SU1122954A1 - Device for determination of substance thermal physical parameters - Google Patents
Device for determination of substance thermal physical parameters Download PDFInfo
- Publication number
- SU1122954A1 SU1122954A1 SU833599928A SU3599928A SU1122954A1 SU 1122954 A1 SU1122954 A1 SU 1122954A1 SU 833599928 A SU833599928 A SU 833599928A SU 3599928 A SU3599928 A SU 3599928A SU 1122954 A1 SU1122954 A1 SU 1122954A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- heating element
- electrode
- electrodes
- medium
- temperature sensor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
УСТРОЙСТЮ ДНЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ . ТЕШ10ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВЕЩЕСТВ, содержащее нагревательный элемент, соединенный с источником питани , и датчик температуры, расположенный на нагревательном элементе, отличающеес тем, что, с целью уменьшени времени измерений и повышени точности, нагревательньй элемент выполнен в виде двух электродов соединенных с импульсным источником питани , при этом датчик температуры расположен на поверхности одного из электродов, выпрлненного в форме полой сферы из электро- и теплопровод щего материала. S (О Is9 ФSETTING THE DAY OF DEFINITION. TESH10PHYSICAL PARAMETERS OF SUBSTANCES containing a heating element connected to a power source and a temperature sensor located on the heating element, characterized in that, in order to reduce measurement time and increase accuracy, the heating element is made in the form of two electrodes connected to a pulsed power source with This temperature sensor is located on the surface of one of the electrodes, made in the form of a hollow sphere of electrically and thermally conductive material. S (O Is9 F
Description
tt
Изобретение относитс к исследованию теплофизических параметров, в частности к геофизическим исследовани м на акватори х с целью определени физических характеристик донных осадков, при этом определ емыми парвметрами вл ютс коэффициенты температуропроводности5объемна теплоемкость и коэффициент теплопроводности .The invention relates to the study of thermophysical parameters, in particular, geophysical studies in water areas in order to determine the physical characteristics of bottom sediments, with parwmeters being determined are thermal diffusivity coefficients 5 volume heat capacity and thermal conductivity coefficient.
Известно устройство дл определени теплофизических параметров веществ при исследовани х на акватори х , состо щее из цилиндрического изотермического зонда, внедр емого в исследуемую .среду, и датчика температуры , фиксирующего изменение температуры зонда в среде ij .A device is known for determining the thermophysical parameters of substances in studies on water areas, consisting of a cylindrical isothermal probe embedded in the medium under study, and a temperature sensor detecting a change in the temperature of the probe in the medium ij.
Недостатком данного -устройства вл етс отсутствие активного нагревательного элемента, позвол ющего создавать необходимую дл точных : измерений регулируемую разность температур среды и зонда. Этот недостаток особенно существенен при ист следовании свойств придонных грунтов на акватори х. В этом случае начальна температура зонда равна температуре придонного сло воды. Следствием этого вл етс мала начальна разность температур зонда и среды и соответственно низка точность определени теплофизических параметров.The disadvantage of this device is the absence of an active heating element, which makes it possible to create the adjustable temperature difference between the medium and the probe, which is necessary for accurate measurements. This disadvantage is especially significant when investigating the properties of bottom soils in water area x. In this case, the initial temperature of the probe is equal to the temperature of the bottom layer of water. The consequence of this is a small initial temperature difference between the probe and the medium and, accordingly, the accuracy of determining the thermophysical parameters is low.
Наиболее близким к изобретению вл етс устройство дл определени теплофизических параметров веществ, включающее нагревательный элемент, соединенный с источником питани , и датчик температуры, расположенный нэ поверхности нагревательного элемента .Closest to the invention is a device for determining the thermophysical parameters of substances, including a heating element connected to a power source, and a temperature sensor located on the surface of the heating element.
