RU2771997C1 - Method for measuring specific thermal resistance and device for its implementation - Google Patents
Method for measuring specific thermal resistance and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2771997C1 RU2771997C1 RU2021137171A RU2021137171A RU2771997C1 RU 2771997 C1 RU2771997 C1 RU 2771997C1 RU 2021137171 A RU2021137171 A RU 2021137171A RU 2021137171 A RU2021137171 A RU 2021137171A RU 2771997 C1 RU2771997 C1 RU 2771997C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- reference object
- thermal resistance
- under study
- specific thermal
- temperature meter
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 13
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- SYHGEUNFJIGTRX-UHFFFAOYSA-N Methylenedioxypyrovalerone Chemical compound C=1C=C2OCOC2=CC=1C(=O)C(CCC)N1CCCC1 SYHGEUNFJIGTRX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для исследования теплофизических характеристик теплоизоляционных материалов с большой величиной удельного теплового сопротивления, преимущественно вакуумных теплоизоляционных изделий.The invention relates to the field of measuring technology and can be used to study the thermophysical characteristics of heat-insulating materials with a large value of specific thermal resistance, mainly vacuum heat-insulating products.
Известен способ измерения удельного теплового сопротивления, заключающийся в формировании теплового потока, пропускании теплового потока через первый эталонный объект, затем от внутренней поверхности исследуемого объекта к наружной поверхности исследуемого объекта, измерении зависимости от времени температуры внутренней поверхности исследуемого объекта в области прохождения теплового потока, измерении зависимости от времени температуры наружной поверхности исследуемого объекта в области прохождения теплового потока, пропускании теплового потока после исследуемого объекта через второй эталонный объект, измерении зависимости от времени температуры поверхности первого эталонного объекта в области входа теплового потока в первый эталонный объект и измерении зависимости от времени температуры поверхности второго эталонного объекта в области выхода теплового потока из второго эталонного объекта, определении перепадов температур с использованием первого эталонного объекта и второго эталонного объекта, с учетом которых определяют тепловые потери и величину удельного теплового сопротивления [см. патент РФ №2330270, кл. G01N 25/18, опубл. 27.07.2008 Бюл. №21, «Способ измерения удельного теплового сопротивления и устройство для его осуществления», авторы: Е.В. Абрамова и др.].A known method for measuring specific thermal resistance, which consists in the formation of a heat flux, passing the heat flux through the first reference object, then from the inner surface of the object under study to the outer surface of the object under study, measuring the time dependence of the temperature of the inner surface of the object under study in the area of heat flow, measuring the dependence on the time of the temperature of the outer surface of the object under study in the area of heat flow passage, passing the heat flow after the object under study through the second reference object, measuring the time dependence of the surface temperature of the first reference object in the area of the heat flux entry into the first reference object and measuring the time dependence of the surface temperature of the second reference object in the area of heat flow exit from the second reference object, determination of temperature differences using the first reference object and the second reference object, taking into account which determine the heat loss and the value of specific thermal resistance [see. RF patent No. 2330270, class. G01N 25/18, publ. 27.07.2008 Bull. No. 21, "Method for measuring specific thermal resistance and a device for its implementation", authors: E.V. Abramova and others].
Известно устройство, содержащее источник тепловой энергии, вырабатывающий тепловой поток, первый измеритель температуры, второй измеритель температуры, третий измеритель температуры, четвертый измеритель температуры, электронный блок обработки, выход первого измерителя температуры соединен с первым входом электронного блока обработки, выход второго измерителя температуры соединен с вторым входом электронного блока обработки, выход третьего измерителя температуры соединен с третьим входом электронного блока обработки, выход четвертого измерителя температуры соединен с четвертым входом электронного блока обработки, первый эталонный объект и второй эталонный объект, при этом обеспечивается прохождение теплового потока последовательно через первый эталонный объект, исследуемый объект и второй эталонный объект, первый измеритель температуры размещен между наружной поверхностью источника тепловой энергии и наружной поверхностью первого эталонного объекта в области прохождения теплового потока, второй измеритель температуры размещен между наружной поверхностью первого эталонного объекта и внутренней поверхностью исследуемого объекта в области прохождения теплового потока, третий измеритель температуры размещен между наружной поверхностью исследуемого объекта и примыкающей к ней наружной поверхностью второго эталонного объекта в области прохождения теплового потока, четвертый измеритель температуры размещен на наружной поверхности второго эталонного объекта в области выхода теплового потока из второго эталонного объекта, причем электронный блок обработки обеспечивает возможность вычисления удельного теплового сопротивления по сигналам от первого, второго, третьего и четвертого измерителей температуры [см. патент РФ №2330270, кл. G01N 25/18, опубл. 27.07.2008 Бюл. №21, «Способ измерения удельного теплового сопротивления и устройство для его осуществления», авторы: Е.В. Абрамова и др.].A device is known that contains a source of thermal energy that generates a heat flow, a first temperature meter, a second temperature meter, a third temperature meter, a fourth temperature meter, an electronic processing unit, the output of the first temperature meter is connected to the first input of the electronic processing unit, the output of the second temperature meter is connected to the second input of the electronic processing unit, the output of the third temperature meter is connected to the third input of the electronic processing unit, the output of the fourth temperature meter is connected to the fourth input of the electronic processing unit, the first reference object and the second reference object, while ensuring the passage of the heat flow sequentially through the first reference object, the object under study and the second reference object, the first temperature meter is placed between the outer surface of the thermal energy source and the outer surface of the first reference object in the area of heat flow passage a, the second temperature meter is placed between the outer surface of the first reference object and the inner surface of the object under study in the area of heat flow, the third temperature meter is placed between the outer surface of the object under study and the outer surface of the second reference object adjacent to it in the area of heat flow, the fourth temperature meter placed on the outer surface of the second reference object in the area of the heat flow exit from the second reference object, and the electronic processing unit provides the ability to calculate the specific thermal resistance from the signals from the first, second, third and fourth temperature meters [see. RF patent No. 2330270, class. G01N 25/18, publ. 27.07.2008 Bull. No. 21, "Method for measuring specific thermal resistance and a device for its implementation", authors: E.V. Abramova and others].
