SU1314236A1 - Способ комплексного определени теплофизических характеристик материалов и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области теплофизических измерений. Пелью изобретени   вл етс  уменьшение времени проведени  теплофизическог о зкс- перимента и повышение точности определени  искомых характеристик. Способ состоит в тепловом воздействии на поверхность полубесконечного в тепловом отношении исследуемого тела от линейного источника тепла импульсами посто нной мощности. Избыточную тем.пературу измер ют в двух точках поверхности, равноотсто щих от линии Действи  источника. Тепловые импульсы нанос т на поверхность исследуемого тела в моменты времени, определ емые заданной зависимостью. В заданный момент времени измер ют избыточную температуру в точках контрол , рассто ние до которых от линии действи  источника тепла задают в соответствии с определенным условием, искомые характеристики рассчитывают по формулам. Регулирование интервалов между тепловьми импульсами и стабилизаци  энергии каждог о теплового импульса осуществл етс  за счет введени  в устройство реверсивног о счетчика, второго и третьег О элементов 2И-НЕ, тиристора , формировател  амплитуды, соединенных соответствующим образом. 2 с.п.ф-лы, 1 ил. § (Л

Description

Изобретение относитс  к технической физике, в частности к теплофи- зическим измерени м, и может найти широкое применение в народном хоз йстве при производстве синтетических материалов и изделий из них.

Целью изобретени   вл етс  уменьшение времени проведени  теплофизи- ческого эксперимента и повышение точности определени  искомых теплофизи- ческих характеристик.

На чертеже представлена измерительна  схема устройства.

Сущность способа заключаетс  в

следующем.

На теплоизолированную поверхность исследуемого тела помещают линейный источник тепла и в моменты

(х.

,)

Тд (х,

N -

Поделив эти температуры, получаем .) / Т(х .Тизм) ехр

Вы

рав точки контрол  так, что

In

2 УТг (х,, Сизм)

U3M -- VT,(X, ;Г„,) - ГТ,(х,,Г„1д, ) - 4 .,)

Полученный коэффициент температу- кие Т и определ ем теплопроводность ропроводности подставл ем в выраже- 50 исследуемого материала по формуле

Таким,образом, измерив температуру в заданный момент времени в двух точках поверхности исследуемого те3U236

| ч-

времени ty. - Г /i, где момент времени измерени  тем пературы в точках контрол , i 1,- 2,3,... - натуральный р д чисел,

5 осуществл ют тепловое воздействие на тело импульсами посто нной мощности Qp.Затем в момент измер ют значение избыточной температуры в точках контрол , расположен10 ных на рассто ни х х, и х от линии действи  источника, удовлетвор ющих условию Хл 1 X, ,после чего искомые теплофизические характеристики определ ют по формулам.

t5 Температура в момент времени в точках контрол , расположенных на рассто нии х г ° линии действи  источника, будет выражатьс  как ;

г г г - X л

4/V а HiM

)(

х;

1 - ехр (- 4 ) 2

1 л . 7

ехр , ч (- .,,„)

МЗМ

х, VT X , находим искомые коэффициенты а

и ; .

ла, расположенных на фиксированных рассто ни х от линии действи  источника , и зна  мощность тепловых им31

пульсов, можно определить значени  коэффициентов тепло- и температуропроводности исследуемых тел.

Дл  повышени  точности способа возможно проведение эталонировани  путем проведени  предварительного эксперимента на эталонном.образце с известныг ги коэффициентами тепло- и температуропроводности, в котором определ етс  уточненное значение мощности теплового потока, используемое при проведении эксперимента на исследуемых телах.

Устройство дп  осуществлени  способа состоит из зонда-термоприемника 1 5 включающего теплоизол ционный материал, на поверхности которого расположены линейный нагреватель и термоприемник. Выход термоприемника через блок 2 аналого-цифровог о преобразовани  подключен к первым информационным входам блока 3 вывода, который содержит интерфейс, входные шины управлени  соединены с блоком клавиатзфы, а выходные шины управлени  подключены к блоку индикации . Информационные входы и выходы блока 3 соединены с соответствующими первь ет шинами микропроцессора 4, вторые и третьи информационные входы   выходы которого св заны с соответствующими выходами и входами первого 5 и второго 6 управл емых делителей частоты, выполненных на основе регистров. Четвертые информационные входы и выходы микропроцессора А соединены с информационными выходами и входа:ми реверсивного счетчика 7, Устройство содержит также три логических элемента И-НЕ 8, 9 и .0 и формирователь 11 амплитуды формировател  соединен через первый элемент И-НЕ 8, второй элемент И-НЕ 10 с суммирую- ВХОДОМ; а через первый делитель и третий элемент И-НЕ 9 с вычитающим входом реверсивного счетчика 7 Первый вход формировател  11 подключен к выходу блока 12 электропитани В цепь нагрузки б.гюка 12 подключен через тиристор 3 линейньм нагреватель зонда. Второй вход 14 формировтел   вл етс  входом установки опорного нагф жени , а вход 15 управлени  соединен с выходом управлени  микропро15ессора 4, Тактовые-выходы 16J 17 и 18 микропроцессора подключены к соответствующим входам эле6 ... 4 .

.ментов И-НЕ 8, 9 и 10. Управл ющий - вход 19 тиристора 13 соединен с соответствующим выходом блока 3 ввода-вывода .

Устройство работает следующим образом .

