Установка для определения коэффициента теплопроводности меха
Полезная модель относится к области тепловых испытаний, а именно к области измерений теплопроводности мягких и тонких образцов, например, меха, меховых изделий и кожевенно-меховых полуфабрикатов. Предлагаемая установка для определения теплопроводности меха состоит из зонда- преобразователя 1, который связан с блоком регистрации 2, в качестве которого может быть применен плоскостной двухлинейный самописец класса 0.5. Зонд- преобразователь 1 вводят во внутрь испытуемого образца 6, выполненного в виде чехла (мешочка) 23 и помещают на решетчатую полку 7 термостата 8, автоматически поддерживающего постоянную температуру, работающего от сети. Автотрансформатором 11 устанавливается необходимое напряжение и сила тока, визуальный контроль температуры в термостате осуществляется ртутным термометром 9. Температура с внутренней поверхности испытуемого образца 6 меха снимается зондом- преобразователем 1 и регистрируется непрерывно на диаграммной ленте 26 самопишущего устройства блока регистрации 2. Индикатором сигналов 4 осуществляется визуальный контроль процесса измерения, при этом используется эффект теплопроводности испытуемого материала. Зонд-преобразователь 1, введенный в испытуемый образец 6 и помещенный на решетчатую полку 7 термостата 8, соединен с блоком регистрации 2 через индикатор сигналов 4, переходное устройство 5. Зонд-преобразователь 1 состоит из шести термопар 17, каждая спайка 18 которых электрически связаны между собой. Термопары 17 закреплены на основу тонкого материала 19 с малой теплоемкостью. На основе 19 выполнены вентиляционные отверстия 20 для соприкосновения спаек 18 с шерстно-волосяным покровом испытуемого образца 6. На основу тонкого материала 19 установлен корпус 21 для защиты шести термопар 17. Корпус 21 состоит из двух частей, в которых выполнены вентиляционные отверстия 22 для выравнивания температуры внутри испытуемого образца 6, при этом одна часть корпуса 21 расположена на основе тонкого материала 19 сверху, а другая часть корпуса 21 расположена на основе тонкого материала 19 с обратной его стороны. Обе части корпуса 21 расположены на основе тонкого материала 19 таким образом, что их вентиляционные отверстия 22 и 20 совпадают. Технический результат заключается в повышении точности определения коэффициента теплопроводности меха. 5 илл.
Полезная модель относится к области тепловых испытаний, а именно к области измерений теплопроводности мягких и тонких образцов, например, меха, меховых изделий и кожевенно-меховых полуфабрикатов.
Существует множество устройств для определения теплопроводности твердых, строительных и сыпучих материалов, использующих различные методы измерения.
Для измерения теплопроводности твердых материалов известно устройство, содержащее цилиндрические термоэлектроды, внутри которых помещен электрически изолированный линейный источник тепла, подключенный к источнику питания (см. авт. свид. №1221567, МПК G01N 25/18, Бюл. №12, 1986 г.).
Однако данное устройство применяется в основном для определения коэффициента теплопроводности сыпучих строительных материалов и не предназначено для исследования меха, меховых изделий и кожевенно-меховых полуфабрикатов.
Известно устройство для измерения теплопроводности, которым измеряют перепад температур по плоскому образцу, посредством контактирующих с поверхностями измерителей температур (см. авт. свид. №1561025, МПК G01N 25/18, Бюл. №16, 1990 г.).
Однако данное устройство не используется для определения коэффициента теплопроводности меха, меховых изделий и кожевенно-меховых полуфабрикатов.
Так же известна установка ИТ-1 для определения теплопроводности твердых материалов, состоящая из двух термостатированных верхней и нижней металлических плит размерами 250×250 мм, измерителя теплового потока (тепломера), располагаемого между образцом и нижней термостатированной плитой блока задания и регулирования температуры, узла зажима образца и теплоизоляционного кожуха. Образец укладывают на тепломер и плотно прижимают термостатированной плитой. В зависимости от заданной температуры испытаний, устанавливают температуру верхней и нижней
термостатированных плит. Теплоизоляционный кожух обеспечивает устранение теплопотерь через торцовые грани образца (см. паспорт к установке для испытания образцов строительных материалов на теплопроводность ИТ-1, MB и ССОРФ, ВСТИ, 1989 г.).
Недостатком установки ИТ-1 является то, что данное устройство не используется для определения коэффициента теплопроводности меха, кожи и кожевенно-меховых изделий.