Недостаток данного способа и устройства заключается в низких потребительских свойствах при испытаниях исследуемого объекта с очень большой величиной удельного теплового сопротивления, например, вакуумного теплоизоляционного изделия, из-за большого времени эксперимента, вызванного необходимостью достижения стационарного теплового режима при измерении температуры во втором эталонном объекте, размещенном после исследуемого объекта по ходу прохождения теплового потока.The disadvantage of this method and device lies in low consumer properties when testing an object under study with a very high thermal resistivity, for example, a vacuum heat-insulating product, due to the long experiment time, caused by the need to achieve a stationary thermal regime when measuring temperature in a second reference object placed after the object under study in the course of the heat flow.
Наиболее близким техническим решением является способ измерения удельного теплового сопротивления, заключающийся в том, что тепловой поток разделяют на два потока, один из которых пропускают последовательно через первый эталонный объект с малой величиной удельного теплового сопротивления, и исследуемый объект, а другой поток пропускают последовательно через второй эталонный объект с малой величиной удельного теплового сопротивления и третий эталонный объект с большой величиной удельного теплового сопротивления, определяют интервалы времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на заданную величину, по разности этих интервалов времени определяют величину отношения удельного теплового сопротивления исследуемого объекта к известному удельному тепловому сопротивлению третьего эталонного объекта из графика зависимости между этими величинами, который получают предварительно путем замены исследуемого объекта на варианты четвертого эталонного объекта с различной известной величиной удельного теплового сопротивления и одинаковой с исследуемым объектом теплоемкостью [см. патент РФ №2736322, кл. G01N 25/18, опубл. 13.11.2020 Бюл. №32, «Способ измерения удельного теплового сопротивления и устройство для его осуществления», авторы: А.Н. Балалаев и др.].The closest technical solution is a method for measuring thermal resistivity, which consists in the fact that the heat flow is divided into two streams, one of which is passed sequentially through the first reference object with a low thermal resistivity and the object under study, and the other stream is passed sequentially through the second a reference object with a small value of specific thermal resistance and a third reference object with a large value of specific thermal resistance, determine the time intervals during which the temperature of the first and second reference objects rises by a given value, the difference between these time intervals determines the value of the ratio of the specific thermal resistance of the object under study to the known specific thermal resistance of the third reference object from the dependence graph between these values, which is obtained previously by replacing the object under study with variants of the fourth reference object with different known value of specific thermal resistance and the same heat capacity with the object under study [see. patent of the Russian Federation No. 2736322, class. G01N 25/18, publ. 11/13/2020 Bull. No. 32, “Method for measuring specific thermal resistance and a device for its implementation”, authors: A.N. Balalaev and others].
