Способ автономного измерения перегрева объекта в аварийных ситуациях

 

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано в пожарной службе для анализа общей картины аварийной ситуации. Способ включает размещение в контролируемом объекте термоиндикатора - элемента с памятью формы, графитовой пластины, связанной с термоиндикатором, иглы для нанесения линии на графитовой пластине, анкерного механизма для нанесения рисок на графитовой пластине через равные промежутки времени. На поверхности графитовой пластины фиксируют график, который характеризует динамику температурного воздействия во время аварии. Способ обеспечивает автономность измерений, увеличение надежности работы регистрирующего прибора и упрощение анализа полученных данных. 2 ил.

Изобретение относится к температурным измерениям и может быть использовано в качестве "черного ящика" при расшифровке обстоятельств пожара.

Для анализа причин пожара важно восстановить термическую картину аварийной ситуации во времени. Очевидно, что приборы, предназначенные к этой цели, должны отвечать жестким требованиям экстремальных условий.

Известный в этой области термоиндикатор а.с. N 1024748, МКИ G 01 K 7/22 имеет недостаток, заключающийся в том, что данные, полученные с его помощью, не могут быть зафиксированы и проанализированы без специальной электронной аппаратуры, находящейся в том числе в экстремальных (пожарных) условиях.

Известен способ контроля температур (патент Франции 3 263 7370), в котором предложено совместить функции термодатчика и исполнительного органа в одном или нескольких элементах с памятью формы. Предлагается многократная регистрация превышения некоторых критических температур с помощью нескольких типов храповых механизмов путем визуального наблюдения за перемещением отдельных частей устройства, с последующим подсчетом числа превышений температуры путем определения количества циклов по накопительной схеме. При этом используется несколько разновидностей дискретных объектов: шарики, сыпучее вещество; регулярно расположенные в канале проточки, по которым одновременно в каждом цикле смещается, например, поршень и т.п. В варианте с сыпучим веществом возможно определение длительности превышения заданной температуры объекта в каждом термоцикле.

Недостатком этого способа является ограниченность области применения (контроль пороговой температуры хранения продуктов питания и других биологических и технических объектов типа электронных схем) с вытекающими из этого особенностями устройства, предложенного авторами для решения поставленной задачи. В рамках указанной цели достаточно определить одну или две (верхнюю и нижнюю) критические точки на температурной шкале и затем организовать мониторинг за случаями превышения этих точек, а также количеством этих превышений, т. к. именно эти два параметра существенным образом сказываются на качестве и состоянии перечисленных в прототипе объектов. Фактор времени при этом является второстепенным.

Действительно, для биологических объектов критические точки хранения (точки термодинамической устойчивости) лежат в области отрицательных температур. Причем объект может иметь температуру в некоторой окрестности от критической как слева, так и справа от нее, длительное время сохранять свои качества при условии только ограниченного числа пересечения этого температурного порога или без токового. Отсюда - важность факта превышения температурного порога и их количества. Для электронных систем существует температурный интервал стабильности работы, т.е. две пороговые температуры, контроль за пересечением которых необходимо осуществлять.

И в том и в другом случае характер изменения температуры объекта вдали от критических точек не имеет существенного значения, в том числе это относится и к фактору времени пребывания объекта в той или иной области по отношению к пороговым температурам, что и отразилось в малом внимании авторов к вопросу фиксации времени протекания процесса. На это указывает характер устройства в той части, которая относится к способу измерения времени, сводящемуся к применению аналога песочных часов.

Применение песочных часов оправданно, когда в ходе наблюдаемого достаточно медленного процесса требуется установить функциональную зависимость какой-либо величины (в данном случае температуры) от другой величины (времени) в ограниченном числе точек области определения функции (в критических точках). Если же вид этой функции должен быть установлен во всей области определения (когда отсутствуют граничные величины), а ее производная может принимать любые значения, фиксирование такой зависимости с помощью технических средств, подобных песочным или жидкостным часам, становится нереально. Это связано с тем, что для случайных процессов невозможно установить некие характерные значения переменных, сопоставить в соответствии с их количеством такое же число песочных часов и по их данным восстановить полную картину процесса. В этом случае число контролируемых точек неограниченно возрастает (а в силу возможной немонотонности функции оно, с точки зрения функциональных возможностей песочных часов автоматически удваивается), что требует неограниченного числа часов в случае применения обсуждаемого устройства.

Задачей, на решение которой направлено предполагаемое изобретение, является создание способа, предназначенного для анализа причин пожара и других подобных процессов, имеющих случайный характер, с возможностью восстановить термическую картину ситуации во времени. В то же время приборы, реализующие данный способ, должны отвечать требованиям стойкости к агрессивным средам, механическим ударам и тепловым воздействиям.

Техническим результатом, который может быть получен в результате использования предлагаемого изобретения, является получение графика функции температуры объекта и его последующее сохранение с помощью специального носителя информации в экстремальных условиях, включая высокие температуры, возникающие при пожаре.