Наиболее близким техническим решением к полезной модели является установка для определения коэффициента теплопроводности кожи, содержащая средство для измерения теплопроводности, блок регистрации, нагреватель с блоком питания, узел зажима образца и теплоизоляционный материал. Для измерения теплопроводности используется пара термоэлементов, электрически связанных между собой, для обеспечения равномерной теплоотдачи и приема по всей площади испытуемого образца кожи, помещаемого между термоэлементами, при этом тепловой поток направлен сверху вниз, термоэлементы соединены с регистрирующим блоком, в качестве которого применен потенциометр Р37.1 (см. патент на полезную модель №60728, МПК G01N 25/18, Бюл. №3, опубл. 27.01.2007 г.).
Однако данное устройство не используется для определения коэффициента теплопроводности меха, так как при помещении меха между термоэлементами шерстно-волосяной покров деформируется под воздействием узла зажима, тем самым увеличивает вероятность появления ошибочных данных в процессе измерения.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства, позволяющего исследовать теплопроводность меха, меховых изделий и кожевенно-меховых полуфабрикатов, проводить научно - исследовательские эксперименты и лабораторные работы по теплофизическим измерениям и применять полученные данные в исследовательских целях без деформирования шерстно-волосяного покрова.
Технический результат полезной модели - повышение точности определения коэффициента теплопроводности меха.
Технический результат достигается тем, что в установке для определения коэффициента теплопроводности меха, содержащей средство для определения теплопроводности, соединенное с блоком регистрации, испытуемый образец, нагреватель с блоком питания, преобразователи, электрически связанные между собой, согласно полезной модели в качестве средства для измерения теплопроводности использован зонд-преобразователь, состоящий из шести термопар, закрепленных на основу тонкого материала с малой теплоемкостью, причем на основе тонкого материала выполнены вентиляционные отверстия, в которые вставлены каждая из спаек шести термопар, электрически связанных между собой, кроме того на основу тонкого материала установлен корпус для защиты шести термопар, на котором выполнены вентиляционные отверстия для выравнивания температуры внутри испытуемого образца, зонд-преобразователь введен в испытуемый образец, выполненный в форме чехла, при этом шерстно-волосяной покров обращен во внутрь чехла, для равномерного обтекания теплового потока по всей площади испытуемого образца внутри и снаружи установка содержит термостат, на решетчатую полку которого помещены испытуемый образец с введенным в него зонд- преобразователем, снимающим с внутренней поверхности испытуемого образца температуру, непрерывно регистрирующуюся на диаграммной ленте самопишущего устройства блока регистрации, при этом зонд- преобразователь соединен с блоком регистрации через индикатор сигналов и переходное устройство.
Новыми элементами в установке для определения коэффициента теплопроводности меха являются:
- использование в качестве средства для измерения теплопроводности зонд- преобразователя, состоящего из шести термопар, закрепленных на основу тонкого материала с малой теплоемкостью, причем на основе тонкого материала выполнены вентиляционные отверстия, в которые вставлены каждая из спаек шести термопар, электрически связанных между собой, и введение зонд-преобразователя в испытуемый образец обеспечивают воспроизведение данных по теплопроводности меха, возможность
двухстороннего исследования испытуемого образца меха, структурную целостность испытуемого образца, т.е. исключается деформация шерстно-волосяного покрова, что в итоге позволяет достичь повышение точности в измерении коэффициента теплопроводности меха, меховых изделий, кожевенно-меховых полуфабрикатов,
- установка на основу тонкого материала корпуса, на котором выполнены вентиляционные отверстия, обеспечивает защиту шести термопар от вредного внешнего воздействия и механического повреждения, а вентиляционные отверстия корпуса выравнивают температуру внутри испытуемого образца,
- установка термостата, на решетчатую полку которого помещены испытуемый образец с введенным в него зонд- преобразователем, позволяет тепловому потоку равномерно обтекать по всей площади испытуемого образца внутри и снаружи, при этом необходимая температура поддерживается автоматически,
- выполнение испытуемого образца в виде чехла (мешочка) с обращением шерстно-волосяного покрова во внутрь чехла обеспечивает исключение деформации меха, позволяет получать данные по теплопроводности с возможностью двухстороннего исследования испытуемых образцов меха, меховых изделий, кожевенно-меховых полуфабрикатов без деформации шерстно-волосяного покрова,
- использование самопишущего устройства блока регистрации, на диаграмной ленте которого непрерывно регистрируется температура с внутренней поверхности испытуемого образца, позволяет получать данные по теплопроводности меха, анализировать их и определять коэффициент теплопроводности,
- соединение зонд- преобразователя с блоком регистрации через индикатор и переходное устройство позволяет фиксировать непрерывно на диаграммной ленте температуру с внутренней поверхности испытуемого образца меха.