Недостаток данного способа заключается в большой погрешности способа, возникающей при измерении удельного теплового сопротивления исследуемого объекта с близким удельным тепловым сопротивлением к известному удельному тепловому сопротивлению третьего эталонного объекта из-за малой величины разности интервалов времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на заданную величину, и близости при этом величины разности интервалов времени к погрешности измерения времени.The disadvantage of this method lies in the large error of the method that occurs when measuring the specific thermal resistance of the object under study with a close specific thermal resistance to the known specific thermal resistance of the third reference object due to the small difference in the time intervals during which the temperature of the first and second reference objects rises by a given value, and the proximity of the value of the difference of time intervals to the error of time measurement.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является устройство измерения удельного теплового сопротивления, содержащее источник тепловой энергии, вырабатывающий тепловой поток, прибор измерения электрической мощности, первый эталонный объект, второй эталонный объект, объект измерения, первый измеритель температуры, второй измеритель температуры, третий измеритель температуры, электронный блок обработки, позволяющий регистрировать значение температуры на текущий момент времени, выход первого измерителя температуры соединен с первым входом электронного блока обработки, выход второго измерителя температуры соединен с вторым входом электронного блока обработки, выход третьего измерителя температуры соединен с третьим входом электронного блока обработки, к второму эталонному объекту примыкает третий эталонный объект с большой известной величиной удельного теплового сопротивления, а вместо объекта измерения могут устанавливаться геометрически подобные с измеряемым объектом варианты четвертого эталонного объекта с различными известными величинами удельного теплового сопротивления, первый и второй эталонные объекты, имеющие малую величину удельного теплового сопротивления, размещены с двух противоположных сторон источника тепловой энергии, при этом обеспечивается прохождение одной части теплового потока последовательно через первый эталонный объект и исследуемый объект или один из вариантов четвертого эталонного объекта, а другой части теплового потока обеспечивается прохождение последовательно через второй эталонный объект и третий эталонный объект, первый измеритель температуры размещен в пазу первого эталонного объекта, который расположен на равном расстоянии от его противоположных граней и на равном расстоянии от кромок противоположных граней, второй измеритель температуры размещен в пазу второго эталонного объекта, который расположен на равном расстоянии от его противоположных граней и на равном расстоянии от кромок противоположных граней, третий измеритель температуры размещен в окружающей среде [см. патент РФ №2736322, кл. G01N 25/18, опубл. 13.11.2020 Бюл. №32, «Способ измерения удельного теплового сопротивления и устройство для его осуществления», авторы: А.Н. Балалаев и др.].The closest in technical essence to the claimed device is a device for measuring thermal resistivity, containing a source of thermal energy that generates a heat flux, an electrical power measuring device, a first reference object, a second reference object, a measurement object, a first temperature meter, a second temperature meter, a third meter temperature, an electronic processing unit that allows you to register the temperature value at the current time, the output of the first temperature meter is connected to the first input of the electronic processing unit, the output of the second temperature meter is connected to the second input of the electronic processing unit, the output of the third temperature meter is connected to the third input of the electronic processing unit , a third reference object with a large known value of thermal resistivity is adjacent to the second reference object, and instead of the measurement object, geometrically similar to the measured volume can be installed Some variants of the fourth reference object with different known values of specific thermal resistance, the first and second reference objects having a small value of specific thermal resistance, are placed on two opposite sides of the source of thermal energy, while ensuring the passage of one part of the heat flux sequentially through the first reference object and the object under study. object or one of the variants of the fourth reference object, and the other part of the heat flow is ensured to pass sequentially through the second reference object and the third reference object, the first temperature meter is placed in the groove of the first reference object, which is located at an equal distance from its opposite faces and at an equal distance from edges of opposite faces, the second temperature meter is placed in the groove of the second reference object, which is located at an equal distance from its opposite faces and at an equal distance from the edges of opposite faces, the third the temperature meter is placed in the environment [see patent of the Russian Federation No. 2736322, class. G01N 25/18, publ. 11/13/2020 Bull. No. 32, “Method for measuring specific thermal resistance and a device for its implementation”, authors: A.N. Balalaev and others].
Недостаток данного устройства заключается в сложности конструкции, в частности, в необходимости использования третьего и четвертого эталонных объектов с большой величиной удельного теплового сопротивления.The disadvantage of this device lies in the complexity of the design, in particular, the need to use the third and fourth reference objects with a large value of thermal resistivity.
Техническим результатом предлагаемого способа измерения удельного теплового сопротивления и устройства для его осуществления является снижение погрешности способа за счет увеличения разности интервалов времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на заданную величину, а также упрощение конструкции устройства. The technical result of the proposed method for measuring specific thermal resistance and the device for its implementation is to reduce the error of the method by increasing the difference in time intervals during which the temperature of the first and second reference objects rises by a given value, as well as simplifying the design of the device.
Технический результат достигается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что тепловой поток формируют и разделяют на два потока, один из которых пропускают последовательно через первый эталонный объект с малой величиной удельного теплового сопротивления, и исследуемый объект, а другой поток пропускают через второй эталонный объект с малой величиной удельного теплового сопротивления, согласно изобретению, определяют интервалы времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на определенные заданные величины, по средней разности интервалов времени, деленных на соответствующую величину повышения температуры первого и второго эталонных объектов, определяют величину удельного теплового сопротивления исследуемого объекта из графика зависимости между этими величинами, который получают предварительно путем замены исследуемого объекта на варианты третьего эталонного объекта с различной известной величиной удельного теплового сопротивления, с одинаковыми с исследуемым объектом геометрическими размерами и близкими значениями температуропроводности.The technical result is achieved by the fact that in a known method, which consists in the fact that the heat flow is formed and divided into two flows, one of which is passed sequentially through the first reference object with a low thermal resistivity and the object under study, and the other flow is passed through the second reference object with a low value of thermal resistivity, according to the invention, determine the time intervals during which the temperature of the first and second reference objects rises by certain predetermined values, by the average difference of the time intervals divided by the corresponding increase in temperature of the first and second reference objects, determine the value of the specific thermal resistance of the object under study from the graph of the relationship between these values, which is obtained previously by replacing the object under study with variants of the third reference object with a different known value of the specific thermal resistance, with one similar to the object under study with geometric dimensions and close values of thermal diffusivity.