Нагревательный элемент выполнен в виде спирали, через которую протекает электрический ток от источника электрической энергии. Спираль находитс внутри цилиндрического металлического зонда, помещаемого в исследуемую среду, на поверхности зочда расположен датчик температуры. При протекании через спираль электрического тока тепло распростран етс в окружающую среду. Дл измерени теплофизических свойств необходимо нагреть достаточно большой объем среды таким образом, чтобы температура его значительно отличалась от первоначальной 2 .The heating element is designed in the form of a spiral through which electric current flows from the source of electrical energy. The coil is located inside a cylindrical metal probe placed in the test medium, and a temperature sensor is located on the surface of the opiate. When an electric current flows through the coil, the heat spreads to the environment. To measure the thermophysical properties, it is necessary to heat a sufficiently large volume of the medium so that its temperature is significantly different from the original 2.
Недостатком известного устройств вл етс то, что.при излучении вла229542A disadvantage of the known devices is that when emitting a radiation of 229542
гонасыщенных сред, какими вл ютс в большинстве случаев придонные отложени , длительный нагрев исследуемых сред, который необходим дл норJ мальной работы известного устройства, приводит к потере точности определени их теплофизичес.ких параметров. Это св зано с тем, что в услови х дли тельного нагрева во влагонасыщенныхIn most cases, bottom sediments, prolonged heating of the studied media, which is necessary for normal operation of a known device, leads to a loss of accuracy in determining their thermophysical parameters. This is due to the fact that under conditions of prolonged heating in moisture-saturated
10 средах равиваютс процессы массовлагопереноса , тем самым нарушаютс услови , лежащие в основе самого метода определени теплофизических свойств Целью изобретени вл етс уменьj шение времени измерений и повьшение их точности. .In the medium, mass transfer processes are formed, thus violating the conditions underlying the very method of determining the thermophysical properties. The aim of the invention is to reduce the measurement time and increase their accuracy. .
Указанна цель достигаетс тем, что в устройстве дл определени теплофизических параметров, содержа-This goal is achieved by the fact that in the device for determining the thermophysical parameters containing
0 щем нагревательный элемент, соедлненный с источником питани , и датчик температуры, расположенный на поверхности нагревательного элемента последний вьшолнен в виде двух элек5 тродов, соединенных с импульсным источником питани , при этом датчик температуры расположен на поверхности одного из электродов, выполненного в форме полой сферы из электрод и теплопрозод щего материала.The heating element connected to the power source and the temperature sensor located on the surface of the heating element are made in the form of two electrodes connected to a pulsed power source, while the temperature sensor is located on the surface of one of the electrodes made in the form of a hollow sphere electrode and heat transfer material.
При пропускании импiльcнoгo электрического тока через электроды осу ществл етс практически мгновенный нагрев исследуемой среды и, следовательно , сокращаетс врем экспери ментами повьшаетс его точность.When an imperial electric current is passed through the electrodes, the instantaneous heating of the medium under investigation is carried out and, consequently, the time is reduced by experiments, its accuracy is increased.
Hd чертеже изображено предлагаемое устройство.Hd drawing shows the proposed device.
Система из двух электродов, один из которых представл ет собой полуюA system of two electrodes, one of which is a hollow
электро- и теплопровод щую сферу 1 радиуса, а второй - электрод произвольной формы 2, подключена с помощью проводов 3 и ключа 4 к импульсному источнику тока 5. В рабочем по ложении оба электрода помещены в the electro- and heat-conducting sphere 1 is of radius, and the second is an arbitrary-shaped electrode 2, connected with wires 3 and a key 4 to a pulsed current source 5. In the working position both electrodes are placed in
исследуемую среду 6, имеющую тепло- . проводность Л , температуропроводность ЭС , удельную теплоемкость С,плотность р и электропроводность Citest medium 6 having heat. conductivity L, thermal diffusivity of ES, specific heat C, density p and electrical conductivity Ci
0 Датчик температуры 7 расположен на внешней поверхности электрода 1.0 Temperature sensor 7 is located on the outer surface of the electrode 1.
Устройство работает следующим образом .The device works as follows.