Заявляемая установка для определения коэффициента теплопроводности меха соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень», так как заявитель не выявил источники информации по патентной и научно - технической документации,
включающие признаки, сходные или эквивалентные с отличительными признаками формулы полезной модели.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема установки, на фиг.2 показана схема зонд- преобразователя, на фиг.3 показано сечение А-А фиг.2, на фиг.4 показана схема установки зонд- преобразователя внутри испытуемого образца, на фиг.5 показан результат измерений коэффициента теплопроводности меха в виде диаграммы теплопроводности испытуемого образца меха из овчины натуральной.
Предлагаемая установка для определения коэффициента теплопроводности меха (см. фиг.1) состоит из зонд- преобразователя 1 и блока регистрации 2, в качестве которого может быть применен плоскостной двухлинейный самописец, имеющий погрешность измерения не более ±0,5% и блока питания 3.
Зонд- преобразователь 1 соединен с блоком регистрации 2 через индикатор сигналов 4 и переходное устройство 5, с помощью которого установка приводится во включенное или выключенное состояние.
Зонд- преобразователь 1 введен в испытуемый образец 6 и оба помещены на решетчатую полку 7 термостата 8, который поддерживает необходимую температуру автоматически. Визуальный контроль температуры нагрева термостата 8 осуществляется ртутным термометром 9. Для необходимой мощности нагревателя 10, расположенного внутри термостата 8, блок питания 3 снабжен автотрансформатором 11, при этом контроль мощности нагревателя 10 осуществляется вольтметром 12 и амперметром 13, установленными на блоке питания 3. В рабочем состоянии дверца 14 термостата 8 закрыта, а тумблер 15 блока питания 3 предназначен для его включения и выключения. Сигнальная лампа 16 установлена на трансформаторе 8 для указания на то, что установка для определения коэффициента теплопроводности меха включена.
Конструктивное выполнение зонд- преобразователя 1 изображено на фигурах 2, 3, 4. Зонд- преобразователь 1 имеет шесть термопар 17, каждая спайка 18 которых
электрически связаны между собой, которые позволяют обеспечить тепловому потоку равномерно обтекать по всей площади испытуемого образца 6, как внутри, так и снаружи. Термопары 17 закреплены на основу тонкого материала 19 с малой теплоемкостью. На основе тонкого материала 19 выполнены вентиляционные отверстия 20. Каждая спайка 18 шести термопар 17 вставлена в вентиляционные отверстия 20, обеспечивающая соприкосновение каждой из спаек 18 с испытуемым образцом 6. На основу тонкого материала 19 установлен корпус 21 для защиты шести термопар 17 от вредного внешнего воздействия и механического повреждения. Корпус 21 состоит из двух частей, на которых выполнены вентиляционные отверстия 22, предназначенные для выравнивания температуры внутри испытуемого образца 6, при этом одна часть корпуса 21 установлена на основу тонкого материала 19 сверху, а другая его часть установлена с обратной стороны основы тонкого материала 19. Обе части корпуса 21 расположены на основе тонкого материала 19 таким образом, что их вентиляционные отверстия 22 и 20 совпадают. Зонд- преобразователь 1, введенный в испытуемый образец 6, позволяет осуществлять проведение испытаний либо исследований меха без деформации шерстно-волосяного покрова.
Для выполнения измерений зонд- преобразователь 1 введен во внутрь испытуемого образца 6, который выполнен в виде чехла (мешочка) 23, прошитого по краям нитками или закрепленного скобами степлера 24, при этом необходимо учесть, что сминание или деформация шерстно-волосяного покрова не допустима. Во внутренней поверхности чехла 23 испытуемого образца 6 должно быть легкое соприкосновение шерстно-волосяного покрова с зонд- преобразователем 1 при измерении теплопроводности испытуемого образца 6, когда шерстно-волосяной покров обращен во внутрь, а при измерении теплопроводности испытуемого образца 6, когда шерстно-волосяной покров находится снаружи, внутренняя поверхность чехла (мешочка) 23 испытуемого образца 6 должна плотно прилегать к поверхности зонд- преобразователя 1. Тумблер 25 расположен на термостате
8 для перевода в автоматический режим контроля температуры. Самопишущее устройство блока регистрации 2 заправлено диаграммной лентой 26.
Предлагаемая установка для определения коэффициента теплопроводности меха работает следующим образом (см. фиг.1, 2, 3, 4, 5).