Такой вариант реализации заявленного способа измерения удельного теплового сопротивления позволяет обеспечить снижение погрешности способа за счет увеличения разности интервалов времени, в течение которых температура первого и второго эталонных объектов повышается на заданные величины, что достигается увеличением интервалов времени, в течение которых температура второго эталонного объекта повышается на заданную величину, из-за теплообмена открытой поверхности второго эталонного объекта с окружающей средой. This embodiment of the claimed method for measuring thermal resistivity makes it possible to reduce the error of the method by increasing the difference between the time intervals during which the temperature of the first and second reference objects rises by specified values, which is achieved by increasing the time intervals during which the temperature of the second reference object rises by a given value, due to the heat exchange of the open surface of the second reference object with the environment.
Технический результат достигается по п.2 формулы изобретения тем, что в известное устройство, содержащее источник тепловой энергии, вырабатывающий тепловой поток, прибор измерения электрической мощности, первый эталонный объект, второй эталонный объект, первый измеритель температуры, второй измеритель температуры, третий измеритель температуры, электронный блок обработки, выход первого измерителя температуры соединен с первым входом электронного блока обработки, выход второго измерителя температуры соединен с вторым входом электронного блока обработки, выход третьего измерителя температуры соединен с третьим входом электронного блока обработки, первый и второй эталонные объекты, имеющие малую величину удельного теплового сопротивления, размещены с двух противоположных сторон источника тепловой энергии, при этом обеспечивается прохождение одной части теплового потока последовательно через первый эталонный объект и исследуемый объект, а другой части теплового потока через второй эталонный объект, первый измеритель температуры размещен в пазу первого эталонного объекта, который расположен на равном расстоянии от его противоположных граней и на равном расстоянии от кромок противоположных граней, второй измеритель температуры размещен в пазу второго эталонного объекта, который расположен на равном расстоянии от его противоположных граней и на равном расстоянии от кромок противоположных граней, третий измеритель температуры размещен в окружающей среде, согласно изобретения, дополнительно введены геометрически подобные с исследуемым объектом варианты третьего эталонного объекта с различными известными величинами удельного теплового сопротивления, одинаковыми с исследуемым объектом геометрическими размерами и близкими значениями температуропроводности, которые своим расположением могут замещать исследуемый объект, при этом обеспечивается прохождение одной части теплового потока последовательно через первый эталонный объект и один из вариантов третьего эталонного объекта, свободная поверхность второго эталонного объекта размещена в окружающей среде, что обеспечивает прохождение другой части теплового потока через второй эталонный объект в окружающую среду.The technical result is achieved according to
Такой вариант выполнения заявленного устройства для измерения удельного теплового сопротивления позволяет упростить конструкцию за счет уменьшения количества эталонных объектов.Such an embodiment of the claimed device for measuring specific thermal resistance makes it possible to simplify the design by reducing the number of reference objects.
То, что поставленная задача изобретения действительно решается в заявленном способе и устройстве, можно проиллюстрировать следующим образом.The fact that the object of the invention is actually solved in the claimed method and device can be illustrated as follows.
В качестве источника тепловой энергии в заявленном способе и устройстве используется плоский преобразователь электрической энергии в тепловую энергию. В прилегающие к нему с двух сторон первый и второй эталонные объекты с преобразователя электрической энергии поступают удельные тепловые потоки, соответственно, q1, и q2. Так как первый и второй измерители температуры размещены в геометрических центрах первого и второго эталонных объектов, а коэффициенты теплопроводности этих объектов велики (например, для алюминиевого сплава коэффициент теплопроводности равен 200 Вт/(м К)), то измеряемые температуры в геометрических центрах этих объектов при небольшой их толщине в 2…5 мм можно принять за среднемассовые. Материал и геометрические размеры первого и второго эталонных объектов удобно принять одинаковыми.As a source of thermal energy in the claimed method and device, a flat converter of electrical energy into thermal energy is used. The first and second reference objects adjacent to it on both sides are supplied with specific heat fluxes, respectively, q 1 and q 2 from the electric energy converter. Since the first and second temperature meters are located in the geometric centers of the first and second reference objects, and the thermal conductivity coefficients of these objects are large (for example, for an aluminum alloy, the thermal conductivity coefficient is 200 W / (m K)), the measured temperatures in the geometric centers of these objects at their small thickness of 2 ... 5 mm can be taken as average mass. It is convenient to take the material and geometrical dimensions of the first and second reference objects to be the same.