В момент t 0 ключ 4 замыкаетс ,At time t 0, key 4 closes,
5 и в исследуемой среде начинает проте-. кать ток, в момент о ключ 4 размыкаетс , так что длительность импульса тока составл ет tg. 3 В результате протекани тока происходит нагрев среды, при этом изменение избыточной температуры Т среды описываетс уравнением pCg.TlM.yE, (1) 3i где ,V : i U.y..i) иЕ E(x,ij,j;,-t) - плотность тока н пр женность электрического пол соответственно, X,|j,Z - координаты Фочек среды; U - лапласиан. В предлагаемом устройстве один из электродов вл етс полой сферой , а второй имеет площадь поверх ности, намного превосход щую площа сферического электрода. В случае, когда он удален от сферического эл тр(ща на рассто ние, намного прево ход щее его радиус d , задача сводитс к нагреву среды при стекании тока с одиночного сферического эле трода. Ураен ение (1) соответственно примет вид.. зт -Л а/ 73т 3F)J (2) где Г - координата точек среды, т ее рассто ние до центра сферическо электрода, j (гД) ,Б t (in.tJ . Дл уравнени (2) имеет место следующее граничное условие при о о .5 and in the test medium begins prote. The current at time oh key 4 is opened, so that the current pulse duration is tg. 3 As a result of the flow of current, the medium is heated, and the change in the excess temperature T of the medium is described by the equation pCg.TlM.yE, (1) 3i where, V: i Uy.i) and Е E (x, ij, j;, - t) is the current density and the electric field intensity, respectively; X, | j, Z are the coordinates of the Hoch environment; U is the Laplacian. In the proposed device, one of the electrodes is a hollow sphere, and the second has a surface area that is much larger than the area of a spherical electrode. In the case when it is removed from the spherical electron (by a distance much greater than its radius d, the task is to heat the medium when the current drains from a single spherical electrode. Uraenia (1) will take the form Л а / 73т 3F) J (2) where D is the coordinate of the points of the medium, t is its distance to the center of the spherical electrode, j (rD), B t (in.tJ. For equation (2) the following boundary condition takes place about .
Кроме того, поскольку длительность протекани тока ограничена, то справедливо выражениеIn addition, since the duration of the current flow is limited, the expression
Т(Ь,Ь)0 при г Ь - 00 (4) Плотность тока, стекающего со сферического электрода, равнаT (b, b) 0 when g b - 00 (4) The current density flowing from the spherical electrode is equal to
;/ ; /
(5)(five)
jb.jb.
где .UIt)- разность потенциалов междуwhere .UIt) is the potential difference between
электродами.electrodes.
Если длительность t импульса электрического тока мала в сравнении с длительностью процесса выравнивани температуры по объему среды . вследствие теплопроводности, то урав .нейие (2) распадаетс на дваIf the duration t of the pulse of electric current is small in comparison with the duration of the process of temperature equalization over the volume of the medium. due to thermal conductivity, the equation of (2) falls into two
) (6) ) (6)
мерные коэффициенты; «Cj - величина, определ ема из уравнени (к(Ь-а|)1 Таким образом, нормированна температура измеренна на границе нагреваемого сферического электрода, есть функци безразмерного времени -t и некоторого произвольного параметра t - (b-uJ/a. Поскольку температура при падает очень быстро, то избыточна температура Т практически равна нулю при любых -t . Следовательно , располага теоретической кривой Т (1 , , можно определить коэффициент температуропроводности следующим образом:dimensional coefficients; "Cj is the value determined from the equation (k (b-a |)) 1 Thus, the normalized temperature measured at the boundary of the heated spherical electrode is a function of the dimensionless time -t and some arbitrary parameter t - (b-uJ / a. Since when the temperature drops very quickly, the excess temperature T is almost zero for any -t. Therefore, the theoretical curve T (1,, can be used to determine the coefficient of thermal diffusivity as follows:
а) определ ютс температуры на поверхности сферического электрода в моменты t .f, и t - соответственно TQ и Т , 54 Fr(lT). (J). Тогда из t.6) , с учетом равенства (5)и услови Tlr.U- - lVuV4Ada dt - 4Аг 1 VpcVf/ )- электрическа энерги , выделивша с за врем tg протекани импульсного элек- трического тока; v- т-« Измер TeNfflepaTypy Т(а,to) на поверх ности сферического электрода, можно определить объемную теплоемкость исследуемой среды ( « Из уравнени С7), реша его стандартным методом разделени переменных и ввод безразмерные параметры, получим на границе сферического электрода r{f,i)Ttub-| e,e- ° Si«ei,ae, (9) где I F-rJa-,e ib-a)|a.3e(i-ioya ti,t) ,T,Tla,)l3Vpc,j f в1пЛка6(х-11 } , . безразб ) по измеренному значению 1a) the temperatures on the surface of the spherical electrode are determined at times t .f, and t is TQ and T, 54 Fr (lT), respectively. (J) Then, from t.6), taking into account equality (5) and the condition Tlr.U- - lVuV4Ada dt - 4Ag 1 VpcVf /), is the electric energy released during the time tg of the flow of the pulsed electric current; v- t- “Measuring TeNfflepaTypy T (a, to) on the surface of a spherical electrode, it is possible to determine the volumetric heat capacity of the medium under investigation (“ From equation C7), solving it by the standard method of separation of variables and entering dimensionless parameters r { f, i) Ttub- | e, e- ° Si «ei, ae, (9) where I F-rJa-, e ib-a) | a.3e (i iioya ti, t), T, Tla,) l3Vpc, jf v1plka6 (x -11}, bezbasb) by measured value 1
Т(1,0, теоретической кривой Т(1.1)Т(|,|) Tg и времени-V определ ют абсциссц t точки на теоретической кривой, ордината которой естT (1.0, theoretical curve T (1.1) T (|, |) Tg and time-V determine the abscissa t points on the theoretical curve, the ordinate of which is
Т()/То;T () / That;
в) определ ют коэффициент температуропроводностиc) determine the coefficient of thermal diffusivity
« l,,.“L ,,.
Зна величины Э€ и р. можно рпре делить и коэффициент теплопроводности 3ерс. .Know the magnitude of E € and p. It is also possible to divide the thermal conductivity coefficient of 3ers. .
Принципиальным дл данного устройства вл етс создание сферичес си симметричного электрического пол , что достигаетс не только основного, измерительного электрода в виде сферы, но и в отнесении второго электрода бесконечность Дл оценки величины необходимых межэйектродных рассто ний воспользуемс выражением дл потенциала сферического электрода, помещенного в среду с удельным электрическим сопротивлением ( (.3 ),The principle for this device is the creation of a spherical symmetric electric field, which is achieved not only by the main measuring electrode as a sphere, but also by assigning a second electrode infinity. To estimate the required interelectrode distance, we use the expression for the potential of a spherical electrode placed on the medium with electrical resistivity ((.3)
и и,/о, где иand and / o, where and
потенциан в среде на расстонии р от сферического электрода; .potential in the medium on the distance p from the spherical electrode; .
-М° 417а-M ° 417a
- „ .потенциал на поверхности Ч«ба - “. Potential on the surface of H“ ba
сферического электрода, spherical electrode
имеющего радиус d, - ток, протекающий черезhaving a radius of d, is the current flowing through
электрод.electrode.
Таким образом, электрическое поле , создаваемое при протекании через сферический электрод тока и распространени его в среде, вл етс сферически симметричным, следовательно , сферически симметричным в-л етс и распределение тмпературного пол в соответствии с уравнениемThus, the electric field created when a current flows through a spherical electrode and propagates it in a medium is spherically symmetric, therefore, the distribution of the temperature field is also spherically symmetric in accordance with the equation
Сб).Sat).