Автотрансформатором 11 после включения тумблера 15 на блоке питания 3 устанавливают необходимое напряжение и силу тока, подаваемые к термостату 8. Контроль осуществляется амперметром 13 и вольтметром 12, расположенными на блоке питания 3. Термостат 8 работает в режиме термостатирования при достижении стабильной температуры от 20° или 25°С. При температуре нагрева термостата 8 при проведении эксперимента от 20° до 90°С визуальный контроль температуры осуществляется обычным ртутным термометром 9. На решетчатую полку 7 термостата 8 помещают подготовленный испытуемый образец меха 6 с введенным в него зонд- преобразователем 1. Вторично производят стабилизацию температуры в термостате 8 по достижению стабильной температуры 20° или 25°С, затем переводят в автоматический режим контроля температуру в термостате 8 тумблером 25, включают переходное устройство 5, с помощью которого установку приводят во включенное состояние, при этом срабатывает сигнальная лампа 16, то есть установка для определения коэффициента теплопроводности меха включена. Тепловой поток в термостате 8 обтекает по всей наружной поверхности и проникает во внутреннюю поверхность испытуемого образца 6, а термопары 17 зонд- преобразователя 1, вырабатывают термоэлектродвижущую силу (ТЭДС), величина которой зависит от внутренней температуры термостата 8. Самопишущее устройство блока регистрации 2 фиксирует непрерывно на диаграммной ленте 26, в зависимости от проводимого исследования либо с внутренней, либо с наружной поверхности испытуемого образца меха 6, температуру в пределах 20°-75°С. Температура нагрева термостата осуществляется в пределах 20°-90°С.
По расчетной, известной формуле выводят значения коэффициента теплопроводности испытуемого образца меха 6. За показания эксперимента при исследовании испытуемого образца меха 6 принимают значения теплопроводности шерстно-волосяного покрова, то есть разность температур в 3-5 точках полученной диаграммы одного и того же испытуемого образца 6 при определенной скорости подачи диаграммной ленты 26. Допустимая погрешность самописца составляет ±0,5%.
Исследования проводят с использованием испытуемых образцов 6 различной толщины, длины шерстно-волосяного покрова, нескольких видов натуральных и искусственных мехов. Температура термостата 8 повышалась от 20° до 90°С, при этом значение температуры испытуемого образца 6 составляло от 20° до 65°С и разница температур при этом была от 4° до 46°С.
На фиг.5 изображена диаграмма результата проведенного эксперимента, полученного на предлагаемой полезной модели для одного образца из натурального меха (овчины), что свидетельствует о том, что заявляемая установка дает удовлетворительные данные по теплопроводности исследуемых образцов меха.
Предлагаемая установка для определения коэффициента теплопроводности меха по сравнению с прототипом (см. пат. на ПМ №60728, МПК G01N 25/18, Бюл. №3, опубл. 27.01.2007) может применяться на практике в области теплофизических измерений для исследования теплопроводности различных видов меха, обладает повышенной точностью получения данных по теплопроводности меха, и может использоваться для изучения теплопроводности неисследованных материалов.
Полезная модель является промышленно применимой, так как может использоваться при проведении научно-исследовательских экспериментов и лабораторных работ по теплофизическим измерениям теплопроводности мягких и тонких образцов меха, меховых изделий, кожевенно-меховых полуфабрикатов и применять полученные данные в исследовательских целях кожевенно-мехового производства.
Установка для определения коэффициента теплопроводности меха, содержащая средство для измерения теплопроводности, соединенное с блоком регистрации, испытуемый образец, нагреватель с блоком питания, преобразователи, электрически связанные между собой, отличающаяся тем, что в качестве средства для измерения теплопроводности использован зонд-преобразователь, состоящий из шести термопар, закрепленных на основу тонкого материала с малой теплоемкостью, причем на основе тонкого материала выполнены вентиляционные отверстия, в которые вставлены каждая из спаек шести термопар, электрически связанных между собой, кроме того, на основу тонкого материала установлен корпус для защиты шести термопар, на котором выполнены вентиляционные отверстия для выравнивания температуры внутри испытуемого образца, зонд-преобразователь введен в испытуемый образец, выполненный в форме чехла, при этом шерстно-волосяной покров обращен вовнутрь чехла, для равномерного обтекания теплового потока по всей площади испытуемого образца внутри и снаружи установка содержит термостат, на решетчатую полку которого помещены испытуемый образец с введенным в него зонд-преобразователем, снимающим с внутренней поверхности испытуемого образца температуру, непрерывно регистрирующуюся на диаграммной ленте самопишущего устройства блока регистрации, при этом зонд-преобразователь соединен с блоком регистрации через индикатор сигналов и переходное устройство.