Так как второй эталонный объект имеет свободную поверхность, охлаждаемую воздухом окружающей среды за счет свободной конвекции, а такая же по величине поверхность первого эталонного объекта сопряжена с исследуемым объектом, что создает сопротивление отводу теплоты, то при постоянных величинах q1, и q2 среднемассовая температура первого эталонного объекта будет расти быстрее, чем среднемассовая температура второго эталонного объекта, причем, разность скоростей роста среднемассовых температур первого и второго эталонных объектов тем больше, чем больше удельное тепловое сопротивление исследуемого объекта. На зависимость между разностью скоростей роста среднемассовых температур первого и второго эталонных объектов кроме удельного теплового сопротивления исследуемого объекта также влияет теплоемкость объекта измерения и его геометрические размеры [3, с. 39, 40]. Таким образом, для определенных геометрических размеров, коэффициента теплопроводности, плотности и удельной теплоемкости объекта измерения существует зависимость между разностью скоростей роста среднемассовых температур первого и второго эталонных объектов и удельного теплового сопротивления объекта измерения. Эту зависимость можно найти экспериментально, если заменить исследуемый объект на геометрически подобные ему варианты третьего эталонного объекта с различными известными величинами удельного теплового сопротивления и близкими с исследуемым объектом значениями температуропроводности, что означает приблизительно одинаковые значения частного от деления коэффициента теплопроводности на плотность и удельную теплоемкость [3, с. 36, 37]. Однозначность и одинаковость найденной экспериментально зависимости для различных вариантов третьего эталонного объекта и исследуемого объекта обеспечивается равенством площадей различных частей поверхностей этих объектов. Since the second reference object has a free surface cooled by the ambient air due to free convection, and the surface of the first reference object of the same size is associated with the object under study, which creates resistance to heat removal, then at constant values of q 1 and q 2 the average mass temperature of the first reference object will grow faster than the mass average temperature of the second reference object, and the difference in the growth rates of the mass average temperatures of the first and second reference objects is the greater, the greater the specific thermal resistance of the object under study. The dependence between the difference in the growth rates of the average mass temperatures of the first and second reference objects, in addition to the specific thermal resistance of the object under study, is also affected by the heat capacity of the measurement object and its geometric dimensions [3, p. 39, 40]. Thus, for certain geometric dimensions, thermal conductivity, density and specific heat of the measurement object, there is a relationship between the difference in the growth rates of the average mass temperatures of the first and second reference objects and the specific thermal resistance of the measurement object. This dependence can be found experimentally if we replace the object under study with geometrically similar variants of the third reference object with different known values of specific thermal resistance and close values of thermal diffusivity with the object under study, which means approximately the same values of the quotient from dividing the thermal conductivity coefficient by density and specific heat capacity [3 , with. 36, 37]. The unambiguity and similarity of the dependence found experimentally for various variants of the third reference object and the object under study is ensured by the equality of the areas of various parts of the surfaces of these objects.
При исследовании нескольких вариантов третьего эталонного объекта строится график экспериментальной зависимости средней разности скоростей роста среднемассовых температур первого и второго эталонных объектов от удельного теплового сопротивления вариантов третьего эталонного объекта. Для определения удельного теплового сопротивления исследуемого объекта, вместо третьего эталонного объекта устанавливается объект измерения, проводится эксперимент по определению средней величины разности скоростей роста среднемассовых температур первого и второго эталонных объектов, по которой из графика экспериментальной зависимости определяется величина удельного теплового сопротивления объекта измерения.When studying several variants of the third reference object, a graph of the experimental dependence of the average difference in the growth rates of the average mass temperatures of the first and second reference objects on the specific thermal resistance of the variants of the third reference object is plotted. To determine the specific thermal resistance of the object under study, instead of the third reference object, the measurement object is installed, an experiment is carried out to determine the average value of the difference in the growth rates of the average mass temperatures of the first and second reference objects, according to which the value of the specific thermal resistance of the measurement object is determined from the graph of the experimental dependence.
Погрешность данного способа определения удельного теплового сопротивления объекта измерения из графика экспериментальной зависимости можно минимизировать, если разность времени нагревания первого и второго эталонных объектов на одну и ту же величину температуры будет значительно больше погрешности прибора для измерения времени. Данную разность можно увеличить по сравнению с прототипом, если поместить открытую поверхность второго эталонного объекта в окружающую среду для отбора теплоты от второго эталонного объекта за счет свободной конвекции. Температура второго эталонного объекта при этом растет медленнее, чем в прототипе способа, разность времени нагревания первого и второго эталонных объектов на одну и ту же величину температуры будет больше, и погрешность заявляемого способа определения удельного теплового сопротивления объекта уменьшится. Кроме того, если в качестве ординаты графика экспериментальной зависимости использовать не разности времен, за которые среднемассовые температуры первого и второго эталонных объектов повышаются на заданную величину, как в прототипе способа, а среднюю разность скоростей роста среднемассовых температур первого и второго эталонных объектов, то среднеквадратичная погрешность заявляемого способа также будет уменьшаться. Расчеты показали, что максимальная среднеквадратичная погрешность заявляемого способа измерения удельного теплового сопротивления составляет 6%.The error of this method for determining the specific thermal resistance of the measurement object from the graph of the experimental dependence can be minimized if the difference in the heating time of the first and second reference objects by the same temperature value is significantly greater than the error of the instrument for measuring time. This difference can be increased in comparison with the prototype, if you place the open surface of the second reference object in the environment to remove heat from the second reference object due to free convection. The temperature of the second reference object at the same time grows more slowly than in the prototype of the method, the difference in the heating time of the first and second reference objects by the same temperature value will be greater, and the error of the proposed method for determining the specific thermal resistance of the object will decrease. In addition, if as the ordinate of the plot of the experimental dependence we use not the difference in times over which the average mass temperatures of the first and second reference objects increase by a given value, as in the prototype of the method, but the average difference in the growth rates of the average mass temperatures of the first and second reference objects, then the root-mean-square error of the proposed method will also decrease. Calculations have shown that the maximum root-mean-square error of the proposed method for measuring specific thermal resistance is 6%.