Если же на рассто нии S от сферического электрода расположен второй электрод сферической формы с те же радиусом Q , то сферическа симметри электрического и температурного пол нарушаетс , поскольку потенциал электрического пол на рассто нии от первого электрода равенIf, however, a second spherical electrode with the same radius Q is located at a distance S from the spherical electrode, the spherical symmetry of the electric and temperature field is violated, since the potential of the electric field at a distance from the first electrode is
()-() -
Из равентста (10) видно,что приизмерении на поверхности электрода.From equalizer (10) it can be seen that when measured on the electrode surface.
когда г q, отличие пол U,.(a) от сферического не будет превьпиать 10%, если межэлектрическое рассто ние 5 оставл ет не менее 10 радиусов Q электрода . Полученную оценку можно обобщить на случай, когда второй электрод имеет произвольную форму (сфера , плоскость, диск, цилиндр).when r q, the difference between the field U,. (a) and the spherical one will not exceed 10%, if the inter-electric distance 5 leaves at least 10 radii Q of the electrode. The obtained estimate can be generalized to the case when the second electrode has an arbitrary shape (sphere, plane, disk, cylinder).
Далее важно выбрать соотношениеNext, it is important to choose the ratio
размеров электродов таким, чтобы основна часть электрической энергии импульса Vl|io вьщел лась вблизи основного, сферического электрода . Так как дол выдел емой электрической энергии пропорциональна сопротивлению заземлени электродов, а эти сопротивлени , в свою очередь обратно пропорциональны площади поверхности , то при условии п типроцентной потери электрической энергий площадь электрода произвольной формы должна не менее чем в 20 раз превышать площадь основного сферического электрода.the size of the electrodes is such that the main part of the electrical energy of the pulse Vl | io is located near the main, spherical electrode. Since the proportion of the generated electric energy is proportional to the ground resistance of the electrodes, and these resistances, in turn, are inversely proportional to the surface area, provided that the percentage loss of electrical energy is provided, the area of the arbitrary electrode should be at least 20 times larger than the area of the main spherical electrode.
Длительность нагрева tg и величина избыточной температуры могут . быть оценены из следущих соображений: измерительный электрод с радиусом Q 0,5 см помещен в морские илы с d 4(0мм) ,5 кал/смтрад; электрический ток через электроды пропускаетс путем разр да конденсатора емкостью мкФ, зар женного до напр жени UQ 10UB сопротивление заземлени f 50 Ом. Тог да эффективна длительность тока to 3(5С, за которую в.среде выдел етс 99,8% энергии No CU /2, составит 6 мс. при этом температура T(o,io на поверхности электрода увеличитс на 0,. При уменьшении Q до 0,4 см врем i увеличитс до 8 мс, а скачок температуры - до 0,18 С. За врем i прогреваетс шаровой слой толщиной 2,2Q , причем на внешней границе сло температура составит 0,01 ).. Врем измерени дл определени коэффициента температуропроводности составит в этих услови х 3-10 с, в то врем кал дл прототипа врем измерений .составл ет 5-15 мин,The duration of heating tg and the amount of excess temperature can. be evaluated from the following considerations: a measuring electrode with a radius of Q 0.5 cm is placed in marine mud with d 4 (0 mm), 5 cal / cmrad; An electric current is passed through the electrodes by discharging a capacitor with a capacitance of microfarads, charged to a voltage of UQ 10UB, ground resistance f 50 ohms. Then the effective duration of the current to 3 (5 ° C, for which 99.8% of the No CU / 2 energy is released in the medium) is 6 ms. The temperature T (o, io on the electrode surface will increase by 0. When Q decreases to 0.4 cm, time i will increase to 8 ms, and a temperature jump to 0.18 C. During time i, a spherical layer with a thickness of 2.2Q is heated, and the temperature at the outer boundary of the layer will be 0.01). The measurement time for determining the coefficient of thermal diffusivity in these conditions will be 3–10 s, while for the prototype the time of measurement is 5–15 min.
Использование данного устройства в сравнении с прототипом обеспечивае повышение точности и уменьшение времени наблюдений за счет выполнени Using this device in comparison with the prototype provides increased accuracy and reduced observation time by
7n 229548 .7n 229548.
