Устройство для измерения температуропроводимости материалов

95 па,е

ОП ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

CON Йббйюа

Йокиалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЙТИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.03.77 (21) 2459171/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.08.78. Бюллетень № 32 (45) Дата опубликования описания 03.08.78 (51) М. Кл.

G 01N 25/18

Государственный комитет

Соеета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 536.2(088.8) (72) Авторы изобретения А. Д. Динкель, В. Н. Зуев, Н. Д, Лужецкая и А. А. Пастухов

Пермский политехнический институт (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМП ЕРАТУРО ПРОВОД НОСТИ МАТЕР ИАЛОВ

Изобретение относится к области тепловых измерений и может быть использовано для исследования температуропроводности материалов.

Известно устройство, использующее ме- 5 тод мгновенного теплового импульса (1).

Метод мгновенного теплового импульса основан на решении линейного дифференциального уравнения теплопроводности применительно к полуограниченному телу, ко- 10 гда на его конце в начальный момент времени действует мгновенный источник тепла мощностью Qo. г

2 )/гса где 4 — температура при т=О.

Из этой зависимости следует, что изменение температуры со временем в фиксированной точке проходит через максимум (/м,„,), которому соответствует промежуток времени т„„„,. Если найти производную от температуры по времени и приравнять ее нулю, получим расчетное уравнение для коэффициента температуропроводности:

Х а=

2 гмакс

Таким образом, для определения а необходимо из опыта найти в фиксированной 30 точке время наступления максимума.

Известные устройства, использующие данный перспективный метод, имеют низкую точность измерения из-за пологого характера изменения температуры вблизии ее максимального значения.

Ближайшим к изобретению техническим решением является устройство для измерения температуропроводности, которое содержит датчик температуры, импульсный источник тепла, выход которого подключен через ключ и генератор импульсов к счетчику с индикацией и усилитель. Регистрация хода температуры от распространения импульса тепла по образцу производится термопарой, сигнал которой после прохождения усилителя подается на осциллограф.

Осциллограф выполняет функцию счетчика времени и содержит ключи, генератор и индикацию. Осциллограммы снимаются фотокамерой.

В этом устройстве применена вместо самописца фотокамера. После такой замены известное устройство все же остается громоздким и точность определения момента достижения максимума температуры низкой (из-за его пологости).

Целью изобретения является повышение точности определения температуропроводности материалов и упрощение устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее датчик темпера621995 туры (например, термопара), помещенный в исследуемый материал, импульсный источник тепла, выход которого подключен через ключ и генератор импульсов к счетчику с индикацией и усилитель, введен совместно с блоком определения момента максимума температуры функциональный блок преобразования температуры, подключенный по входу к усилителю и по выходу — через блок определения момента максимума — к управляющему входу ключа.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — график изменения напряжений в функциональном блоке.

Устройство для измерения температуропроводности материалов содержит импульсный источник тепла 1, датчик температуры 2, помещенный в исследуемый материал, усилитель 3, функциональный блок

4, блок 5 определения момента максимума, ключ 6, генератор импульсов 7 и счетчик 8 с индикацией.

Работает устройство следующим образом.

При включении импульсного источника тепла 1 одновременно посылается тепловой импульс на датчик температуры 2, помещенный в исследуемый материал, и открывается ключ 6. Генератор 7 начинает посылать импульсы напряжения на счетчик 8 с индикацией и на индикаторном табло счетчика увеличивается число, начиная с нуля.

Счетчик с индикацией может быть выполнен на интегральной микросхеме К145ИП7Б с ИВ-21 (Н1).

Температура исследуемого материала, измеряемая датчиком (например, термопарой), на некотором расстоянии от источника тепла постепенно увеличивается, достигает максимального значения, а затем начинает падать. Напряжение, снимаемое с датчика температуры усиливается усилителем 3 (например, интегральной микросхемой 1УТ-401Б) и подается на функциональный блок 4. Функциональный блок может быть выполнен на одном полупроводниковом диоде.

Фиг. 2 поясняет принцип работы функционального блока 4. При подаче на его вход плавно изменяющегося во времени напряжения U,x на выходе этого блока на10

50 пряжение У„„изменяется значительно резче и точное определение максимума уже не представляет трудностей. Кроме того, резкое изменение напряжения позволяет упростить блок 5 определения момента максимума. Он может быть выполнен на диоде и конденсаторе. В момент достижения максимального значения температуры блок определения момента максимума выдает сигнал на ключ 6 и закрывает его.

При этом генератор 7 прекращает посылку импульсов на счетчик 8 с индикацией. На световом табло индикатора высвечивается цифра, пропорциональная температуропроводности исследуемого материала. Тарировка предлагаемого устройства осуществляется подбором частоты генератора, Предлагаемое устройство выполняется на интегральных микросхемах и имеет небольшие габаритные размеры и вес. Поэтому оно наиболее полезно при испытаниях материалов в полевых условиях.

Таким образом, предлагаемое устройство выгодно отличается от известного устройства, так как его конструкция проще, а точность измерения температуропроводности выше за счет более точного определения момента достижения максимального значения температуры.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуропроводности материалов, содержащее датчик температуры, помещенный в исследуемый материал, импульсный источник тепла, выход которого подключен через ключ и генератор импульсов к счетчику с индикацией, и усилитель, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения и упрощения конструкции, в него введен блок определения момента максимума температуры, функциональный блок преобразования температуры, вход которого подключен к упомянутому усилителю, а выход через блок определения момента максимума к управляющему входу ключа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Чудновский A. Ф. Теплофизические характеристики дисперсных материалов. Физматгиз, 1962.

2. Харламов А. Г, Измерение теплопроводности твердых тел, M., 1973, с. 102 — 104.

621995

Составитель А. Волков

Техред А. Камышникова

Редактор Н. Коляда

Корректор Е. Хмелева

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1471/6 Изд. № 589 Тираж 1080 Подписное

11ПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5