За счет сокращения числа эталонных объектов в заявляемом устройстве по сравнению с прототипом устройства упрощается конструкция заявляемого устройства.By reducing the number of reference objects in the claimed device compared to the device prototype, the design of the claimed device is simplified.
Итак, задача изобретения действительно решается в заявленных способе измерения удельного теплового сопротивления и устройстве для его осуществления.So, the objective of the invention is indeed solved in the claimed method for measuring the specific thermal resistance and the device for its implementation.
На фиг. 1 представлен местный вид конструктивного исполнения заявленного устройства с исследуемым объектом.In FIG. 1 shows a local view of the design of the claimed device with the object under study.
На фиг. 2 показан разрез А-А первого эталонного объекта с соотношениями размеров.In FIG. 2 shows section A-A of the first reference object with size ratios.
На фиг. 3 представлена аксонометрическая проекция конструктивного исполнения заявленного устройства с четвертым эталонным объектом.In FIG. 3 shows an axonometric projection of the design of the claimed device with the fourth reference object.
Позиции на фигурах: 1 – источник тепловой энергии; 2 – первый эталонный объект; 3 – паз в первом эталонном объекте; 4 – первый измеритель температуры; 5 – второй эталонный объект; 6 – паз во втором эталонном объекте; 7 – второй измеритель температуры; 8 – исследуемый объект; 9 – третий измеритель температуры; 10 – электронный блок обработки измерения температуры; 11 – прибор измерения электрической мощности; 12 – третий эталонный объект. Positions on the figures: 1 - source of thermal energy; 2 - the first reference object; 3 – groove in the first reference object; 4 – first temperature meter; 5 – second reference object; 6 - groove in the second reference object; 7 – second temperature meter; 8 – object under study; 9 – third temperature meter; 10 – electronic block for temperature measurement processing; 11 - device for measuring electric power; 12 - the third reference object.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что перед испытанием исследуемого объекта 8 (фиг 1) проводят предварительные испытания, в которых вместо исследуемого объекта 8 устанавливают один из нескольких вариантов третьего эталонного объекта 12 (фиг. 3), на источник тепловой энергии 1 подают постоянную электрическую мощность, которую измеряют и контролируют с помощью прибора измерения электрической мощности 11, тепловой поток разделяют на два потока, один из которых пропускают последовательно через первый эталонный объект 2 с большой величиной коэффициента теплопроводности (малой величиной удельного теплового сопротивления), и один из вариантов третьего эталонного объекта 12 с известной величиной коэффициента теплопроводности (удельного теплового сопротивления), а другой поток пропускают последовательно через второй эталонный объект 5 с большой величиной коэффициента теплопроводности (малой величиной удельного теплового сопротивления), с помощью измерителей температуры 4, 7, размещенных в пазах 3 и 6 таким образом, чтобы их рабочие органы находились в геометрических центрах первого эталонного объекта 2 и второго эталонного объекта 5 (фиг. 2), замеряют среднемассовые температуры первого эталонного объекта 2 и второго эталонного объекта 5, с помощью измерителя температуры 9, размещенного в окружающей среде, замеряют температуру окружающей среды. Электрические сигналы измерителей температуры 4, 7, 9 преобразуют с помощью электронного блока 10 в численные значения температуры, которые фиксируют на моменты времени измерения. По достижении значений температуры, определенных с помощью измерителей температуры 4 и 7, например, значению температуры окружающей среды, определенной с помощью измерителя температуры 9, плюс 2°С, эти значения температуры фиксируют на моменты времени τ s 1 нач и τ s 2 нач (обеспечение наступления регулярного теплового режима первого рода). По достижении значений температуры, определенных с помощью измерителей температуры 4 и 7, равных, например, значению температуры окружающей среды плюс 5°С, эти значения температуры фиксируют на моменты времени τ s 1 кон и τ s 2 кон. Далее рассчитывают величины интервалов времени нагрева эталонных объектов 2 и 5 на заданную величину, например, на ∆t = 3°С – ∆τ s 1 и ∆τ s 2, равные разностям между τ s 1 кон и τ s 1 нач, τ s 2 кон и τ s 2 нач, соответственно, и вычисляют величину разности между ∆τ s 2 и ∆τ s 1. Повторяют все действия для других вариантов третьего эталонного объекта 12 и строят графическую зависимость средней разности скоростей роста среднемассовых температур первого и второго эталонных объектов – (∆τ s 2/∆t - ∆τ s 1/∆t) от удельного теплового сопротивления третьего эталонного объекта 12. Затем в вместо третьего эталонного объекта 12 устанавливают исследуемый объект 8 и проводят действия по нахождению величины средней разности скоростей роста среднемассовых температур первого и второго эталонных объектов, по которой определяют величину удельного теплового сопротивления исследуемого объекта 8 из графика зависимости разности скоростей роста среднемассовых температур первого и второго эталонных объектов от отношения удельного теплового сопротивления третьего эталонного объекта 12. В общем случае величина повышения температуры ∆t для первого и второго эталонных объектов может быть разной.The essence of the proposed method lies in the fact that before testing the object under study 8 (Fig. 1), preliminary tests are carried out, in which instead of the object under
Предлагаемое устройство поясняется чертежами, показанными на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3.The proposed device is illustrated by the drawings shown in Fig. 1, fig. 2 and FIG. 3.