Указанный технический результат достигается тем, что как и в известном способе, термоиндикатор в виде одного или нескольких элементов с памятью формы размещают в контролируемом объекте перед температурным воздействием. В отличие от известного в предлагаемом способе дополнительно размещают в контролируемом объекте графитовую пластину, на которую передают крутящий момент со свободного конца термоиндикатора, при этом пластина движется поступательно, иглу для нанесения на графитовой пластине линии, длина которой пропорциональна изменению температуры объекта, анкерный механизм, снабженный молоточком для нанесения рисок на поверхности графитовой пластины через равные промежутки времени, фиксируют на поверхности графитовой пластины график, характеризующий динамику температурного режима объекта во время аварии.

При достижении аварийной температуры протекающие аллотропические превращения в чувствительном элементе с эффектом памяти формы позволяют использовать его в качестве термопривода. При этом чувствительный элемент испытывает значительные перемещения (до 5 - 10% деформации растяжения) и развивает значительные усилия (до 30 кг/мм²).

Снабдив чувствительный элемент средством для записи изменения термочувствительности в процессе аварийного нагрева, можно получить характеристику динамики температурного режима во время аварии.

Проведенный анализ уровня техники и сопоставление выбранного прототипа с предполагаемым изобретением позволил установить совокупность существенных по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату отличительных признаков, изложенных в формуле предполагаемого изобретения, следовательно, оно соответствует условию "новизна".

Для проверки соответствия заявляемого изобретения условию "изобретательский уровень" был проведен дополнительный поиск известных решений в других областях техники. Реализация поставленной задачи базируется на свойствах металлов с памятью формы. Вместе с тем результаты поиска показали, что достижение технического результата явным образом не вытекают из уровня техники для специалиста в области материаловедения и термометрии.

Поэтому заявляемое изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

На фиг. 1 изображено устройство, реализующее способ; на фиг. 2 - графики.

Устройство содержит чувствительный элемент 1, изготовленный в виде стержней с одним неподвижно закрепленным концом, работающих на кручение. На свободном конце стержня закреплены: игла 2, свободно касающаяся графитовой пластины 3; передаточная ось 4, связанная с поворотным узлом 5; тяга 6, взводящая пружину анкерного устройства 7.

Принцип работы устройства основан на том, что при достижении аварийной температуры в термочувствительном элементе 1 начинает протекать аллотропическое превращение, сопровождаемое эффектом памяти формы. Происходит поворот свободного конца чувствительного элемента 1 на определенный угол, пропорциональный изменению температуры. Крутящий момент через поворотный узел 5 передается на графитовую пластину 3, которая движется поступательно в течение времени развития аварийной ситуации. В это же время игла 2 совершает поперечное движение по отношению к направлению перемещения пластины, нанося острым концом линию на графитовой пластине 3, при этом длина линии пропорциональна изменению температуры объекта.

С началом поворота свободного конца чувствительного элемента 1 посредством тяги 6 взводится пружина анкерного механизма 7, снабженного молоточком, который наносит риски на поверхности графитовой пластины 3 через равные промежутки времени. В результате описанной работы устройства на поверхности пластины фиксируется график, характеризующий динамику температурного режима объекта во время аварии (фиг. 2а), путем линеаризации масштаба оси времени на фиг. 2а, путем линеаризации масштаба оси времени на фиг. 2а, можно перейти к более наглядному графическому изображению процесса, происходящего при пожарной ситуации (фиг. 2б).

По аналогичной схеме могут быть включены последовательно несколько термочувствительных элементов, каждый из которых имеет определенный рабочий диапазон, соответствующий заданному интервалу аварийного нагрева, а в совокупности все они по своим характеристикам могут охватывать область температур до 600^oC. Этим требованиям отвечают сплавы на основе никелида титана, легированного медью, цирконием, палладием и др.

Протекающие в них аллотропические превращения имеют обратимый характер, что допускает их многократное (сотни тысяч раз) использование. Высокая удельная работоспособность элементов с эффектом памяти формы в качестве термопривода дает возможность размещать измеряемое устройство в объемах малого размера, Кроме того они имеют высокую стойкость к агрессивным средам, что дает возможность их применения на многих видах объектов с высокой надежностью регистрации динамики экстремальной термической ситуации во время пожара, с возможностью получения наглядной картины происходивших изменений на объекте.

Заявляемое изобретение является "промышленно применимым". Это подтверждено возможностью его осуществления с помощью описанного в заявке устройства. Оно предназначено для использования в качестве "черного ящика" при расшифровки обстоятельств пожара.

Формула изобретения

Способ автономного измерения перегрева в аварийных ситуациях, заключающийся в размещении термоиндикатора в виде одного или нескольких элементов с памятью формы в контролируемом объекте перед температурным воздействием, отличающийся тем, что дополнительно размещают в контролируемом объекте графитовую пластину, на которую передают крутящий момент со свободного конца термоиндикатора, при этом пластина движется поступательно, иглу для нанесения на графитовой пластине линии, длина которой пропорциональна изменению температуры объекта, анкерный механизм, снабженный молоточком для нанесения рисок на поверхности графитовой пластины через равные промежутки времени, фиксируют на поверхности графитовой пластины график, характеризующий динамику температурного режима объекта во время аварии.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2