and preliminary experimental tests on different materials | |
| Cao et al. | Study of the thermal insulation properties of the glass fiber board used for interior building envelope | |
| CN105628735B (en) | The quasi-steady state test device and method of a kind of Concrete At High Temperature thermal conductivity | |
| Baldinelli et al. | Thermal conductivity measurement of insulating innovative building materials by hot plate and heat flow meter devices: A Round Robin Test | |
| Wakili et al. | U-value of a dried wall made of perforated porous clay bricks: Hot box measurement versus numerical analysis | |
| CN103884736A (en) | Bituminous mixture heat conduction testing device | |
| Escudero et al. | Experimental thermal characterization of radiant barriers for building insulation | |
| US20150085896A1 (en) | Method and equipment for measuring the heat flow through constructions | |
| KR101092894B1 (en) | Apparatus for measuring coefficient of heat transfer | |
| Piotrowski et al. | Tests of thermal resistance of simulated walls with the reflective insulation | |
| Sassine et al. | Parametric identification of thermophysical properties in masonry walls of buildings | |
| RU2564697C1 (en) | Device to measure heat conductivity | |
| Cucumo et al. | A method for the experimental evaluation in situ of the wall conductance | |
| Hotra et al. | Analysis of the characteristics of bimetallic and semiconductor heat flux sensors for in-situ measurements of envelope element thermal resistance | |
| CN205607902U (en) | Metal heat preservation plate thermal insulation performance detection device | |
| RU2005129502A (en) | METHOD FOR THERMAL NON-DESTRUCTIVE TESTING OF THE RESISTANCE OF HEAT TRANSFER OF BUILDING STRUCTURES | |
| Huang et al. | Comparison of the corrugated steel web composite box-girder and traditional girders regarding temperature field under solar radiation | |
| Asdrubali et al. | Comparative analysis of different methods to evaluate the thermal conductivity of homogenous materials | |
| CN106292767B (en) | Subregion temperature-controlling system and device | |
| RU2657332C1 (en) | Method for determining reduced thermal resistance of non-uniform enclosing structure in climatic chamber | |
| RU2731840C1 (en) | Method of measuring thermal conductivity coefficient of heat-insulating material | |
| CN110045096B (en) | Test device and method for evaluating concrete cracking caused by temperature gradient | |
| Sharifi et al. | Experimental apparatuses for the determination of pavement material thermal properties |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190806 |