Устройство для реализации заявляемого способа измерения удельного теплового сопротивления содержит источник тепловой энергии 1, выполненный, например, в виде двух плоских керамических пластин со спиральным электрическим нагревателем между ними, первый эталонный объект 2 с пазом 3, первый измеритель температуры 4, второй эталонный объект 5, с пазом 6, второй измеритель температуры 7, третий измеритель температуры 9, электронный блок обработки измерения температуры 10, прибор измерения электрической мощности 11, третий эталонный объект 12. Пазы 3 и 6 проходят по середине толщины соответственно первого эталонного объекта 2 и второго эталонного объекта 5 (фиг. 2). Первый измеритель температуры 4 и второй измеритель температуры 7 находятся, соответственно, в пазах 3 и 6, а рабочие органы первого измерителя температуры 4 и второго измерителя температуры 7 располагаются в геометрических центрах, соответственно, первого эталонного объекта 2 и второго эталонного объекта 5. Выходные клеммы источника тепловой энергии 1 соединены с внешним источником электроэнергии и прибором измерения электрической мощности 11, одна плоская поверхность источника тепловой энергии 1 совмещена с первой плоской поверхностью первого эталонного объекта 2, другая плоская поверхность источника тепловой энергии 1 совмещена с первой плоской поверхностью второго эталонного объекта 5, вторая плоская поверхность первого эталонного объекта 2 совмещена с плоской поверхностью исследуемого объекта 8, вторая плоская поверхность второго эталонного объекта 5 размещена в окружающей среде, третий измеритель 9 температуры может быть размещен в окружающей среде вблизи предлагаемого устройства, выход первого измерителя температуры 4 соединен с первым входом электронного блока обработки измерения температуры 10, выход второго измерителя температуры 7 соединен с вторым входом электронного блока обработки измерения температуры 10, выход третьего измерителя 9 температуры соединен с третьим входом электронного блока обработки измерения температуры 10. Первый эталонный объект 2 и второй эталонный объект 5 обладают малой величиной удельного теплового сопротивления, что позволяет получать высокую скорость нагрева этих объектов и равномерную по объему температуру. Исследуемый объект 8 (фиг. 1) допускает замену на третий эталонный объект 12 (фиг. 3), который имеет несколько различных вариантов исполнения, имеющих одинаковые с объектом измерения 8 габаритные геометрические размеры и близкие значения температуропроводности, но отличающихся друг от друга значениями удельного теплового сопротивления, что позволяет обеспечить однозначность и одинаковость экспериментальной зависимости между средней величиной разности скоростей роста среднемассовых температур первого и второго эталонных объектов и величиной удельного теплового сопротивления для различных вариантов третьего эталонного объекта 12 и исследуемого объекта 8.The device for implementing the proposed method for measuring thermal resistivity contains a source of
Устройство для реализации заявляемого способа измерения удельного теплового сопротивления работает следующим образом. Источник тепловой энергии 1 имеет на входе постоянную электрическую мощность, которая измеряется и контролируется прибором измерения электрической мощности 11, преобразуется в тепловой поток и разделяется на два тепловых потока, первый из которых входит в первый эталонный объект 2, а второй тепловой поток входит во второй эталонный объект 5. Первый тепловой поток расходуется на нагрев первого эталонного объекта 2, исследуемого объекта 8 и выходит в окружающую среду через свободные торцевые поверхности первого эталонного объекта 2 и свободные поверхности исследуемого объекта 8. Второй тепловой поток расходуется на нагрев второго эталонного объекта 5 и выходит в окружающую среду через свободные поверхности второго эталонного объекта 5. Сигналы от измерителей температуры 4, 7, 9 обрабатываются электронным блоком обработки измерения температуры 10 в виде численных значений переменных Т s 1, Т s 2 и T h на фиксируемый момент времени τ. Предложенное устройство допускает замену исследуемого объекта 8 на варианты четвертого эталонного объекта 12.A device for implementing the proposed method for measuring thermal resistivity operates as follows. The
Предлагаемое изобретение позволяет уменьшить среднеквадратическую погрешность заявляемого способа измерения удельного теплового сопротивления до 6%.The present invention makes it possible to reduce the root-mean-square error of the proposed method for measuring specific thermal resistance to 6%.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
1. Патент РФ на изобретение №2330270, кл. G01N 25/18. Способ измерения удельного теплового сопротивления и устройство для его осуществления / Е.В. Абрамова, А.И. Богоявленский, О.Н. Будадин, и др. – Заявка №2006120331/28, Заявлено 31.05.2006; Опубл. 27.07.2008; Приоритет 31.05.2006 // Изобретения. Полезные модели. – 2008. - Бюл. №21.1. RF patent for the invention No. 2330270, class. G01N 25/18. A method for measuring specific thermal resistance and a device for its implementation / E.V. Abramova, A.I. Bogoyavlensky, O.N. Budadin, et al. - Application No. 2006120331/28, Claimed on May 31, 2006; Published 07/27/2008; Priority 31.05.2006 // Inventions. Useful models. - 2008. - Bull. No. 21.
