Способ измерения удельного теплового сопротивления и устройство для его осуществления

Авторы патента:

G01N25/18 - путем определения коэффициента теплопроводности (с помощью калориметрических измерений G01N 25/20; путем измерения сопротивления электрически нагреваемого тела G01N 27/18)

Владельцы патента RU 2771997:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Самарский государственный университет путей сообщения (RU)

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. Для измерения удельного теплового сопротивления 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, 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, одинаковыми с исследуемым объектом геометрическими размерами и близкими значениями температуропроводности. Достигается уменьшение среднеквадратической погрешности измерения удельного теплового сопротивления до 6%. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

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.].

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.].

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.

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.].

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.

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.].

Недостаток данного устройства заключается в сложности конструкции, в частности, в необходимости использования третьего и четвертого эталонных объектов с большой величиной удельного теплового сопротивления.

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.

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.

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.

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.

Такой вариант выполнения заявленного устройства для измерения удельного теплового сопротивления позволяет упростить конструкцию за счет уменьшения количества эталонных объектов.

То, что поставленная задача изобретения действительно решается в заявленном способе и устройстве, можно проиллюстрировать следующим образом.

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.

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.

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.

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%.

За счет сокращения числа эталонных объектов в заявляемом устройстве по сравнению с прототипом устройства упрощается конструкция заявляемого устройства.

Итак, задача изобретения действительно решается в заявленных способе измерения удельного теплового сопротивления и устройстве для его осуществления.

На фиг. 1 представлен местный вид конструктивного исполнения заявленного устройства с исследуемым объектом.

На фиг. 2 показан разрез А-А первого эталонного объекта с соотношениями размеров.

На фиг. 3 представлена аксонометрическая проекция конструктивного исполнения заявленного устройства с четвертым эталонным объектом.

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.

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_s₁^нач и τ_s₂^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_s₁^кон и τ_s₂^кон. Далее рассчитывают величины интервалов времени нагрева эталонных объектов 2 и 5 на заданную величину, например, на ∆t = 3°С – ∆τ_s₁ и ∆τ_s₂, равные разностям между τ_s₁^кон и τ_s₁^нач, τ_s₂^кон и τ_s₂^нач, соответственно, и вычисляют величину разности между ∆τ_s₂ и ∆τ_s₁. 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_s₂/∆t - ∆τ_s₁/∆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.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами, показанными на фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 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.

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_s₁, Т_s₂ и T_h на фиксируемый момент времени τ. Предложенное устройство допускает замену исследуемого объекта 8 на варианты четвертого эталонного объекта 12.

Предлагаемое изобретение позволяет уменьшить среднеквадратическую погрешность заявляемого способа измерения удельного теплового сопротивления до 6%.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

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.

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.

3. Суслов В.А. Тепломассообмен: учеб. пособие / СПбГУПТД ВШ ТиЭ. СПб., 2016. Часть 1. – 98 с.

1. Способ измерения удельного теплового сопротивления, заключающийся в формировании теплового потока и разделении 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, отличающийся тем, что 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, одинаковыми с исследуемым объектом геометрическими размерами и близкими значениями температуропроводности.

2. Устройство измерения удельного теплового сопротивления, 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 со 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, отличающееся тем, что в устройство 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.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температуры технологической среды. Система оценки температуры технологической среды включает в себя сборочный узел, капсулу датчика, цепь измерения и контроллер.

Способ неразрушающего контроля комплекса теплофизических характеристик твердых строительных материалов и устройство для его осуществления // 2767468

Изобретение относится к определению теплофизических характеристик твёрдых строительных материалов и может найти широкое применение в различных областях техники, например в теплоэнергетике, строительстве и т.д. Способ неразрушающего контроля комплекса теплофизических характеристик твердых строительных материалов включает размещение образца в устройстве для осуществления способа между нагревателем и холодильником.

Способ определения коэффициента теплопередачи материалов и устройство для его осуществления // 2762534

Изобретения относятся к теплофизике и могут быть использованы для измерения величины коэффициента теплопередачи различных материалов. Предложен способ определения коэффициента теплопередачи материалов, заключающийся в измерении температуры поверхности исследуемого образца, согласно которому в выемку теплоизолированного корпуса поочередно устанавливают два градуированных образца из того же материала, что и теплоизолированный корпус, причем толщина первого градуированного образца совпадает с толщиной стенок и днища теплоизолированного корпуса, толщина второго градуированного образца в два равна меньше толщины первого градуированного образца; далее воздействуют тепловым потоком на образцы, одновременно электровентилятором проводят охлаждение в климатической камере, определяют разность температур и расход электроэнергии; на основании данных вычисляют коэффициент теплопередачи материала теплоизолированного корпуса, после этого помещают в выемку теплоизолированного корпуса образец из различных исследуемых материалов, воздействуют на образец тепловым потоком, одновременно проводят охлаждение в климатической камере; определяют разность температур и расход электроэнергии, на основании данных вычисляют коэффициент теплопередачи материалов исследуемого образца.