Перед началом измерений оператором через блок 3 ввода-вывода в посто нную пам ть микропроцессора ввод тс  константы х, х, Q, мэм-/ также программы расчета искомых теп- лофизических характеристик, программа управлени  моментами подачи тепловых импульсов на нагреватели,

Зонд-термоприемник,- -включающий эталонный материал, приводитс  Б контакт с исследуемым материалом. С пульта управлени  блока ввода-вывода подаетс  команда Пуск, по которой микропроцессор переводит устройство в режим контрол  текущей температуры в плоскости контакта эталонного и исследуемого образцов. При этом непрерывно регистркруетс  температура образца, преобразуетс  в электрический сиг нал и через блок аналого-цифрового преобразовани  и блок ввода-вывода поступает в стековую пам ть микропроцессора,

О.дновременно аналогичный контроль температуры осуществл етс  в плоскости контакта эталон - эталон,который расположен в зонде-термоприемнике .

В шине 15 по вл етс  разрешающий

потенциал, вырабатываемый микропроцессором 4. Этот сигнал открывает формирователь амплитуды и по режиму

стабилизации и управлени  на линейные нат реватели зонда поступают стабилизированные по мощности импульсы через заданное врем . Количество импульсов определ етс  в микропроцессоре в соответствии с алгоритмом выражени  дл  количества тепловых импульсов с учетом погрешности их расчета. . После окончани  подачи п-го импульса на шине 15 по вл етс  запрещающий

потенциал, вьфабатываемый микропроцессором , формирователь закрываетс , а на линейные нагреватели не подаетс  питание.

Через врем  T,,3 осуществл етс 

измерение суммарных температур в плоскости контактов теплоизол тор - исследуемый образец в точках х, х„ зонда-термоприемника. Устройство работает так же, как и при подаче теп5n

noBOi o импульса на эталон - эталон, Микропроцессор вьщает данные искомых крэффициентов тепло- и температуропроводности .

Способ, позвол ет определить искомые коэффициенты с погрешностью не вьппё 5-7% за ВЕ|ем  не более 1 мин с прогревом исследуемого тела до сравнительно высоких температур,что обусловливает возможность его применени  в практике теплофизических исследований дл  полубесконечных массивов . Повышение точности измерени  обусловлено полной адекватностью математической модели физики теплового процесса в исследуемой теплофи- зической системе, т.е. полностью исключаетс  методическа  погрешность.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   I.. Способ комплексног о определени  теплофизических характеристик материалов без нарушени  их целостности , состо щий в тепловом воздейде х, xj

   Т, (,х ) i(W иТ2(х2

   - мЗм

   4 Я- Т,(х,, Г«з,)

   рассто ни  от линейно- ного источника до первой и второй точки контрол  соответственно.

   причем х

   х„ /

   i-1,1.)

   значение избыточной температуры в момент измерени  в точках контрол  х и х соответственно;

   д , а . - соответственно коэффициенты тепло- и температуропроводности исследуемого материалаJ Q - мощность теплового импульса .

   2, Устройство, содержащее блок лектропитани , зонд-термоприемник, ключающий линейный нагреватель и

   O

   2366

   ствии на Поверхность полубесконечно- г о в тепловом отношении исследуемо- г о тела импульсами посто нной мощности от линейного источника тепла, 5 измерении температуры в двух точках поверхности, разносто щих от линии действи  источника, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  времени и повьшхени  точности определени  теплофизических характеристик , тепловыми импульсами воз-. действуют на поверхность исследуемого тела в моменты времени, определ емые зависимостью f. t -t,M/i , (5 к де - момент времени измерени  температуры в точках контрол , i 1,2,3,,.. - натуральный р д чисел, члены которого соответствуют последовательности чередовани  тепловых импульсов , в заданный момент времени I MjM измер ют избыточную температуру в двух точках контрол , а искомые теплофизические характеристики определ ют по формулам:

   0

   4 а 7

   (1 - е )

   измерители температуры, которые сое- 0 динены с входами блока аналого-цифрового преобразовани , первый и второй управл емые делители частоты, элемент 2И-НЕ, блок ввода-вывода и микропроцессор, первые, вторые и 5 третьи информационные входы-выходы микропроцессора соединены с соответствующими информационными выходами- входами первого и второго управл емых делителей частоты и блока ввода- вывода, о тлич ающе е с   тем, что, с целью уменьшени  времени и повьш1ени  точности определени  теплофизических характеристик, в него дополнительно введены реверсивный счетчик, информаиион .ые входы-выходы KOTopoi o соединены с соответствующими выходами-входамк микропроцессора , второй и третий элементы 2И- НЕ, тиристор и формирователь ампли0

   5

   туды, выход которого соединен через первый элемент 2И-НЕ, второй управ- л емый делитель частоты, второй элемент 2И-НЕ - с суммирующим входом,а через первый управл емый делитель частоты, третий элемент 2И-НЕ - с . вычитающим входом реверсивного счетчика , первый вход формировател  амплитуды  вл етс  входом установки опорного напр жени , второй вход под- ключен к выходу блока электропитани  в цепь нагрузки которого подключен

   через тиристор линейный -нагреватель зонда-термоприемника, а вход управлени  формировател  амплитуды соеди- нен с выходом управлени  микропроцессора , тактовые выходы которого подключены к соответствухщим входам элементов 2И-НЕ,причем управл ющий вход тиристора соединен с управл ющим выходом блока ввода-вывода,информационные входы которого соединены с соответствующими выходами блока аналого-цифрового преобразовани .

   Редактор А.Лежнина

   Составитель В.Гусева

   Техред В.Кадар Корректор Е.Рошко

   Заказ 2205/44Тираж 777Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-36, Раушска  наб., д. 4/5

   Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4