2. Патент РФ на изобретение №2736322, G01N 25/18. Способ измерения удельного теплового сопротивления и устройство для его осуществления / А.Н. Балалаев, М.А. Паренюк, Д.М. Тимкин. – Заявка № 2018146922; Заявлено 26.12.2018; Опубл. 13.11.20; Приоритет 26.12.2018 // Изобретения. Полезные модели. – 2020. – Бюл. №32.2. RF patent for the invention No. 2736322, G01N 25/18. A method for measuring specific thermal resistance and a device for its implementation / A.N. Balalaev, M.A. Parenyuk, D.M. Timkin. – Application No. 2018146922; Declared 12/26/2018; Published 11/13/20;
3. Суслов В.А. Тепломассообмен: учеб. пособие / СПбГУПТД ВШ ТиЭ. СПб., 2016. Часть 1. – 98 с.3. Suslov V.A. Heat and mass transfer: textbook. allowance / SPbGUPTD VSH T&E. SPb., 2016.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2771997C1 true RU2771997C1 (en) | 2022-05-16 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2330270C2 (en) * | 2006-05-31 | 2008-07-27 | Елена Вячеславовна Абрамова | Device and calculation method of thermal resistivity |
| JP2011002448A (en) * | 2009-05-20 | 2011-01-06 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | Method, apparatus and program for measuring specific thermal resistance of soil |
| RU2722088C1 (en) * | 2019-05-06 | 2020-05-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Method of measuring specific thermal resistance and device for implementation thereof |
| RU2736322C2 (en) * | 2018-12-26 | 2020-11-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Method of measuring specific thermal resistance and device for implementation thereof |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2330270C2 (en) * | 2006-05-31 | 2008-07-27 | Елена Вячеславовна Абрамова | Device and calculation method of thermal resistivity |
| JP2011002448A (en) * | 2009-05-20 | 2011-01-06 | Central Res Inst Of Electric Power Ind | Method, apparatus and program for measuring specific thermal resistance of soil |
| RU2736322C2 (en) * | 2018-12-26 | 2020-11-13 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Method of measuring specific thermal resistance and device for implementation thereof |
| RU2722088C1 (en) * | 2019-05-06 | 2020-05-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) | Method of measuring specific thermal resistance and device for implementation thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2387981C1 (en) | Method for complex detection of thermal characteristics of materials | |
| Wuxderlich et al. | Dynamic differential thermal analysis of the glass transition interval | |
| RU2771997C1 (en) | Method for measuring specific thermal resistance and device for its implementation | |
| Clark et al. | Measurement of thermal conduction by the thermal comparator | |
| JPS6250652A (en) | Method and instrument for measuring thermal diffusivity | |
| Butler Jr et al. | Galvano-and thermomagnetic phenomena in iron and nickel | |
| RU2568983C1 (en) | Method to determine coefficient of heat conductivity of liquid heat insulation in laboratory conditions | |
| RU2330270C2 (en) | Device and calculation method of thermal resistivity | |
| US2972882A (en) | Apparatus for measuring coating thicknesses | |
| RU2178166C2 (en) | Method of complex determination of thermal and physical characteristics of solid and dispersive materials | |
| RU2510491C2 (en) | Method of measuring emissivity factor | |
| Jamróz et al. | 14 Adaptive Sensors for Dynamic Temperature Measurements | |
| Zhang et al. | Short-hot-wire method for the measurement of the thermal conductivity of a fine fibre | |
| RU2722088C1 (en) | Method of measuring specific thermal resistance and device for implementation thereof | |
| RU2736322C2 (en) | Method of measuring specific thermal resistance and device for implementation thereof | |
| Malinarič et al. | Step-wise transient method-Influence of heat source inertia | |
| RU57464U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING SPECIFIC HEAT RESISTANCE | |
| SU949447A1 (en) | Method and device for measuring thermal physical characteristics | |
| RU2734062C1 (en) | Method for measuring heat conductivity of construction materials | |
| SU1165957A1 (en) | Method of determining thermal and physical characteristics of material flat specimens and device for effecting same | |
| SU958937A1 (en) | Thermal resistance determination method | |
| RU2250454C1 (en) | Method of nondestructive control of thermo-physical characteristics of solid materials | |
| JP2959895B2 (en) | How to measure temperature conductivity | |
| JP3146357B2 (en) | Precise measurement method of thermal conductivity of liquid material using short-time microgravity environment | |
| Hatton | Thermal conductivity and diffusivity measurements by an unsteady-state method with application to insulating materials containing moisture and ice |