нагревательного элемента из двух риала, а также за счет пропускани электродов, один из которых - пола через электрбды импульсного электрисфера электротеплопровод щего мате- ческого тока.a heating element of two rials, as well as due to the transmission of electrodes, one of which is the floor through the electrodes of the pulsed electrosphere of an electrical heat-conducting electrical current.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU833599928A SU1122954A1 (en) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | Device for determination of substance thermal physical parameters |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU833599928A SU1122954A1 (en) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | Device for determination of substance thermal physical parameters |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU1122954A1 true SU1122954A1 (en) | 1984-11-07 |
Family
ID=21066522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU833599928A SU1122954A1 (en) | 1983-06-03 | 1983-06-03 | Device for determination of substance thermal physical parameters |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU1122954A1 (en) |
-
1983
- 1983-06-03 SU SU833599928A patent/SU1122954A1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 1. Янкелев Л.Ф, Зонд дл массовых определений термических коэффициентов без отбора проб.- Заводска лаборатори / 1955. № 5, с.607-612. 2.Любимова Е.В., Никитин В.Н., Томара Г.А. Тепловые пол внутренних и окраинных морей СССР. Наука, 1976, с.20-22 (прототип). 3.Справочник геофизика. Т.VI. Электроразведка.Недра, 1980, с.25. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Rhoades | Instrumental field methods of salinity appraisal | |
| Meissner et al. | Experimental evidence on time-dependent specific heat in vitreous silica | |
| Fujii et al. | Simultaneous measurements of thermal conductivity and thermal diffusivity of liquids under microgravity conditions | |
| CN107037079A (en) | One kind support beam type MEMS fluids thermal conductivity and thermal diffusion coefficient sensor and its preparation and method of testing | |
| CN107192734A (en) | The sensor and its test device of a kind of utilization Adsorbent By Using Transient Plane Source Technique test rock mass thermal conductivity | |
| JP2005519282A (en) | Measuring the presence and quality of fluids with transient imitation response | |
| SU1122954A1 (en) | Device for determination of substance thermal physical parameters | |
| Roberts | Electrical properties of microporous rock as a function of saturation and temperature | |
| Pakhomov et al. | Low-frequency divergence of the dielectric constant in metal-insulator nanocomposites with tunneling | |
| Boumaza et al. | Use of the transient plane source technique for rapid multiple thermal property measurements | |
| Kim et al. | Analysis of thickness and interfacial thermal resistance of Au microheater on glass or polyimide substrate. | |
| US3508148A (en) | In-place soil water conductivity tester | |
| SU1122953A1 (en) | Device for determination of substance thermal physical parameters | |
| RU51229U1 (en) | DEVICE FOR CONTROL OF SPECIFIC VOLUME ELECTRIC RESISTANCE OF COMPOSITE ELECTRIC CONDUCTING MATERIALS | |
| JP3146357B2 (en) | Precise measurement method of thermal conductivity of liquid material using short-time microgravity environment | |
| Wang et al. | Improved methods to determine the electrochemical Peltier heat using a thermistor I: Improved heat-sensor electrodes and lumped-heat-capacity analysis | |
| Mirkovich | Thermal diffusivity measurement of Armco iron by a novel method | |
| SU1377696A1 (en) | Method of determining thermal conductivity and heat exchange characteristics | |
| CN220271221U (en) | Device for measuring concentration of solution | |
| SU1318885A1 (en) | Method of measuring thermal conductivity of material | |
| SU1603270A1 (en) | Device for determining heat conduction | |
| Vretenár | Extended version of Pulse transient method | |
| RU2703720C1 (en) | Method of determining the temperature coefficient of resistance of thin conducting films using a four-probe measurement method | |
| SU1742697A1 (en) | Method of moisture content measurement in loose materials | |
| Guillemin et al. | A method of quantitative heat application to small skin areas at controlled temperature |