Способ дистанционной оценки пространственного распределения теплофизических параметров объектов и фонов // 2760528

Изобретение относится к технике активного неразрушающего теплового контроля и может быть использовано в аппаратуре дистанционного зондирования земли. Согласно заявленному способу осуществляют съемку исследуемого района в светлое время суток в видимом и инфракрасном диапазонах и в темное время суток в инфракрасном диапазоне.

Неинтрузивная диагностика стенок трубопровода // 2759778

Изобретение относится к области измерительной техники. Заявлена система (200) диагностики трубопровода, которая включает в себя капсулу (206) датчика, измерительную (228) цепь и контроллер (222).

Способ измерения теплопроводности // 2755330

Изобретение относится к области теплофизических измерений и предназначено для кондуктометрии - измерения теплопроводности твердых тел путем их компарирования с мерой теплопроводности. Заявляемый способ может быть использован в государственной поверочной схеме средств измерений теплопроводности твердых тел.

Абсолютный способ дифференциально-сканирующей тепловой кондуктометрии // 2755090

Изобретение относится к области теплофизических измерений и предназначено для измерения теплопроводности твердых тел. Технический результат: повышение точности измерения теплопроводности твердых тел.

Способ определения тепловых свойств материалов // 2754715

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам определения теплопроводности, температуропроводности и теплоемкости материалов, например образцов горных пород. Заявлен способ определения теплопроводности и температуропроводности материалов, в котором используется режим постоянного нагрева, позволяющий исследовать образцы в виде цилиндров с длиной, равной или превышающей диаметр образца.

Способ определения кинетических теплофизических свойств анизотропных композитных материалов // 2753620

Изобретение относится к теплофизическим измерениям. Область применения - определение теплофизических характеристик (ТФХ) материалов и изделий неразрушающим (безобразцовым) методом путем экспериментально-расчетного способа.

Способ определения коэффициента теплоотдачи и коэффициента теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер методом замера фактических теплопотерь в стационарных условиях // 2752469

Изобретение относится к области исследования и анализа теплофизических свойств материалов и может быть использовано при определении коэффициента теплоотдачи и коэффициента теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер. Предложенный способ определения коэффициента теплоотдачи и коэффициента теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер методом замера фактических теплопотерь в стационарных условиях заключается в использовании установки, состоящей из участка трубопровода с нанесенным теплоизоляционным покрытием на основе полых микросфер, подключенного к нагревательному элементу, измерении температуры теплоносителя на входе участка tвх, на выходе участка tвых, температуры поверхности участка трубопровода τ, расходе воды через испытуемый участок Gвд, определении фактических тепловых потерь Q, коэффициента теплоотдачи αтеп и коэффициента теплопроводности λтеп по расчетным формулам.

Способ воспроизведения аэродинамического нагрева элементов летательных аппаратов // 2773024

Изобретение относится к наземным испытаниям элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на поверхности элементов ЛА, например обтекатели головок самонаведения авиационных ракет, антенные обтекатели, отсеки с ракетой, в наземных условиях. Предлагаемый способ воспроизведения аэродинамического нагрева элементов ЛА путем проведения теплового эксперимента на стенде с применением горячего кожуха включает в себя несколько циклов нагревания элементов ЛА подогретым воздушным потоком и лучистым тепловым потоком от горячего кожуха. Перед проведением теплового эксперимента рассчитывают температуру восстановления воздушного потока в полете и коэффициент теплоотдачи на стенде и в полете при условии, что коэффициент теплоотдачи на стенде меньше коэффициента теплоотдачи в полете, затем проводят первый цикл нагревания элементов ЛА при стендовом коэффициенте теплоотдачи и температуре восстановления подогретого воздушного потока равной температуре восстановления в полете. Особенностью предлагаемого способа является то, что первый цикл нагревания проводят при дополнительном условии проведения теплового эксперимента, согласно которому температура горячего кожуха равна температуре окружающей среды, воспринимающей тепловое излучение от элементов ЛА в полете. Причем в процессе первого цикла нагревания элемента ЛА измеряют температуру поверхности элемента ЛА. Затем проводят второй и последующие циклы нагревания подогретым воздушным потоком и лучистым тепловым потоком от горячего кожуха при неизменном стендовом коэффициенте теплоотдачи и температуре восстановления, равной температуре восстановления в полете с поддержанием температуры поверхности горячего кожуха, которую рассчитывают перед каждым текущим циклом нагревания элемента ЛА. Причем тепловой эксперимент завершают, когда измеренная температура элемента ЛА на текущем цикле нагревания будет отличаться от измеренной температуры элемента ЛА на предыдущем цикле нагревания не более чем на величину допускаемой погрешности измерения или температуры равны друг другу. Технический результат - повышение точности и достоверности воспроизведения теплового воздействия на поверхность элементов ЛА при аэродинамическом нагреве при снижении трудоемкости проведения эксперимента. 1 ил.